学术简报｜植被火条件下导线-板短空气间隙泄漏电流特性研究
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武汉大学电气与自动化学院、中国电力科学研究院电网环境保护国家重点实验室的研究人员黄道春、卢威、姚涛、夏军、全万霖，在2019年第16期《电工技术学报》上撰文，为研究植被燃烧火焰条件下空气间隙泄漏电流特性及其对间隙放电特性的影响，开展不同植被燃烧条件下45cm导线-板短空气间隙的放电特性试验，分析植被火焰中电荷产生的过程，研究不同植被火焰条件下间隙的泄漏电流特性和导线-板间隙的放电特性，对比植被不同燃烧强度时间隙泄漏电流特性。
结果表明，在12kV的正极性直流电压下，杉树枝火焰间隙泄漏电流峰值为27mA，秸秆火焰间隙仅为8.3mA；杉树枝火焰下间隙的击穿电压约为秸秆火焰条件下的44%，间隙泄漏电流与击穿电压具有负相关关系；火焰条件下间隙泄漏电流存在明显的极性效应，正极性电压下泄漏电流大于负极性；间隙中植被燃烧强度增大时，间隙击穿电压显著下降，击穿前间隙中已经形成相对稳定的泄漏电流。
随着输电网络规模的不断增大，输电线路面临包括覆冰、雷击、大风等自然灾害带来的风险也越来越大，而架空输电线路下方山火是引发输电线间隙放电，导致输电线路跳闸停运的重要因素之一。输电线路下方植被燃烧过程中，伴随化学反应，植被中含有的碱金属和碱土金属因燃烧热电离会产生大量电子和离子，使得火焰成为弱等离子体，而这些存在于植被火焰间隙中的带电粒子对间隙放电的形成和发展具有重要的影响。
火焰是一种等离子体，在气压为2～760mmHg（1mmHg=133.322Pa），混合碳氢化合物和空气火焰的反应区离子浓度为109～1012/cm3，而火焰典型离子浓度为1010/cm3，温度为730～1000K的林火中电子数密度更高，可以达到0.32～3.21×1013cm3。
Mphale K. M. 对植被火焰电导率进行测量和分析表明植被火焰的电导率与植被中碱金属盐的含量及火焰温度直接相关，碱金属盐含量越大、火焰温度越高，则火焰电导率越高。Uhm H. S. 认为火焰中离子对放电的影响类似于流注，能为放电通道注入大量的电荷，Pu Ziheng等在木垛火焰条件下进行间隙击穿试验，向火焰中添加氯化钾后，火焰间隙绝缘强度明显下降，表明火焰中带电粒子数目增加会促进放电的发展，降低间隙绝缘强度。
美国电科院对交流导线板间隙在火焰条件下的击穿特性进行了研究，在试验初期泄漏电流主要为100μA的电容电流，随着火焰高度逐渐增高，在临近击穿前，泄漏电流达到了2.3mA，这说明火焰中的电子和离子降低了线路间隙的绝缘强度。
不同植被燃烧时的火焰对间隙绝缘强度影响不同，加压条件下的泄漏电流能够反映火焰间隙的带电粒子对间隙绝缘强度的影响。本文通过进行植被火条件下的导线-板短间隙击穿试验，获取不同植被下间隙泄漏电流特性及击穿电压，分析了植被火焰条件下间隙泄漏电流对击穿特性的影响。
图1 燃烧植被布置图
图2 模拟试验平台
图3 间隙击穿试验中火焰形态
本文针对不同植被火焰条件下导线-板间隙进行模拟试验，获得泄漏电流特性及45cm间隙击穿电压，并分析了泄漏电流对间隙击穿特性的影响。
1）不同植被火焰下间隙泄漏电流差别较大，三种植被火焰下间隙泄漏电流大小依次为：杉树枝＞茅草＞秸秆，12kV正极性直流电压下，杉树枝火焰间隙泄漏电流峰值为27mA，秸秆火焰间隙电流峰值仅为8.3mA，杉树枝火焰下间隙的击穿电压约为秸秆火焰条件下的44%，间隙泄漏电流与击穿电压具有负相关关系。
2）火焰条件下间隙泄漏电流和间隙击穿电压都存在明显的极性效应，正极性电压下泄漏电流大于负极性，击穿电压小于负极性击穿电压，击穿电压越高，极性效应越明显。
3）植被燃烧强度越大，间隙绝缘强度下降越显著。相比单木垛，四垛火焰时，间隙平均击穿电压下降32.1%，且击穿前间隙中已经存在相对稳定的泄漏电流。