高電壓技術(shù)考試試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.湯遜放電理論適用于以下哪種放電場景？A.高氣壓長間隙放電B.低氣壓短間隙放電C.高濕度環(huán)境下的沿面放電D.真空環(huán)境中的電暈放電2.SF?氣體作為絕緣介質(zhì)時，其絕緣強度約為相同氣壓下空氣的多少倍？A.1~1.5倍B.2.5~3倍C.5~6倍D.8~10倍3.雷電沖擊電壓的標準波形為1.2/50μs，其中“1.2μs”指的是：A.半峰值時間B.波前時間C.波長時間D.過零時間4.衡量電介質(zhì)在交流電壓下能量損耗的參數(shù)是：A.相對介電常數(shù)ε?B.介質(zhì)損耗角正切tanδC.體積電阻率ρ?D.擊穿場強E_b5.以下哪種過電壓屬于內(nèi)部過電壓？A.直擊雷過電壓B.感應(yīng)雷過電壓C.操作過電壓D.雷電反擊過電壓6.球隙放電電壓的校正系數(shù)K與以下哪個因素無關(guān)？A.空氣溫度B.空氣濕度C.球隙距離D.大氣壓力7.電暈放電的主要特征是：A.間隙完全擊穿，形成貫穿性電弧B.放電集中在電極尖端，伴隨藍紫色光暈C.放電過程中產(chǎn)生大量臭氧和氮氧化物D.放電電壓與間隙距離呈線性關(guān)系8.固體電介質(zhì)的熱擊穿通常發(fā)生在：A.低頻高電壓環(huán)境B.高頻高電壓環(huán)境C.直流低電壓環(huán)境D.沖擊電壓環(huán)境9.以下哪種設(shè)備不屬于過電壓保護裝置？A.氧化鋅避雷器B.耦合電容器C.放電間隙D.接地開關(guān)10.測量高壓設(shè)備絕緣電阻時，應(yīng)使用：A.萬用表B.兆歐表（搖表）C.電橋D.示波器二、填空題（每空1分，共20分）1.氣體放電的主要形式包括電暈放電、______、______和電弧放電。2.雷電過電壓分為______過電壓和______過電壓兩類。3.電介質(zhì)的極化類型主要有電子式極化、______、______和空間電荷極化。4.沖擊電壓試驗中，標準雷電沖擊波形為______/______μs，標準操作沖擊波形為______/______μs。5.衡量絕緣材料耐電暈性能的關(guān)鍵參數(shù)是______。6.輸電線路的防雷措施主要包括______、______、______和裝設(shè)自動重合閘。7.介質(zhì)損耗角正切tanδ的測量方法主要有______和______。8.真空絕緣的擊穿機理主要包括______和______。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述湯遜放電理論與流注放電理論的主要區(qū)別。2.為什么SF?氣體具有優(yōu)異的絕緣性能？請從分子結(jié)構(gòu)和放電特性角度分析。3.說明電介質(zhì)老化的主要類型及其影響因素。4.比較棒-板間隙與棒-棒間隙的放電特性（擊穿電壓、極性效應(yīng)等）。5.簡述氧化鋅避雷器（MOA）的工作原理及其相對于傳統(tǒng)碳化硅避雷器的優(yōu)勢。四、計算題（每題10分，共20分）1.某110kV變壓器進行雷電沖擊耐壓試驗，試驗電壓波形為1.2/50μs。實測沖擊電壓峰值為480kV，波前部分在10%峰值處的時間為0.1μs，90%峰值處的時間為1.3μs；半峰值處的時間為48μs。計算該波形的波前時間T?和半峰值時間T?（保留兩位小數(shù)）。2.某電容型設(shè)備的電容量C=2000pF，在10kV工頻電壓下測量其介質(zhì)損耗角正切tanδ=0.005。計算該設(shè)備的介質(zhì)損耗功率P（π取3.14）。五、論述題（20分）結(jié)合電力系統(tǒng)實際，論述輸電線路防雷保護的綜合措施及其配合原則。