高電壓技術實驗室的建設與探索*

李春葉 武興華 張靈

太原理工大學電氣與動力工程學院 太原 030024

高電壓技術實驗室的建設與探索*

李春葉 武興華 張靈

太原理工大學電氣與動力工程學院 太原 030024

實驗教學是專業教學中培養學生分析問題、解決問題能力和創新能力的關鍵環節。從高電壓實驗室的發展歷程、總體設計、試驗教學環節設置、設備配置及今后工作展望幾方面出發，對高電壓實驗室建設進行探索和思考。

高電壓技術；實驗室建設；實驗教學

1 實驗室歷程及總體設計

太原理工大學高電壓實驗室始建于1972年，現有面積636平方米，固定資產400多萬元。目前高電壓實驗室擁有20米（L）×12米（W）×10米（H）的高壓試驗大廳和16個試驗小廳，試驗場地滿足電力系統高壓設備的試驗要求。隨著時代的進步，實驗室的建設也不斷與時俱進，不斷發展，為培養電氣工程專業學生的高電壓試驗能力發揮了巨大的作用。

20世紀70年代末，在非常艱苦的條件下，實驗室的教師自己動手，研發生產了120 kV沖擊電壓發生器及沖擊電流發生器等大型設備，于1980年建成同類高校中少有的高電壓實驗大廳。1995年，實驗室得到學校專款資助，購置直流高壓發生器、數字波形記錄儀等大型精密測試儀器，實驗室的測試能力大大提高。2010年，學校加大對高電壓技術實驗室的投入。根據電氣專業人才培養的需要，實驗室進行了新的規劃和建設，實驗室的裝備水平和高壓試驗能力得到進一步提高。目前實驗室主要設備有1 000 kV沖擊電壓發生器、100 kV無局部放電工頻試驗變壓器、250 kV工頻試驗變壓器、60 kV直流電壓發生器、變壓器油色譜分析儀及相應配套的先進測試記錄儀器，并添置一批數字化測量和計量標準設備，使整個實驗室的設備電氣參數和測控技術在山西省高校中處于領先的水平。

2 實驗教學內容設置

實驗教學是在課堂教學的基礎上對該課程內容認識的延伸和深化。高電壓技術這門課程的課堂教學與實驗教學相互依賴的特點更為突出，通過實驗，不但使學生加深對理論知識的理解，而且培養學生理論聯系實際、綜合分析問題和解決問題的能力[3-7]。高電壓技術課程課堂教學內容主要分兩大部分：高電壓絕緣與絕緣試驗和電力系統的過電壓及保護。課堂教學為48學時，試驗也相應從絕緣和過電壓兩方面入手，試驗學時安排為8學時。

2.1 絕緣試驗

針對課程的高電壓絕緣部分，開設4學時試驗，主要內容有絕緣電阻及吸收比的測量、局部放電的測量和絕緣油中溶解氣體的色譜分析。

1）絕緣電阻及吸收比的測量。絕緣電阻是反映絕緣性能的最基本的指標之一。絕緣良好的絕緣電阻一般很高，而劣化絕緣后的絕緣電阻則明顯下降，一般用絕緣電阻表可以檢測絕緣電阻的優劣。對于大容量試品，規定除測量絕緣電阻之外，還要求測量吸收比K：K=R60s/R15s（60 s的絕緣電阻與15 s的絕緣電阻之比）。一般認為K≥1.3～1.5時，絕緣是良好的[8]。

2）局部放電的測量。局部放電是導體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電，可發生在不同介質，放電的能量微弱，但日積月累，將引起設備絕緣老化，最后可能導致整個絕緣在正常電壓下發生擊穿。開設局部放電測量實驗的目的是使學生了解局部放電產生的機理，掌握依據局部放電量、放電電壓判斷電力設備絕緣質量的方法。

3）絕緣油中溶解氣體的色譜分析。通過分析絕緣油中溶解氣體的成分、含量及其隨時間而增長的規律，可鑒別故障的性質、程度及發展情況。通過該實驗，使學生學習SP-3420氣相色譜分析儀的具體使用方法，掌握氣相色譜分析法的基本檢測原理，以及依據絕緣油中溶解氣體的成分及含量來判斷充油電氣設備絕緣狀況的方法，以鞏固課堂上的內容。

