高电压技术实验室的建设与探索*

李春叶 武兴华 张灵

太原理工大学电气与动力工程学院 太原 030024

高电压技术实验室的建设与探索*

李春叶 武兴华 张灵

太原理工大学电气与动力工程学院 太原 030024

实验教学是专业教学中培养学生分析问题、解决问题能力和创新能力的关键环节。从高电压实验室的发展历程、总体设计、试验教学环节设置、设备配置及今后工作展望几方面出发，对高电压实验室建设进行探索和思考。

高电压技术；实验室建设；实验教学

1 实验室历程及总体设计

太原理工大学高电压实验室始建于1972年，现有面积636平方米，固定资产400多万元。目前高电压实验室拥有20米（L）×12米（W）×10米（H）的高压试验大厅和16个试验小厅，试验场地满足电力系统高压设备的试验要求。随着时代的进步，实验室的建设也不断与时俱进，不断发展，为培养电气工程专业学生的高电压试验能力发挥了巨大的作用。

20世纪70年代末，在非常艰苦的条件下，实验室的教师自己动手，研发生产了120 kV冲击电压发生器及冲击电流发生器等大型设备，于1980年建成同类高校中少有的高电压实验大厅。1995年，实验室得到学校专款资助，购置直流高压发生器、数字波形记录仪等大型精密测试仪器，实验室的测试能力大大提高。2010年，学校加大对高电压技术实验室的投入。根据电气专业人才培养的需要，实验室进行了新的规划和建设，实验室的装备水平和高压试验能力得到进一步提高。目前实验室主要设备有1 000 kV冲击电压发生器、100 kV无局部放电工频试验变压器、250 kV工频试验变压器、60 kV直流电压发生器、变压器油色谱分析仪及相应配套的先进测试记录仪器，并添置一批数字化测量和计量标准设备，使整个实验室的设备电气参数和测控技术在山西省高校中处于领先的水平。

2 实验教学内容设置

实验教学是在课堂教学的基础上对该课程内容认识的延伸和深化。高电压技术这门课程的课堂教学与实验教学相互依赖的特点更为突出，通过实验，不但使学生加深对理论知识的理解，而且培养学生理论联系实际、综合分析问题和解决问题的能力[3-7]。高电压技术课程课堂教学内容主要分两大部分：高电压绝缘与绝缘试验和电力系统的过电压及保护。课堂教学为48学时，试验也相应从绝缘和过电压两方面入手，试验学时安排为8学时。

2.1 绝缘试验

针对课程的高电压绝缘部分，开设4学时试验，主要内容有绝缘电阻及吸收比的测量、局部放电的测量和绝缘油中溶解气体的色谱分析。

1）绝缘电阻及吸收比的测量。绝缘电阻是反映绝缘性能的最基本的指标之一。绝缘良好的绝缘电阻一般很高，而劣化绝缘后的绝缘电阻则明显下降，一般用绝缘电阻表可以检测绝缘电阻的优劣。对于大容量试品，规定除测量绝缘电阻之外，还要求测量吸收比K：K=R60s/R15s（60 s的绝缘电阻与15 s的绝缘电阻之比）。一般认为K≥1.3～1.5时，绝缘是良好的[8]。

2）局部放电的测量。局部放电是导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，可发生在不同介质，放电的能量微弱，但日积月累，将引起设备绝缘老化，最后可能导致整个绝缘在正常电压下发生击穿。开设局部放电测量实验的目的是使学生了解局部放电产生的机理，掌握依据局部放电量、放电电压判断电力设备绝缘质量的方法。

3）绝缘油中溶解气体的色谱分析。通过分析绝缘油中溶解气体的成分、含量及其随时间而增长的规律，可鉴别故障的性质、程度及发展情况。通过该实验，使学生学习SP-3420气相色谱分析仪的具体使用方法，掌握气相色谱分析法的基本检测原理，以及依据绝缘油中溶解气体的成分及含量来判断充油电气设备绝缘状况的方法，以巩固课堂上的内容。