要求從直擊雷防護、感應(yīng)雷防護、接地優(yōu)化、絕緣配合等方面展開，分析各措施的作用機理及協(xié)同效果。答案一、單項選擇題1.B2.B3.B4.B5.C6.C7.B8.B9.B10.B二、填空題1.火花放電；電弧放電（注：或填“輝光放電”“刷狀放電”，但標準分類為電暈、輝光、火花、電?。?.直擊雷；感應(yīng)雷3.離子式極化；偶極子極化4.1.2；50；250；25005.耐電暈壽命（或“電暈老化閾值”）6.裝設(shè)避雷線；降低桿塔接地電阻；加強絕緣（或“裝設(shè)耦合地線”）7.西林電橋法；介損儀測量法（或“正接法”“反接法”）8.場致發(fā)射；微粒碰撞電離三、簡答題1.湯遜理論與流注理論的主要區(qū)別：湯遜理論適用于低氣壓、短間隙（pd≤26.6kPa·cm）的放電場景，認為放電的關(guān)鍵是電子碰撞電離和正離子撞擊陰極產(chǎn)生的二次電子發(fā)射，擊穿電壓與pd呈函數(shù)關(guān)系（帕邢定律）。流注理論適用于高氣壓、長間隙（pd>26.6kPa·cm）的放電場景，強調(diào)放電過程中空間電荷畸變電場的作用，當電子崩發(fā)展到一定程度時，正負電荷分離形成強電場的“流注”通道，使放電由電子崩階段躍變?yōu)樽猿址烹姡瑩舸╇妷号c間隙距離呈近似線性關(guān)系。2.SF?氣體絕緣性能優(yōu)異的原因：分子結(jié)構(gòu)方面：SF?分子為對稱八面體結(jié)構(gòu)，電負性極強（氟原子易捕獲自由電子形成負離子），可有效減少自由電子數(shù)量，抑制放電發(fā)展；分子直徑大（約0.55nm），電子平均自由程短，碰撞電離概率低。放電特性方面：SF?分解產(chǎn)物（如SF?、SF?）仍具有較強電負性，且分解反應(yīng)吸熱，可吸收放電能量；其滅弧能力是空氣的100倍，電弧過零后介質(zhì)強度恢復(fù)快。3.電介質(zhì)老化的主要類型及影響因素：（1）電老化：由長期電場作用引起，包括局部放電（導致材料表面蝕損、分子鏈斷裂）、電暈（產(chǎn)生臭氧和氮氧化物，腐蝕材料）、熱電子注入（引發(fā)空間電荷積累，畸變電場）。影響因素：電場強度、頻率、波形。（2）熱老化：由介質(zhì)損耗發(fā)熱或外部高溫引起，導致材料分子鏈斷裂、交聯(lián)或氧化。影響因素：溫度、運行時間、散熱條件。（3）環(huán)境老化：由濕度、鹽霧、紫外線、化學腐蝕等引起，如吸潮導致絕緣電阻下降，鹽霧加速沿面放電。影響因素：環(huán)境濕度、污染物類型、光照強度。4.棒-板與棒-棒間隙的放電特性比較：（1）擊穿電壓：棒-板間隙（棒為正極性）的擊穿電壓最低，因正極性棒尖端電場集中，電子崩發(fā)展更充分；棒-板間隙（棒為負極性）擊穿電壓較高；棒-棒間隙擊穿電壓介于兩者之間（對稱電場）。（2）極性效應(yīng)：棒-板間隙存在顯著極性效應(yīng)（正極性擊穿電壓低于負極性）；棒-棒間隙無極性效應(yīng)（對稱結(jié)構(gòu)）。（3）放電發(fā)展：棒-板間隙放電集中于棒端到板的單向發(fā)展；棒-棒間隙放電從兩棒尖端同時向中間發(fā)展，形成對稱的流注通道。5.氧化鋅避雷器（MOA）的工作原理及優(yōu)勢：工作原理：MOA以氧化鋅（ZnO）為主要材料，其閥片具有優(yōu)異的非線性伏安特性（低電壓下高阻，高電壓下低阻）。正常運行時，閥片呈現(xiàn)高電阻，泄漏電流僅μA級；過電壓作用時，閥片電阻急劇降低，導通大電流，限制殘壓；過電壓消失后，閥片恢復(fù)高阻狀態(tài)。