2.2 過電壓的產生

電氣設備的絕緣在運行中除受工作電壓的作用外，還會受到電力系統中可能出現的各種過電壓的影響，這就需要通過相應的高電壓試驗以確定電氣設備的絕緣強度。因此，需要在高壓實驗室產生出相應的試驗電壓。本部分開設4學時試驗，包括工頻交流耐壓實驗和沖擊耐壓實驗。

1）工頻交流耐壓實驗：實驗目的是使學生掌握YDTW-125/250型工頻試驗變壓器的接線及操作方法，掌握工頻高電壓的幾種測量方法。

2）沖擊耐壓實驗：實驗目的是使學生熟悉HYJD-1000kV 25kJ沖擊電壓發生器的工作原理及結構，掌握沖擊電壓發生器的使用方法，掌握沖擊電壓的測量方法等。

通過高電壓絕緣及過電壓的實踐環節后，學生對電力系統高電壓技術領域的相關知識都會有較深刻的認識，并能為學生將來在電力行業從事相關的工作提供一定的技術儲備。

3 實驗室設備

太原理工大學在高電壓實驗室建設中引進先進的實驗設備，豐富了實驗的內容，對于教學和科研都提供了良好的環境。依托高電壓實驗室，可以進行高電壓試驗設備的開放研究，高電壓試驗數字測量與計量研究，電力系統過電壓、電力設備絕緣的在線檢測技術及電氣綜合實驗。建成的實驗室除開設課程實驗外，還支撐學生的創新實踐活動，可作為本科畢業設計平臺及教師科研工作基地，以發揮更高的效能?；谏鲜鼋ㄔO目標，實驗室整體建設規劃中引進如下設備，以更好滿足學生及科研工作需求。

3.1 HYJD-1000KV 25KJ沖擊電壓發生器

如圖1所示，HYJD-1000kV 25kJ沖擊電壓發生器是產生脈沖波的高電壓發生裝置。沖擊電壓試驗是電力設備高壓試驗的基本項目之一。該試驗既可用于研究電力設備遭受大氣過電壓（雷擊）時的絕緣性能，又可用于研究電力設備遭受操作過電壓時的絕緣性能。同時，在進行電磁兼容研究及放電機理研究等許多方面也都需要進行沖擊電壓試驗。目前可開設出的實驗有雷電沖擊全波試驗、雷電沖擊截波實驗、操作沖擊全波試驗等。

圖1 HYJD-1000kV沖擊電壓發生器

3.2 SP-3420A氣相色譜分析儀

色譜分析儀是應用色譜法對物質進行定性、定量分析，研究物質的物理、化學特性的儀器[9]。SP-3420A型色譜分析儀是在引進美國Varian公司食品制造技術的基礎上研制開發的實驗室用氣相色譜儀，如圖2所示。該產品的技術性能和技術指標均處于國際、國內領先水平，廣泛用于化工、電力、科研和教育等眾多領域。目前可開設的實驗有變壓器油中溶解氣體的氣相色譜分析，依據絕緣油中溶解氣體的成分及含量判斷充油電氣設備絕緣狀況的方法等。

3.3 YDTW-125/250型工頻試驗變壓器

電氣設備絕緣在電力系統中會受到各種過電壓的影響，設備絕緣能否承受過電壓而不發生損壞，就必須通過相應的高電壓試驗以確定電氣設備的絕緣強度。YDTW-125/250型工頻試驗變壓器是一種廣泛用于電力系統用戶現場檢測各種高壓電器設備絕緣性能的設備。目前可開設的實驗有掌握交流高壓試驗變壓器的運行特性，掌握試驗變壓器短路阻抗的測量方法，試品的工頻交流耐壓實驗，試品的過壓、過流保護實驗等。

3.4 TPH1型電磁屏蔽室

如圖3所示，TPH1型電磁屏蔽室是利用電磁波通過金屬或對電磁波有衰減作用的阻擋層時，會受到一定程度的衰減的原理，有效地對電子產品和系統工程進行寬頻范圍的精密測量及電子信息保護的一種高性能設備。使用過程中應注意：1）嚴禁在屏蔽室的波導孔或波導窗中穿入金屬導線；2）開關屏蔽室時，要用力均勻，切勿撞擊；3）要定期對門扇封刀和簧片部位做清潔工作；4）定期檢查屏蔽門，以確保傳動靈活；5）屏蔽室須保證可靠接地，接地電阻≦1 Ω。

