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摘要：在科技发展飞速的今天，电力技术得到了大力发展，保护输电线路的安全，维护输电线路的正常使用是关键所在。最容易影响输电线路运行的因素是雷电，所以，如何防雷已经成为设计输电线路的主要研究部分。就输电线路复合绝缘子防雷措施进行了分析，并且讨论了一系列复合绝缘子并联间隙的防雷保护。
关键词：输电线路；绝缘子；并联间隙；防雷保护
作者简介：阮勇（1981-），男，安徽合肥人，中国能源建设集团安徽省电力设计院，工程师。（安徽 合肥 230601）
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0239-02
一、输电线路复合绝缘子并联间隙防雷保护现状
我国目前所采用的输电线路复合绝缘子防雷保护装置是比较合适的，防雷效果比较明显。所以，架空送电线路的防雷措施应该以我国现行的方式为基础，并在这个基础上加以改善，善用并联间隙作为辅助以对现有的防雷措施加以补充。当然，在设施方面的高要求也要运用到地域方面来，在装设输电线路时要考虑当地的地理情况与气候因素对线路的影响，并且要合理利用资源，不能过分浪费。本文将详细介绍的并联间隙装置就是一种理想的装置，它不仅价格低廉，而且安装使用也很方便。
我国目前采用的110kV复合绝缘子的高、低压侧没有均压环，会导致工频电弧的产生并且使弧根在绝缘子金属端部燃烧，影响到绝缘子的质量，甚至烧毁绝缘子，从而导致输电线路被破坏，供电中断。光从均压环这一点考虑，在220kV输电线路的复合绝缘子上均装有均压环，若由于设计的不合理或加工的不合理，工频电弧的弧根会停留在高压侧的均压环上或者绝缘子根部，这就会和110kV的复合绝缘子所导致的后果一样，烧损复合绝缘子，从而使输电线路遭到破坏，从而致使供电中断。[1]
但是，这两种绝缘子都有其优点，能够及时找到雷击和闪络处，并且可以识别工频电弧的放电，不仅如此，它还具有良好的均匀电场的功能，这就能保证输电线路运行的稳定。在复合绝缘子上安装并联间隙装置会使输电线路遭到雷击后使线路跳闸的现象增加，这是它的一个缺点，但是更重要的是，它会使输电线路遭到雷击后出现严重事故的概率降低很多。所以，可以通过采用一种加长型的绝缘子来抵消加上并联间隙装置的复合绝缘子雷击的跳闸增加的效果，这样就可以在满足降低雷击事故发生率的情况下，也降低输电线路雷击跳闸率，达到防雷的效果。[2]
二、设计输电线路复合绝缘子并联间隙防雷保护的步骤
1.技术要求
设计并联间隙装置要满足一定的要求：间隙装置要有能够先于绝缘子发生闪络现象的特点，并且要与电弧最终的燃烧点相结合。而且要使闪络发生在固定的位置，这个位置对输电线路必须无影响。当然，间隙装置还需要能够把电弧的起弧点恰当地转移至最终燃烧点。并且，间隙装置的工频电场要达到一定的要求，以防止放电。间隙装置还要具有一定的耐热性能，要能够经得起工频电弧的灼烧。[3]
2.初步设计输电线路复合绝缘子并联间隙装置
（1）雷电冲击放电特性分析。雷电的电击一般是通过最快最短的路径进行的，所以，在设计输电线路时一定要考虑到其放电路径的特性。间隙装置就起到一个优先绝缘子放电的作用。它可以产生定点定位的闪络现象，这就避免了绝缘子遭到破坏。所以，在设计间隙装置时，要在其高、低压电极上制作出定位点，定位点之间的距离应小于复合绝缘子的干弧距离，并留有适当裕度。保持间隙小是为了使间隙装置的放电电压降低，这样就可以保证绝缘子不会受到损坏，从而保障输电线路的正常运行。[3]
（2）工频电弧损坏绝缘子的原因。工频电弧损坏绝缘子的主要原因是电弧的热效应。当工频电弧形成时，它的爆炸声波辐射形成了影响较小的机械力，产生热效应，以至于烧坏绝缘子。当然，绝缘子的破坏其实不是由于电弧热效应而引燃并立刻损坏的。它的损坏在电弧完全发展后才进行的。绝缘子的材料是影响其受热能力的主要因素，所以在电弧引燃后的一段时间内，它的损坏温度取决于它的材料。绝缘子所能承受的最高温度是存在于起弧点附近的，距离越远，温度越低。当然，影响起弧点温度的因素也有一些，它的温度与电极的材料、形状有关，同时，它也受到电弧电流的一定影响。电弧中会形成弧根，它是存在于电极附近的小范围内的等离子流。工频电弧的弧根所聚集的等离子流会在极短的时间内烧坏绝缘子，从而导致供电中断。对比弧根，电弧的腹部是一个拥有较好的散热性能的区域，它可以及时地将多余的热量散到空气中，防止绝缘子瞬间烧坏。它里面有较大的通道，容易受到热空气的影响，当然，磁场对它的作用很明显。因此，电弧腹部也会对绝缘子造成一定的影响，在长时间内会将绝缘子烧坏。[4]