優(yōu)勢：①無間隙結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)碳化硅避雷器（有間隙）的間隙放電時延和擊穿電壓分散性；②通流能力大，可吸收更多能量；③殘壓低（相同額定電壓下殘壓比碳化硅避雷器低20%~30%），保護性能更優(yōu)；④無續(xù)流，動作后無需滅弧，可多次動作。四、計算題1.波前時間T?計算：標準波前時間定義為從10%峰值到90%峰值時間的1.67倍（T?=1.67×(t??%-t??%)）。已知t??%=0.1μs，t??%=1.3μs，則T?=1.67×(1.3-0.1)=1.67×1.2≈2.00μs（注：實際標準波形允許一定偏差，此處按定義計算）。半峰值時間T?：從原點到半峰值點的時間，實測半峰值時間為48μs，故T?=48μs（符合標準50μs的±20%偏差要求）。2.介質(zhì)損耗功率P計算：介質(zhì)損耗公式為P=U2×ω×C×tanδ，其中ω=2πf，f=50Hz。代入數(shù)據(jù)：U=10kV=10?V，C=2000pF=2000×10?12F，tanδ=0.005。ω=2×3.14×50=314rad/sP=(10?)2×314×2000×10?12×0.005=10?×314×2×10??×0.005=10?×6.28×10?1?×0.005=6.28×10?2×0.005=0.000314kW=0.314W五、論述題輸電線路防雷保護的綜合措施及配合原則電力系統(tǒng)中，輸電線路是雷電過電壓的主要作用對象，其防雷性能直接影響電網(wǎng)供電可靠性。綜合防雷措施需從直擊雷防護、感應(yīng)雷防護、接地優(yōu)化、絕緣配合等方面協(xié)同設(shè)計，具體如下：1.直擊雷防護：核心措施是裝設(shè)避雷線（或避雷針）。避雷線架設(shè)于導線上方，通過屏蔽作用將雷電流引向自身，降低導線被直擊的概率。對于500kV及以上線路，避雷線保護角通常小于15°（保護角越小，屏蔽效果越好）；110kV線路保護角一般取20°~30°。超高壓線路可采用雙避雷線，增強屏蔽冗余。2.感應(yīng)雷防護：感應(yīng)雷過電壓由雷電流在導線上感應(yīng)的靜電和電磁分量疊加產(chǎn)生，其幅值與雷電流幅值、導線高度、雷擊點距離相關(guān)。防護措施包括：①減小導線平均高度（優(yōu)化桿塔設(shè)計）；②增大導線與地的耦合系數(shù)（如架設(shè)耦合地線，通過電磁耦合降低導線上的感應(yīng)電壓）；③提高線路絕緣水平（如增加絕緣子片數(shù)），使感應(yīng)過電壓不超過絕緣耐受值。3.接地優(yōu)化：桿塔接地電阻是影響雷擊跳閘率的關(guān)鍵參數(shù)。當雷擊桿塔時，雷電流通過接地裝置入地，接地電阻R越大，桿塔電位升高（U=I×R）越顯著，易引發(fā)反擊（桿塔電位超過導線電位，導致絕緣子串擊穿）。因此，需通過以下措施降低接地電阻：①采用多根放射形接地體（延長接地極長度）；②在高土壤電阻率地區(qū)使用降阻劑或換土；③利用桿塔基礎(chǔ)自然接地（如鋼筋混凝土基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)）。一般要求110kV線路桿塔接地電阻≤10Ω，500kV線路≤5Ω。4.絕緣配合：根據(jù)線路的耐雷水平（線路不發(fā)生雷擊跳閘的最大雷電流幅值），合理選擇絕緣子串長度和類型。例如，瓷絕緣子耐污閃能力較弱，可選用復(fù)合絕緣子（憎水性好，表面泄漏電流小）；在污穢地區(qū)，需增加絕緣子片數(shù)（爬電比距）。同時，需考慮避雷器的配合：對于易擊段（如山區(qū)、孤立桿塔），可加裝線路型氧化鋅避雷器，其殘壓低于絕緣子串的50%沖擊放電電壓，實現(xiàn)“鉗位”保護。5.自動重合閘配合：由于大多數(shù)雷擊閃絡(luò)是瞬時性的（電弧