圖2 SP-3420A型氣相色譜分析儀

3.5 DDX9101型局部放電測試儀

電氣設備絕緣的擊穿常由局部缺陷處的放電開始，對絕緣中的局部放電強度進行測量成了檢測絕緣內部缺陷的重要方法之一。DDX9101型局部放電測試儀整合所有模擬探測器的基本功能，提供局部放電合格測試的理想方案。該設備可對試品的局部放電進行測量。

3.6 其他設備

目前實驗室還配備有數字絕緣電阻測試儀、接地電阻測試儀、高精度LCR測試儀、自動抗干擾精密介質損耗測量儀、真空干燥箱等，這些設備為學生消化課堂上的內容提供了極大的便利。

4 今后工作展望

太原理工大學電氣工程專業有較長的歷史，自建校以來，就一直作為學校學科重點建設的專業。近5年來學校加大投入力度，通過由外引進、對內培養，高電壓與絕緣技術學科的師資力量得到飛速發展，現有教授3人、副教授4人、講師2人、助教2人、高級實驗師2人，已形成一支師資力量雄厚，年齡和知識結構合理，教學水平高、教學效果好的教學科研隊伍。

今后配合學校高電壓與絕緣技術學科的發展，從滿足本科教學和教師、研究生科研的需求出發，實驗室建設繼續從實驗人員培養、實驗設備更新及實驗課程開設3個方面進行規劃，大力促進該電氣工程專業和學科的發展，擴大在國內的影響力。

5 結語

高電壓技術實驗室通過近些年的發展，大型實驗設備及新型檢測裝置的使用，激發了學生學習的熱情，提高了學生的理論水平，在培養學生思考問題、解決問題的能力上取得很大成功，鍛煉了學生的創新思維和實踐能力。同時，新設備的引進，對學生的科技創新活動和教師及研究生的科研工作也起到巨大推進作用，取得一系列成果。實驗室建設是一項復雜的系統工程，需要在實踐中不斷改進，今后將不斷推進實驗室的改革，推進實驗教學的改革，以適應社會對人才培養的需要。

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[3]王琴.SP3420型氣相色譜儀常見故障分析及處理[J].分析試驗室,2010,29(5):223-225.

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[5]張文亮,鄔雄.電力系統電磁兼容實驗室建設[J].高電壓技術,2000,26(6):14-16,68.

[6]朱群峰,王曉芳,黃肇.試析電氣工程及自動化專業實驗室建設與改革[J].中國電力教育,2008(17):140-142.

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[9]王景春.高電壓技術實驗指導書[M].北京:中國電力出版社,2009.

The experimental teaching is key link for training the students’ ability of analyzing and solving problem and innovation in professional teaching. This paper introduces the research and construction of high voltage laboratory from the aspects of development history, overall design,experimental teaching setting, equipment configuration and laboratory prospect.

high voltage technology; laboratory construction; experimental teaching

G482

B

1671-489X(2012)15-0093-03

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.15.093

Research and Construction of High Voltage Technology Laboratory//Li Chunye, Wu Xinghua, Zhang Ling

Author’s address College of Electricity and Power Engineering, Taiyuan University of Technology,Taiyuan, China 030024

對于電氣工程專業的學生來說，學習高電壓相關課程的主要目的是學會正確處理電力系統中過電壓與絕緣這一矛盾。課程內容的抽象性和相對復雜性，在客觀上增大了學生學習和掌握的難度。在授課過程中，需要設置相應的實驗教學內容，才能使學生建立起一定的感性認識，更好地理解課本上的知識[1-2]。高電壓技術實驗室的建設和實驗課程的開設，將使學生通過現場觀測、測試及親自動手操作，具備一定的動手能力，鞏固課堂知識，培養分析和解決問題的能力，提高工程素養及實現理論知識的靈活運用，系統地掌握高電壓技術領域內的理論知識和技能。本文從高電壓實驗室的發展歷程、總體設計、試驗教學環節設置、設備配置及今后工作展望幾方面對太原理工大學高電壓實驗室建設進行探索和思考。

2011年太原理工大學校級教改項目。作者：李春葉，碩士，工程師，研究方向為電力系統分析與運行。

圖3 TPH1型電磁屏蔽室