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摘要：在架空输电线路的安全防护问题中，防范雷击威胁是一项重要内容。采用并联间隙的办法作为防雷保护措施是目前比较有效的措施，有着较好的发展前景。本文对110kV架空输电线路上加装并联间隙进行防雷的应用技术措施进行研究，通过实验对并联装置的接闪雷电和对绝缘子的保护效果进行验证，并考察电极设计与雷击放电路径间的关系。为提高110kV架空输电线路的安全运行提供参考。
关键词：110kV架空输电线路；防雷保护；并联间隙
雷击作为造成架空输电线路发生故障的主要因素之一，发生雷击后，往往会对线路的绝缘造成破坏，线路中断，造成局部地带停电的恶性故障，甚至影响到整个供电系统的安全。经常给输电工作带来很大的经济损失，严重影响人们正常的生产生活。人们对于架空输电线路的防雷保护措施的探索也从未停止过，虽然取得了一定的成果，可是从目前高发的雷击故障看，我们还需研究设计出更加有效的防雷应用技术。以往的架空线路防雷办法包括：架设避雷线、加强绝缘、安装线路避雷器以及使用不平衡绝缘等措施。这些办法的初衷就是尽量提高线路的耐雷击性，我们将其归结为“封堵型”防雷措施。但是雷电是自然现象，带有很大的随机性，单纯的提高线路防雷性不仅投资大而且技术上也存在诸多困难。所以，我们倡导采用“并联间隙”的办法，疏导雷电电流，这种办法允许线路出现个别跳闸现象，在绝缘子串的旁边设置间隙装置，接闪雷电的电流，对工频电弧进行疏导，这样就可以防止绝缘子串被烧坏，即使出现雷击闪络，可是重合闸是正常的。这种办法在未来的架空输电线路雷击防护中应用范围将更加广泛。
一、并联间隙的设计要求
（一）招弧电极的形状设计
一般来讲招弧电极的设计包括棒形和环形两种设计形式，棒形的设计目的是改良端头的电场分布形式，防止电流功率过于集中于棒端将棒端烧坏，通常将端头设计为小球的形状；环形的设计目的是实现均压的作用，这样就可以对绝缘子起到很好的保护作用。如果是复合绝缘子，那么在采用并联间隙进行防雷保护时，首先应当考虑好如何避免绝缘子与导线受到工频电弧产生热量的灼烧；其次还要保证线路能够达到电晕和无线电干扰的操作要求。综合考虑绝缘子串电压的布局，发挥其在保护绝缘子不受灼烧中的作用。
对于电弧燃烧的问题，德国专家学者进行过仔细的研究，经过反复试验表明：当强度在10A的电流电弧是沿着绝缘串进行燃烧的，电路发生短路的时间如果超过0.5s，那么就会对绝缘子造成很大危害。反之，如果发生短路的时间在0.5s以内，那么对绝缘子构成的损害就不是很大。由于输电能力的不断提高，我国架空输电线路发生短路时的电流强度逐渐增大，这样线路的绝缘子首先会受到灼烧。
现代建设的架空输电线路上绝缘子大多是装有均压环的，这在一定程度上能够保护绝缘子免受损害。但是，这种装置的作用有限且不具备短时间内转移电弧弧根的功能。原因在于当电弧产生是受到输电线路的双向电流冲击，这就使电流在均压环上承不规则的运动形式。当电弧运行至两股电流的平衡点位置时，弧根自然会静止不动，这是比较理想的结果。但是电弧常常会受到其他线路因素的影响，弧根会在平衡点的周边不规则的移动。此时，线路上的等离子电流的运动方向是不稳定的，在电弧静止的时间里很可能会去灼烧绝缘子部分的材料。鉴于此种情形，我们应当将直线串上高低压的招弧电极设计为开口环的形状，这样既利于保护绝缘子，又方便安装。
（二）并联间隙招弧电极的材料选择
在进行并联间隙招弧电极的材料选择时，我们应当充分的考虑材料本身的物理特性。目前比较常见的、适宜的材料有钢、铜和铝三种。假设截面积相同，在同等的实验条件下，电弧的运动速度很大程度上是受到线路材料的特性限制。经过实践证明，钢质材料上电极电弧运动速度是做快的，而铝的热耗损量要比钢高很多，如果在同一位置发生灼烧，铝材质的损耗会比钢质高出至少4倍。而真正的损耗是以物理变化体现的，我们在发生灼烧的位置会检验出大量的挥发氧化铝分步在周围。面对短路电流短时间内形成的高温，铜质和铝质的材料其导热性显然更好，所以，很快会有强大热量传导至间隙中，达到材料的承受极限后就很容易变形。