（3）间隙装置的工频电弧运动特性。对于装有间隙装置的绝缘子，起弧点可以从绝缘子的端头边跳到间隙装置的环上，再移动到间隙装置环的磁中性点上，并且移动的速度会降低，甚至停留下来，这样等离子流就会有足够的时间和机会烘烤复合绝缘子。虽然当前带有均压环的复合绝缘子有一定的引弧功能，但是不能达到并联间隙装置的目的，因此，将普通的绝缘子进行改进，加上间隙装置，可以有效改善其性能，增大引弧的效果。不管起弧点在哪个位置，电弧都会在电磁力的作用下快速向燃烧点移动，根据间隙装置的结构特点，等离子流会沿环形电极的方向喷出，其燃烧是稳定的。最终燃烧点可布置得远离绝缘体而不影响电弧的转移，这是较理想的结构。[4]
（4）间隙装置的材料。间隙装置材料的选择主要依据电弧的燃烧性能，一般可以选择钢、铜、铝。在不同的装置下要使用不同的材料才能有更好的效果。当然，从材料价格方面来考虑，其他材料不适合用做间隙装置材料，尤其是铜。铜的使用成本非常高，所以间隙装置的材料要根据间隙装置的设计来设计。通过许多研究发现，防雷作用最好并且有一定的防腐性质的材料是热镀锌钢，这是现今最适合作间隙装置的材料。[4] 三、间隙装置雷电冲击放电的试验
1.试验目的
这个试验主要是用来检验间隙装置能不能在一定程度上保证雷电电击不影响输电线路。当然，雷电闪络的路径也需要得到确定，并且通过优化得出最合适的间隙距离，这样就能够避免复合绝缘子被雷电电击，以致损坏，保证输电线路的正常运行。
2.试验方案
试验是在中国电力科学研究院户外高压试验场进行的，对于所采用的铁塔，用1：1简化的塔头进行模拟，塔头离地面20m。对于220kV导线采用直径30mm、长度6m的2根铝合金管和2只间接棒模拟双分裂导线，导线与水平面的夹角为45°，分裂的间距为400mm；对于110kV的导线，采用直径27mm、长度6m的镀锌钢管模拟单根导线。110kV复合绝缘子采用标准型和加长型两种，标准型的干弧距离为1045mm，加长型的干弧距离为1150mm。220kV复合绝缘子的标准型干弧距离为1950mm，加长型的干弧距离为2100mm。同时，对于加长型绝缘子的干弧距离可以通过间隙装置进行调节。[5]
3.试验结果
整个试验能够得到一定的数据来确定雷电对输电线路的影响，电极间的距离和间隙装置的材料、形状是密切相关的。在研究人员经过几百次试验之后得到的结果表明：
（1）影响高压侧起弧点位置的因素主要是高压电极的环面与放电球之间的相对位置，若电压电极的引弧棒端部低于环平面10mm时起弧点都在引弧棒上，当环平面低于放电球28mm时起弧点都在放电球上。
（2）对于间隙装置的高、低压电极环平面的位置都有要求，需要超过绝缘子的金属端部，否则会导致在绝缘子的金属端头上发生雷电闪络。
（3）带有间隙装置的绝缘子的雷电冲击放电电压比普通的绝缘子要低，220kV的绝缘子要低3%，110kV的绝缘子要低5%。对于带有间隙装置的加长型绝缘子雷电冲击放电电压比标准的绝缘子水平略高。
四、结束语
雷电是再自然不过的现象，它的发生是不可预料的。但是，可以通过对它的活动进行分析与研究，找出它的发生规律，这样就可以很好地预防雷电对输电线路的损坏。这只是防止雷电事故的一部分，还得通过技术手段来对架空输电线路复合绝缘子并联间隙的防雷保护进行研究，并且找到一定的方法来防止雷害。
参考文献：
[1]王黎明，廖永力，关志成.紧凑型输电线路复合绝缘子轴向电场分布分析[J].高电压技术，2009，35（8）：1862-1868.
[2]李瑞芳，吴广宁，马御棠，等.特高压交流输电线路耐雷水平相关因素研究[J].电瓷避雷器，2009，（3）：14-17，21.
[3]尹建辉，邓常伟.关于架空输电线路防雷保护的研究[J].广东科技，2009，（10）：206-207.
[4]朱江利.架空输电线路的防雷[J].科技信息，2009，（17）：322，329.
