长空气间隙

电力工程

长空气间隙(以下简称长间隙)放电是高电压工程领域长期关注的基础问题之一。长间隙放电研究包括放电特性试验、放电机理探索与建模仿真3方面内容，可为高压输变电工程的外绝缘设计提供依据，亦是雷电屏蔽问题研究的重要基础。由于对气体放电理论的研究涉及多学科交叉以及受到测量气体放电过程中各种参数所需的先进仪器的制约。在气体放电理论很不完善的情况下，高电压与绝缘技术研究还是一门以试验为基础的学科。

简介

长空气间隙(以下简称长间隙)放电是高电压工程领域长期关注的基础问题之一。长间隙放电研究包括放电特性试验、放电机理探索与建模仿真3方面内容，可为高压输变电工程的外绝缘设计提供依据，亦是雷电屏蔽问题研究的重要基础。

简史

20世纪50年代，瑞典(1952年)、前苏联(1952年)和美国(1954年)分别建成380、330、345 kV等级交流输电工程。此电压等级范围内的输变电工程外绝缘设计主要考虑工频电压和雷电过电压作用，这一时期长间隙放电研究主要关注工频和雷电冲击电压下间隙的击穿特性。到20世纪60年代末，苏联(1959年)、加拿大(1965年)和美国(1969年)又相继将输电电压等级提升至500、735和765 kV。更高电压等级输变电工程外绝缘设计中，操作过电压的主导作用开始凸显。苏联、美国、日本和意大利等国学者开始重点关注操作冲击下空气间隙的放电特性。通过开展大量的放电试验，获得了不同结构间隙的放电击穿特性，建立了放电电压的经验计算公式。另一方面，长间隙放电试验能力的提升使得学者们也开始利用长间隙放电来研究雷电屏蔽问题。1968年，mmstrong和whitehead等人提出了基于负极性长间隙放电特性计算雷电击距的方法，并建立了雷电屏蔽性能分析的电气几何模型(electro-geometric mOdel，EGM)，成功解释了美国345 kV输电线路雷击异常闪络的原因。电气几何模型和由此衍生的滚球法是世界各国分析架空输电线路和建筑物雷电屏蔽性能的主要方法。

进入20世纪70年代，欧美发达国家开始积极探索特高压输电技术。为了解决特高压输变电工程外绝缘设计中所面临的挑战，1970年，国际大电网会议33一03专业委员会成立了气体放电物理研究工作组，组织欧美学者开始开展长间隙放电机理研究。1971年，法国电力公司邀请来自英、意、德等国的学者组成了雷纳地研究组(ks RenardiresGmup)，建立先进的观测系统，开展了近15 a的长间隙放电机理试验观测研究，获得了1～10 m尺度棒一板等典型间隙的放电物理参数，基本澄清了长间隙放电的发展过程并解释了部分放电机理。到20世纪70年代末，Les Renardires Group的部分学者开始基于已有的放电试验观测结果，探索建立基于长间隙放电发展过程的击穿特性预测方法。期间，美国、加拿大、意大利和法国的一些学者还开展了输变电工程间隙和尺度达34 m的棒一板典型间隙的击穿特性试验，为特高压输电技术的论证提供了大量基础数据。

20世纪80年代，国外学者聚焦于新的放电观测方法和仿真模型研究。与此同时，长间隙放电机理研究的深入也有力地推动了雷电屏蔽仿真模型的研究。20世纪80年代末，Eriksson、Dellera等学者将长间隙放电试验中建立的正极性先导起始判据应用于架空线路和建筑物雷电迎面先导起始条件的计算，建立了雷电屏蔽分析的先导发展模型(leader pmgression model，IJM)。LPM的建立克服了EGM无法考虑雷电迎面先导影响的不足，为大尺度目标物雷电屏蔽性能的分析提供了新的途径。

我国从20世纪70年代起，为了满足超、特高压输电技术研究的需要，也开展了大量的长间隙放电特性研究，更侧重于输变电工程间隙放电特性的试验，在放电机理方面研究较少。进入20世纪后，国内学者也开始研究建立长间隙放电的观测系统，开展长间隙放电参数的测量和放电机理的研究，取得了一定的进展。

我国正加快实施特高压输变电工程建设。全面掌握特高压输变电工程间隙的放电特性和优化线路的雷电屏蔽性能是进一步提升特高压输电系统安全性和经济性所面临的技术挑战。为此，国内学者在国家973计划的支持下，深入开展长间隙放电机理研究，目的在于获取关键放电物理参数，建立和完善长间隙放电数学仿真模型，以实现对特高压工程间隙放电特性的预测和分析，并促进特高压输电线路雷电屏蔽技术的发展。

长间隙放电特性试验研究

长间隙放电特性试验研究的主要目的是获取实际工程间隙击穿电压的变化规律。研究对象一般包括棒一板等典型间隙和输变电工程间隙2大类。通过开展典型间隙放电试验，掌握长间隙击穿的基本特性，利用间隙系数的概念预测工程间隙的击穿特性，指导工程设计。在此基础上，通过开展工程间隙放电试验以检验绝缘配合设计的合理性。通常情况下，由于正极性击穿电压低于负极性的，在绝缘配合中主要关注正极性长间隙放电特性。而在雷电屏蔽研究中，既关注负极性放电特性，用以研究雷电击距和避雷针(线)的保护范围；也关注正极性放电特性，用以研究雷电迎面先导过程。

总结

1)长间隙放电研究可为高压输变电工程的外绝缘设计提供依据，亦是雷电屏蔽问题研究的重要基础。长间隙放电特性试验研究难以穷举实际输变电工程间隙，也无法准确获得实际过电压应力下间隙的绝缘特性。未来应重视长间隙放电基础研究，探索建立长间隙放电仿真模型，实现间隙放电特性的准确预测，采用试验与仿真相结合的手段，实现输变电工程外绝缘精细化设计，有效地协同超、特高压工程的安全性和经济性。

2)应深入开展长间隙放电观测技术和放电参数测量研究。重点发展3维瞬态电场测量技术和放电温度与粒子密度测量技术。系统开展流注空间电荷分布特性、流注一先导转换临界温度和先导通道特征参数3个方面的试验观测研究。

3)针对长间隙放电仿真模型存在的不足，仍需深入开展流注空间电荷计算模型研究，完善先导起始判据，建立更具物理内涵的连续先导发展模型，最终实现长间隙放电特性的准确预测，同时为雷电迎面先导模型的完善提供参考。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省