并联间隙中采用的管状或棒状的部分大小相同时，其材料的强度和其物理特性是成正比的。通过上述论证可以看出，只有是在增大尺寸时铝质材料才能和钢质间隙装置取得相同的效果。这样由于安全第一的原则，铝或铜质材料虽然重量较轻，但是仍然不被认为是并联间隙招弧电极装置的最佳材料，另外考虑架空输电线所处的环境，应当对钢质材料进行镀锌处理，以提高材料的防腐性能。
（三）并联间隙的安装
并联间隙的安装位置应合理布置，充分利用邻近电流路径上产生的电磁力，提高并联间隙将电路上产生的电弧推离绝缘子的能力。在进行直线塔的绝缘子串并联间隙安装时，应考虑避免电弧所引发的电线短路，间隙装置的招弧电极最好是顺着电线安装。在现实情况中，因为工频电流的电弧发出能量是比较大的，弧根通过电极端部流出后，能够很快影响到周边导线，扩散范围可以达到4m，但是弧根的传播速度缺失很快的，所以，相对导线构成的伤害是很有限的。
耐张绝缘子串的并联间隙装置应安装在绝缘子串偏上位置，设置招弧角，因为其上产生的电弧在电路热力和电动力的作用下，会向上漂移。这样的安装方式就可以保证电弧在向上端移动时不会影响耐张绝缘子串。
二、雷电冲击放电的电压和伏秒特性的实验研究
并联间隙的防雷击性能还需经过实践的检验，进行雷电冲击的放电电压实验，其目的就在于测试绝缘子串两侧的并联间隙遇到雷电波后闪络传导路径，并且观察雷电在形成闪络电压后在不同的间隙传导变化的规律。而进行伏秒特性的实验目的就是探究雷电冲击波徒度的相应变化情况以及雷电波对并联间隙上闪络电压和放电路径所构成的影响。在实验中，应当选择110kV的第7—9片绝缘子串，通过人工创造雷击现象，进行带并联间隙的雷电冲击放电的电压和伏秒特性的实验。我们选择比较常见的悬垂绝缘子单串和耐张绝缘子单串两种具有代表性的绝缘子串作为实验对象。
经过实验证明，在实验当中，并联间隙在受到电压冲击后均可以形成雷电的放电渠道，电极的形状对于并联间隙形成雷击放电路径的影响并不是很大。
总结
综上所述，并联间隙所设置的招弧角和绝缘子串防雷装置，对于110kV架空输电线路的防雷要求是非常适用的。在线路遭受雷击时能够利用间隙放电，并具有疏导电弧的功能，防止绝缘子受到电热灼烧，这种防雷装置是对传统的输电线路防雷措施的有效补充，将来还会有更大的发展空间。
参考文献
[1]谷山强，何金良，陈维江，徐国政.架空输电线路并联间隙防雷装置电弧磁场力计算研究[J]. 中国电机工程学报，2006（07）.
[2]葛栋，沈海滨，贺子鸣，张翠霞，王献丽，陈锡阳，尹创荣，王伟然，杨挺.110kV输电线路并联间隙的电气性能试验[J].中国电力，2011（06）.
关键词：110kV架空输电线路；防雷保护；并联间隙
雷击作为造成架空输电线路发生故障的主要因素之一，发生雷击后，往往会对线路的绝缘造成破坏，线路中断，造成局部地带停电的恶性故障，甚至影响到整个供电系统的安全。经常给输电工作带来很大的经济损失，严重影响人们正常的生产生活。人们对于架空输电线路的防雷保护措施的探索也从未停止过，虽然取得了一定的成果，可是从目前高发的雷击故障看，我们还需研究设计出更加有效的防雷应用技术。以往的架空线路防雷办法包括：架设避雷线、加强绝缘、安装线路避雷器以及使用不平衡绝缘等措施。这些办法的初衷就是尽量提高线路的耐雷击性，我们将其归结为“封堵型”防雷措施。但是雷电是自然现象，带有很大的随机性，单纯的提高线路防雷性不仅投资大而且技术上也存在诸多困难。所以，我们倡导采用“并联间隙”的办法，疏导雷电电流，这种办法允许线路出现个别跳闸现象，在绝缘子串的旁边设置间隙装置，接闪雷电的电流，对工频电弧进行疏导，这样就可以防止绝缘子串被烧坏，即使出现雷击闪络，可是重合闸是正常的。这种办法在未来的架空输电线路雷击防护中应用范围将更加广泛。
一、并联间隙的设计要求
（一）招弧电极的形状设计
一般来讲招弧电极的设计包括棒形和环形两种设计形式，棒形的设计目的是改良端头的电场分布形式，防止电流功率过于集中于棒端将棒端烧坏，通常将端头设计为小球的形状；环形的设计目的是实现均压的作用，这样就可以对绝缘子起到很好的保护作用。如果是复合绝缘子，那么在采用并联间隙进行防雷保护时，首先应当考虑好如何避免绝缘子与导线受到工频电弧产生热量的灼烧；其次还要保证线路能够达到电晕和无线电干扰的操作要求。综合考虑绝缘子串电压的布局，发挥其在保护绝缘子不受灼烧中的作用。