[5]陈锡阳，尹创荣，杨挺，等.110kV输电线路并联间隙防雷装置的设计与运行[J].电力建设，2011，（6）：57-61.
关键词：输电线路；绝缘子；并联间隙；防雷保护
作者简介：阮勇（1981-），男，安徽合肥人，中国能源建设集团安徽省电力设计院，工程师。（安徽 合肥 230601）
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0239-02
一、输电线路复合绝缘子并联间隙防雷保护现状
我国目前所采用的输电线路复合绝缘子防雷保护装置是比较合适的，防雷效果比较明显。所以，架空送电线路的防雷措施应该以我国现行的方式为基础，并在这个基础上加以改善，善用并联间隙作为辅助以对现有的防雷措施加以补充。当然，在设施方面的高要求也要运用到地域方面来，在装设输电线路时要考虑当地的地理情况与气候因素对线路的影响，并且要合理利用资源，不能过分浪费。本文将详细介绍的并联间隙装置就是一种理想的装置，它不仅价格低廉，而且安装使用也很方便。
我国目前采用的110kV复合绝缘子的高、低压侧没有均压环，会导致工频电弧的产生并且使弧根在绝缘子金属端部燃烧，影响到绝缘子的质量，甚至烧毁绝缘子，从而导致输电线路被破坏，供电中断。光从均压环这一点考虑，在220kV输电线路的复合绝缘子上均装有均压环，若由于设计的不合理或加工的不合理，工频电弧的弧根会停留在高压侧的均压环上或者绝缘子根部，这就会和110kV的复合绝缘子所导致的后果一样，烧损复合绝缘子，从而使输电线路遭到破坏，从而致使供电中断。[1]
但是，这两种绝缘子都有其优点，能够及时找到雷击和闪络处，并且可以识别工频电弧的放电，不仅如此，它还具有良好的均匀电场的功能，这就能保证输电线路运行的稳定。在复合绝缘子上安装并联间隙装置会使输电线路遭到雷击后使线路跳闸的现象增加，这是它的一个缺点，但是更重要的是，它会使输电线路遭到雷击后出现严重事故的概率降低很多。所以，可以通过采用一种加长型的绝缘子来抵消加上并联间隙装置的复合绝缘子雷击的跳闸增加的效果，这样就可以在满足降低雷击事故发生率的情况下，也降低输电线路雷击跳闸率，达到防雷的效果。[2]
二、设计输电线路复合绝缘子并联间隙防雷保护的步骤
1.技术要求
设计并联间隙装置要满足一定的要求：间隙装置要有能够先于绝缘子发生闪络现象的特点，并且要与电弧最终的燃烧点相结合。而且要使闪络发生在固定的位置，这个位置对输电线路必须无影响。当然，间隙装置还需要能够把电弧的起弧点恰当地转移至最终燃烧点。并且，间隙装置的工频电场要达到一定的要求，以防止放电。间隙装置还要具有一定的耐热性能，要能够经得起工频电弧的灼烧。[3]
2.初步设计输电线路复合绝缘子并联间隙装置
（1）雷电冲击放电特性分析。雷电的电击一般是通过最快最短的路径进行的，所以，在设计输电线路时一定要考虑到其放电路径的特性。间隙装置就起到一个优先绝缘子放电的作用。它可以产生定点定位的闪络现象，这就避免了绝缘子遭到破坏。所以，在设计间隙装置时，要在其高、低压电极上制作出定位点，定位点之间的距离应小于复合绝缘子的干弧距离，并留有适当裕度。保持间隙小是为了使间隙装置的放电电压降低，这样就可以保证绝缘子不会受到损坏，从而保障输电线路的正常运行。[3]
（2）工频电弧损坏绝缘子的原因。工频电弧损坏绝缘子的主要原因是电弧的热效应。当工频电弧形成时，它的爆炸声波辐射形成了影响较小的机械力，产生热效应，以至于烧坏绝缘子。当然，绝缘子的破坏其实不是由于电弧热效应而引燃并立刻损坏的。它的损坏在电弧完全发展后才进行的。绝缘子的材料是影响其受热能力的主要因素，所以在电弧引燃后的一段时间内，它的损坏温度取决于它的材料。绝缘子所能承受的最高温度是存在于起弧点附近的，距离越远，温度越低。当然，影响起弧点温度的因素也有一些，它的温度与电极的材料、形状有关，同时，它也受到电弧电流的一定影响。电弧中会形成弧根，它是存在于电极附近的小范围内的等离子流。工频电弧的弧根所聚集的等离子流会在极短的时间内烧坏绝缘子，从而导致供电中断。对比弧根，电弧的腹部是一个拥有较好的散热性能的区域，它可以及时地将多余的热量散到空气中，防止绝缘子瞬间烧坏。它里面有较大的通道，容易受到热空气的影响，当然，磁场对它的作用很明显。因此，电弧腹部也会对绝缘子造成一定的影响，在长时间内会将绝缘子烧坏。[4]
