低电压上升率条件下正极性不连续先导发展特性
国网湖南省电力有限公司电力科学研究院的研究人员谢耀恒、彭平等，在2018年第14期《电工技术学报》上撰文指出，不连续先导发展是正极性棒-板长空气间隙在施加低电压上升率冲击电压下最主要的放电过程，对研究特高压大尺度间隙外绝缘特性有重要的指导意义。
基于CMOS高速摄相机，通过搭建棒-板长间隙放电综合观测平台，开展施加不同操作冲击电压的放电试验，获得清晰不连续的先导发展过程图谱以及先导电流、注入电荷、先导通道单位长度电荷等特征参数的变化趋势。进一步根据试验结果分析得到低电压上升率电压作用下的不连续先导发展具有两种不同的规律。最后，本文采用热力学方程，结合试验结果，对不连续先导发展停滞阶段的通道温度变化进行数值计算。
结果表明，在先导停滞发展阶段的数百微秒时间尺度内，先导通道温度仍然大于1 500K，后续先导仍能在原有先导通道上继续发展。
我国已建成多条特高压输电线路，为西电东送和大气污染防治做出了突出贡献。后续仍有多条特高压输电线路正在规划建设中。特高压输送容量大，对设备的设计和制造提出了更高的要求，特高压输电线路是传送能量的重要通道，其杆塔尺寸直接影响绝缘防护性能、工程造价和施工难度等。因此需要合理地确定输电线路外绝缘水平。
然而，在特高压输电系统中，空气间隙50%击穿电压与间隙长度的关系呈现明显的饱和效应，不能直接将低电压等级下的试验结果线性外推至特高压尺度下，需要重新开展试验和理论研究[1-5]。
我国在特高压输电线路建设中，主要通过试验方法获得长空气间隙外绝缘特性，并且开展了典型棒-板间隙以及具体真型塔窗的大量试验[6-9]，获得了间隙50%击穿电压等放电试验数据，为外绝缘设计提供了基础数据参考。研究结果表明，特高压输电线路操作过电压的波前时间可达数千s，工程上通过开展长波前操作冲击下间隙放电试验来获取间隙击穿特性。
对于特高压线路适用的长波前操作冲击，其电压上升率较低，大约在0.7～3kV/s，此时作为长间隙主要放电形式的先导，大多出现不连续发展情况[10,11]。而现有的研究主要关注连续先导发展，对特高压外绝缘设计中长空气间隙不连续先导发展过程基础研究不够[12-15]。
1973年，在雷纳地试验室，学者Baldo和Rea利用当时先进的观测设备，研究了不同湿度下不连续先导的发展规律[16]，发现随着湿度增大，先导由连续发展逐渐变为不连续发展，同时会出现多次停滞和重新起始发展的情况（不连续发展情况下，每一次先导的重新发展都称之为一次Restrike）。湿度越大，先导重新发展的次数越多，并且间隔时间越短。
1979年，I. Gallimberti对Restrike过程中产生的电流进行了分析研究，并测量了实际电流波形，结合高斯定理和麦克斯韦方程推导了先导放电电流的表达式[17]。2011年，清华大学的耿屹南利用电场仪测量了正极性棒-板间隙下先导Restrike过程中间隙轴线上电场的分布及变化情况，并提出了正负离子分开导致局部电场增强是Restrike发生的最主要原因[18]。
由此可见，已有的研究主要是针对不连续先导中Restrike产生的原因及湿度对先导发展的影响程度，并没有获得低电压上升率条件下不连续先导的放电规律及特征。因此，有必要进一步研究低电压上升率条件下的不连续先导发展特性，本文通过搭建长间隙放电试验综合观测平台，开展正极性先导不连续发展过程的试验研究，获得不连续先导发展过程的典型光学和电学等物理特征，再结合试验结果对不连续先导Restrike过程中先导通道温度变化进行数值计算分析。
图1 试验布置示意图
1）通过开展低电压上升率下正极性先导不连续发展的试验研究，获得了两种类型的Restrike，第一种为电流脉冲波形呈“钟形”，根据光学高速照片和电流波形特征，认为这种Restrike跟先导连续发展阶段的流注-先导放电现象相同。第二种Restrike具有电流几乎阶跃上升的特征，该电流为先导电晕重新起始形成。并且两种Restrike对应的注入电荷波形均出现了阶跃，表明随着Restrike的出现间隙中有一系列电离活动。试验同时获得了正极性先导不连续发展阶段的先导通道单位长度电荷量，在本文试验条件下该物理参数典型值为28C/m。
2）提出Restrike由三个物理过程组成：先导去游离过程、先导电晕起始和先导通道电导率重恢复过程以及先导-流注重新发展过程。先导去游离过程中主要表现为先导通道温度降低，电导率下降，温度的演化规律满足局部热力学平衡条件，通过传热方程并假设先导横截面上温度服从高斯分布，求解了先导温度衰减时间常数，约为600～1200s，在Restrike时间尺度内，先导通道温度仍然大于1500K，后续先导仍能在原有先导通道上继续发展。