对于电弧燃烧的问题，德国专家学者进行过仔细的研究，经过反复试验表明：当强度在10A的电流电弧是沿着绝缘串进行燃烧的，电路发生短路的时间如果超过0.5s，那么就会对绝缘子造成很大危害。反之，如果发生短路的时间在0.5s以内，那么对绝缘子构成的损害就不是很大。由于输电能力的不断提高，我国架空输电线路发生短路时的电流强度逐渐增大，这样线路的绝缘子首先会受到灼烧。
现代建设的架空输电线路上绝缘子大多是装有均压环的，这在一定程度上能够保护绝缘子免受损害。但是，这种装置的作用有限且不具备短时间内转移电弧弧根的功能。原因在于当电弧产生是受到输电线路的双向电流冲击，这就使电流在均压环上承不规则的运动形式。当电弧运行至两股电流的平衡点位置时，弧根自然会静止不动，这是比较理想的结果。但是电弧常常会受到其他线路因素的影响，弧根会在平衡点的周边不规则的移动。此时，线路上的等离子电流的运动方向是不稳定的，在电弧静止的时间里很可能会去灼烧绝缘子部分的材料。鉴于此种情形，我们应当将直线串上高低压的招弧电极设计为开口环的形状，这样既利于保护绝缘子，又方便安装。
（二）并联间隙招弧电极的材料选择
在进行并联间隙招弧电极的材料选择时，我们应当充分的考虑材料本身的物理特性。目前比较常见的、适宜的材料有钢、铜和铝三种。假设截面积相同，在同等的实验条件下，电弧的运动速度很大程度上是受到线路材料的特性限制。经过实践证明，钢质材料上电极电弧运动速度是做快的，而铝的热耗损量要比钢高很多，如果在同一位置发生灼烧，铝材质的损耗会比钢质高出至少4倍。而真正的损耗是以物理变化体现的，我们在发生灼烧的位置会检验出大量的挥发氧化铝分步在周围。面对短路电流短时间内形成的高温，铜质和铝质的材料其导热性显然更好，所以，很快会有强大热量传导至间隙中，达到材料的承受极限后就很容易变形。
并联间隙中采用的管状或棒状的部分大小相同时，其材料的强度和其物理特性是成正比的。通过上述论证可以看出，只有是在增大尺寸时铝质材料才能和钢质间隙装置取得相同的效果。这样由于安全第一的原则，铝或铜质材料虽然重量较轻，但是仍然不被认为是并联间隙招弧电极装置的最佳材料，另外考虑架空输电线所处的环境，应当对钢质材料进行镀锌处理，以提高材料的防腐性能。
（三）并联间隙的安装
并联间隙的安装位置应合理布置，充分利用邻近电流路径上产生的电磁力，提高并联间隙将电路上产生的电弧推离绝缘子的能力。在进行直线塔的绝缘子串并联间隙安装时，应考虑避免电弧所引发的电线短路，间隙装置的招弧电极最好是顺着电线安装。在现实情况中，因为工频电流的电弧发出能量是比较大的，弧根通过电极端部流出后，能够很快影响到周边导线，扩散范围可以达到4m，但是弧根的传播速度缺失很快的，所以，相对导线构成的伤害是很有限的。
耐张绝缘子串的并联间隙装置应安装在绝缘子串偏上位置，设置招弧角，因为其上产生的电弧在电路热力和电动力的作用下，会向上漂移。这样的安装方式就可以保证电弧在向上端移动时不会影响耐张绝缘子串。
二、雷电冲击放电的电压和伏秒特性的实验研究
并联间隙的防雷击性能还需经过实践的检验，进行雷电冲击的放电电压实验，其目的就在于测试绝缘子串两侧的并联间隙遇到雷电波后闪络传导路径，并且观察雷电在形成闪络电压后在不同的间隙传导变化的规律。而进行伏秒特性的实验目的就是探究雷电冲击波徒度的相应变化情况以及雷电波对并联间隙上闪络电压和放电路径所构成的影响。在实验中，应当选择110kV的第7—9片绝缘子串，通过人工创造雷击现象，进行带并联间隙的雷电冲击放电的电压和伏秒特性的实验。我们选择比较常见的悬垂绝缘子单串和耐张绝缘子单串两种具有代表性的绝缘子串作为实验对象。
经过实验证明，在实验当中，并联间隙在受到电压冲击后均可以形成雷电的放电渠道，电极的形状对于并联间隙形成雷击放电路径的影响并不是很大。
总结
综上所述，并联间隙所设置的招弧角和绝缘子串防雷装置，对于110kV架空输电线路的防雷要求是非常适用的。在线路遭受雷击时能够利用间隙放电，并具有疏导电弧的功能，防止绝缘子受到电热灼烧，这种防雷装置是对传统的输电线路防雷措施的有效补充，将来还会有更大的发展空间。
参考文献
[1]谷山强，何金良，陈维江，徐国政.架空输电线路并联间隙防雷装置电弧磁场力计算研究[J]. 中国电机工程学报，2006（07）.
[2]葛栋，沈海滨，贺子鸣，张翠霞，王献丽，陈锡阳，尹创荣，王伟然，杨挺.110kV输电线路并联间隙的电气性能试验[J].中国电力，2011（06）.