（3）间隙装置的工频电弧运动特性。对于装有间隙装置的绝缘子，起弧点可以从绝缘子的端头边跳到间隙装置的环上，再移动到间隙装置环的磁中性点上，并且移动的速度会降低，甚至停留下来，这样等离子流就会有足够的时间和机会烘烤复合绝缘子。虽然当前带有均压环的复合绝缘子有一定的引弧功能，但是不能达到并联间隙装置的目的，因此，将普通的绝缘子进行改进，加上间隙装置，可以有效改善其性能，增大引弧的效果。不管起弧点在哪个位置，电弧都会在电磁力的作用下快速向燃烧点移动，根据间隙装置的结构特点，等离子流会沿环形电极的方向喷出，其燃烧是稳定的。最终燃烧点可布置得远离绝缘体而不影响电弧的转移，这是较理想的结构。[4]
（4）间隙装置的材料。间隙装置材料的选择主要依据电弧的燃烧性能，一般可以选择钢、铜、铝。在不同的装置下要使用不同的材料才能有更好的效果。当然，从材料价格方面来考虑，其他材料不适合用做间隙装置材料，尤其是铜。铜的使用成本非常高，所以间隙装置的材料要根据间隙装置的设计来设计。通过许多研究发现，防雷作用最好并且有一定的防腐性质的材料是热镀锌钢，这是现今最适合作间隙装置的材料。[4] 三、间隙装置雷电冲击放电的试验
1.试验目的
这个试验主要是用来检验间隙装置能不能在一定程度上保证雷电电击不影响输电线路。当然，雷电闪络的路径也需要得到确定，并且通过优化得出最合适的间隙距离，这样就能够避免复合绝缘子被雷电电击，以致损坏，保证输电线路的正常运行。
2.试验方案
试验是在中国电力科学研究院户外高压试验场进行的，对于所采用的铁塔，用1：1简化的塔头进行模拟，塔头离地面20m。对于220kV导线采用直径30mm、长度6m的2根铝合金管和2只间接棒模拟双分裂导线，导线与水平面的夹角为45°，分裂的间距为400mm；对于110kV的导线，采用直径27mm、长度6m的镀锌钢管模拟单根导线。110kV复合绝缘子采用标准型和加长型两种，标准型的干弧距离为1045mm，加长型的干弧距离为1150mm。220kV复合绝缘子的标准型干弧距离为1950mm，加长型的干弧距离为2100mm。同时，对于加长型绝缘子的干弧距离可以通过间隙装置进行调节。[5]
3.试验结果
整个试验能够得到一定的数据来确定雷电对输电线路的影响，电极间的距离和间隙装置的材料、形状是密切相关的。在研究人员经过几百次试验之后得到的结果表明：
（1）影响高压侧起弧点位置的因素主要是高压电极的环面与放电球之间的相对位置，若电压电极的引弧棒端部低于环平面10mm时起弧点都在引弧棒上，当环平面低于放电球28mm时起弧点都在放电球上。
（2）对于间隙装置的高、低压电极环平面的位置都有要求，需要超过绝缘子的金属端部，否则会导致在绝缘子的金属端头上发生雷电闪络。
（3）带有间隙装置的绝缘子的雷电冲击放电电压比普通的绝缘子要低，220kV的绝缘子要低3%，110kV的绝缘子要低5%。对于带有间隙装置的加长型绝缘子雷电冲击放电电压比标准的绝缘子水平略高。
四、结束语
雷电是再自然不过的现象，它的发生是不可预料的。但是，可以通过对它的活动进行分析与研究，找出它的发生规律，这样就可以很好地预防雷电对输电线路的损坏。这只是防止雷电事故的一部分，还得通过技术手段来对架空输电线路复合绝缘子并联间隙的防雷保护进行研究，并且找到一定的方法来防止雷害。
参考文献：
[1]王黎明，廖永力，关志成.紧凑型输电线路复合绝缘子轴向电场分布分析[J].高电压技术，2009，35（8）：1862-1868.
[2]李瑞芳，吴广宁，马御棠，等.特高压交流输电线路耐雷水平相关因素研究[J].电瓷避雷器，2009，（3）：14-17，21.
[3]尹建辉，邓常伟.关于架空输电线路防雷保护的研究[J].广东科技，2009，（10）：206-207.
[4]朱江利.架空输电线路的防雷[J].科技信息，2009，（17）：322，329.
[5]陈锡阳，尹创荣，杨挺，等.110kV输电线路并联间隙防雷装置的设计与运行[J].电力建设，2011，（6）：57-61.