2.2 过电压的产生

电气设备的绝缘在运行中除受工作电压的作用外，还会受到电力系统中可能出现的各种过电压的影响，这就需要通过相应的高电压试验以确定电气设备的绝缘强度。因此，需要在高压实验室产生出相应的试验电压。本部分开设4学时试验，包括工频交流耐压实验和冲击耐压实验。

1）工频交流耐压实验：实验目的是使学生掌握YDTW-125/250型工频试验变压器的接线及操作方法，掌握工频高电压的几种测量方法。

2）冲击耐压实验：实验目的是使学生熟悉HYJD-1000kV 25kJ冲击电压发生器的工作原理及结构，掌握冲击电压发生器的使用方法，掌握冲击电压的测量方法等。

通过高电压绝缘及过电压的实践环节后，学生对电力系统高电压技术领域的相关知识都会有较深刻的认识，并能为学生将来在电力行业从事相关的工作提供一定的技术储备。

3 实验室设备

太原理工大学在高电压实验室建设中引进先进的实验设备，丰富了实验的内容，对于教学和科研都提供了良好的环境。依托高电压实验室，可以进行高电压试验设备的开放研究，高电压试验数字测量与计量研究，电力系统过电压、电力设备绝缘的在线检测技术及电气综合实验。建成的实验室除开设课程实验外，还支撑学生的创新实践活动，可作为本科毕业设计平台及教师科研工作基地，以发挥更高的效能。基于上述建设目标，实验室整体建设规划中引进如下设备，以更好满足学生及科研工作需求。

3.1 HYJD-1000KV 25KJ冲击电压发生器

如图1所示，HYJD-1000kV 25kJ冲击电压发生器是产生脉冲波的高电压发生装置。冲击电压试验是电力设备高压试验的基本项目之一。该试验既可用于研究电力设备遭受大气过电压（雷击）时的绝缘性能，又可用于研究电力设备遭受操作过电压时的绝缘性能。同时，在进行电磁兼容研究及放电机理研究等许多方面也都需要进行冲击电压试验。目前可开设出的实验有雷电冲击全波试验、雷电冲击截波实验、操作冲击全波试验等。

图1 HYJD-1000kV冲击电压发生器

3.2 SP-3420A气相色谱分析仪

色谱分析仪是应用色谱法对物质进行定性、定量分析，研究物质的物理、化学特性的仪器[9]。SP-3420A型色谱分析仪是在引进美国Varian公司食品制造技术的基础上研制开发的实验室用气相色谱仪，如图2所示。该产品的技术性能和技术指标均处于国际、国内领先水平，广泛用于化工、电力、科研和教育等众多领域。目前可开设的实验有变压器油中溶解气体的气相色谱分析，依据绝缘油中溶解气体的成分及含量判断充油电气设备绝缘状况的方法等。

3.3 YDTW-125/250型工频试验变压器

电气设备绝缘在电力系统中会受到各种过电压的影响，设备绝缘能否承受过电压而不发生损坏，就必须通过相应的高电压试验以确定电气设备的绝缘强度。YDTW-125/250型工频试验变压器是一种广泛用于电力系统用户现场检测各种高压电器设备绝缘性能的设备。目前可开设的实验有掌握交流高压试验变压器的运行特性，掌握试验变压器短路阻抗的测量方法，试品的工频交流耐压实验，试品的过压、过流保护实验等。

3.4 TPH1型电磁屏蔽室

如图3所示，TPH1型电磁屏蔽室是利用电磁波通过金属或对电磁波有衰减作用的阻挡层时，会受到一定程度的衰减的原理，有效地对电子产品和系统工程进行宽频范围的精密测量及电子信息保护的一种高性能设备。使用过程中应注意：1）严禁在屏蔽室的波导孔或波导窗中穿入金属导线；2）开关屏蔽室时，要用力均匀，切勿撞击；3）要定期对门扇封刀和簧片部位做清洁工作；4）定期检查屏蔽门，以确保传动灵活；5）屏蔽室须保证可靠接地，接地电阻≦1 Ω。

图2 SP-3420A型气相色谱分析仪

3.5 DDX9101型局部放电测试仪

电气设备绝缘的击穿常由局部缺陷处的放电开始，对绝缘中的局部放电强度进行测量成了检测绝缘内部缺陷的重要方法之一。DDX9101型局部放电测试仪整合所有模拟探测器的基本功能，提供局部放电合格测试的理想方案。该设备可对试品的局部放电进行测量。

3.6 其他设备

目前实验室还配备有数字绝缘电阻测试仪、接地电阻测试仪、高精度LCR测试仪、自动抗干扰精密介质损耗测量仪、真空干燥箱等，这些设备为学生消化课堂上的内容提供了极大的便利。

4 今后工作展望

太原理工大学电气工程专业有较长的历史，自建校以来，就一直作为学校学科重点建设的专业。近5年来学校加大投入力度，通过由外引进、对内培养，高电压与绝缘技术学科的师资力量得到飞速发展，现有教授3人、副教授4人、讲师2人、助教2人、高级实验师2人，已形成一支师资力量雄厚，年龄和知识结构合理，教学水平高、教学效果好的教学科研队伍。

今后配合学校高电压与绝缘技术学科的发展，从满足本科教学和教师、研究生科研的需求出发，实验室建设继续从实验人员培养、实验设备更新及实验课程开设3个方面进行规划，大力促进该电气工程专业和学科的发展，扩大在国内的影响力。

5 结语

高电压技术实验室通过近些年的发展，大型实验设备及新型检测装置的使用，激发了学生学习的热情，提高了学生的理论水平，在培养学生思考问题、解决问题的能力上取得很大成功，锻炼了学生的创新思维和实践能力。同时，新设备的引进，对学生的科技创新活动和教师及研究生的科研工作也起到巨大推进作用，取得一系列成果。实验室建设是一项复杂的系统工程，需要在实践中不断改进，今后将不断推进实验室的改革，推进实验教学的改革，以适应社会对人才培养的需要。

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[2]于永友,改革实验教学，强化创新能力培养[J].实验技术与管理,2006,23(7):12-14.

[3]王琴.SP3420型气相色谱仪常见故障分析及处理[J].分析试验室,2010,29(5):223-225.

[4]李高升,等.电磁场与微波实验教学设计及其实验室建设研究[J].高校实验室工作研究,2010,106(4):72-74.

[5]张文亮,邬雄.电力系统电磁兼容实验室建设[J].高电压技术,2000,26(6):14-16,68.

[6]朱群峰,王晓芳,黄肇.试析电气工程及自动化专业实验室建设与改革[J].中国电力教育,2008(17):140-142.

[7]方科,黄元亮,寇蕾.电气自动化实验室跨越式发展[J].实验室研究与探索,2010,29(4):154-157.

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[9]王景春.高电压技术实验指导书[M].北京:中国电力出版社,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

对于电气工程专业的学生来说，学习高电压相关课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝缘这一矛盾。课程内容的抽象性和相对复杂性，在客观上增大了学生学习和掌握的难度。在授课过程中，需要设置相应的实验教学内容，才能使学生建立起一定的感性认识，更好地理解课本上的知识[1-2]。高电压技术实验室的建设和实验课程的开设，将使学生通过现场观测、测试及亲自动手操作，具备一定的动手能力，巩固课堂知识，培养分析和解决问题的能力，提高工程素养及实现理论知识的灵活运用，系统地掌握高电压技术领域内的理论知识和技能。本文从高电压实验室的发展历程、总体设计、试验教学环节设置、设备配置及今后工作展望几方面对太原理工大学高电压实验室建设进行探索和思考。

2011年太原理工大学校级教改项目。作者：李春叶，硕士，工程师，研究方向为电力系统分析与运行。

图3 TPH1型电磁屏蔽室