山火导致输电线路间隙击穿特性的研究现状

祝 贺，刘 程

（东北电力大学建筑工程学院，吉林吉林 132012）

0 引言

我国发电能源和生产力发展呈逆向分布，决定中国必然采取远距离、大容量输电，为此我国采用超、特高压线路进行输电，将电能从发电中心输送到用电负荷中心[1-4]。随着特高压骨干网架的建设，线路走廊紧张问题日益突出[5-8]，因此特高压输电线路不可避免经过植被茂密的山林火灾易发生区[9]。山火发生时产生的火焰高温、火焰电导率、固体颗粒物等因素容易导致输电线路间隙绝缘强度迅速下降，从而引发输电线路跳闸事故[10-12]。山火条件下线路自动重合闸成功率低，容易导致较为严重的线路停运事故，对输电线路的安全稳定运行产生严重威胁[13]。

近年来，随着人们环境保护意识的不断增强，我国陆续出台了一系列森林保护措施，因此输电线路走廊附近植被密度和高度明显增加，另外随着清明祭祀习俗的兴盛以及各种极端气象灾害的增多，导致输电线路多年来罕见的山火跳闸事故开始急剧攀升[14-15]。

山火引发输电线路跳闸事故，严重威胁着高压输电线路安全运行，表1、表2为山火导致输电线路跳闸案例[16-22]。

表1 国家电网山火导致输电线路跳闸案例Table 1 The fire caused the line trip case of national grid transmission

表2 南方电网山火导致输电线路跳闸案例Table 2 The fire caused transmission line trip case of China Southern power grid

由此可见，山火引发输电线路跳闸，严重危害了电网的安全稳定运行。当输电线路走廊附近发生山火时，及时对山火火情进行监测，根据山火火势以及燃烧过程对输电线路间隙绝缘性能进行评估具有重要意义。笔者对山火引发输电线路间隙击穿特性进行了综述，全面分析了山火条件下火焰温度、火焰电导率、固体颗粒等因素对输电线路间隙绝缘特性的作用机理，指出了当前国内外山火模拟试验与理论研究工作中存在的不足，提出了山火条件下输电线路间隙击穿特性相关研究的一些建议，可为山火引发输电线路间隙击穿的研究提供进一步的参考。

1 山火致输电线路间隙击穿主要诱因

植被火焰是扩散火焰，在燃烧过程中存在明显的振荡[16]，因此火焰温度具有不稳定性。不同植被具有不同的燃烧特性，同时燃烧过程及燃烧产物的差异也相对较大，因此在山火条件下输电线路间隙击穿机理存在复杂性和不确定性[10]。通过分析山火引发输电线路间隙击穿的模拟试验得到，输电线路间隙绝缘性能剧烈下降是火焰温度、火焰电导率、固体颗粒等因素综合作用的结果，单一因素不足以导致输电线路间隙绝缘性能发生明显下降而引发跳闸事故[13]。

2 火焰高温致线路跳闸研究现状

国外研究者Fonseca测量了不同火焰温度与燃烧材料对3 m的空气间隙内击穿电压的影响，试验表明，标准大气温度条件下，线路间隙击穿电场强度为250 kV/m，而当甘蔗叶火焰包络整个间隙时，击穿强度下降到50 kV/m。Uhm H S在氧、氮分子电离截面等参数的基础上，推导出火焰中线路间隙击穿场强随火焰温度的升高而降低，分析认为，发生击穿时，激发产生离子所需要的功率与温度的平方成反比[17]。Allen对高温条件下空气的击穿特性进行了研究[18]，得出与Uhm H S类似的结论，并且通过试验证明，相对空气密度与火焰温度成反比，随着火焰温度的升高，流注发展所需要的电场强度降低，并按相对空气密度的1.5次幂变化。

植被燃烧过程中距离线路不同高度处温度也有很大的差异。Lanoie和Robledo-Martinez通过棒-板试验表明，在火焰垂直方向上，火焰温度随距离地面高度的增加而降低，同时较低的火焰温度对间隙平均绝缘强度的影响较小；对于稳定火源，当棒电极与火焰之间距离增大时，间隙的击穿电压随之升高[19-20]。Weber在Lanoie和Robledo-Martinez研究的基础上给出了火焰温度随着距离地面高度变化的表达式[21]：

式中：K为经验常数；Zd为燃料高度相关参数；Zp为火焰高度相关常数；T∞为火焰附近空气的温度；Tf1为在火焰高度处的火焰温度。

国内许多研究者对温度影响输电线路间隙击穿特性进行了一系列研究。吴田等对40 cm棒-板间隙在火焰中的放电特性进行了试验研究[13]。分析认为，植被燃烧过程中产生的高温、高压环境导致火焰中气体密度降低，进而导致电子崩和流注放电发展所需要施加的外部场强降低。试验发现火焰中的击穿电压与相对空气密度有关，并按相对空气密度的1.29次幂变化。该试验结果与Allen研究结果具有一致性，说明火焰温度的升高对于促进电子崩和流注放电发展起到至关重要的作用。普子恒对间隙距离从40～55 cm变化的棒-板间隙在火焰中的放电特性进行了试验研究[22]。分析认为，火焰高温除产生上述影响外，还能与上升的热气流共同作用抬升固体颗粒物到强电场区域，并触发颗粒放电；同时火焰高温为间隙提供了促进热电离和碰撞电离的能量，增加了火焰中的带电粒子数量。尤飞和张云等通过开展模拟试验将工频电压作用到单股导线、双分裂导线和四分裂导线上，研究在木垛火作用下，导线-板间隙的击穿特性[23-25]。试验表明，3种情况下平均击穿场强均显著下降，下降最大值为33.5%,小于计算值37.4%，所占计算值权重均在70%以上。由此可见，线路间隙平均击穿场强下降与火焰高温密切相关。何晓威等研究了棒-板间隙冲击电压与温度的关系[26]。研究表明，正极性与负极性操作冲击电压随温度的变化关系差异较大，雷电冲击电压情况下，随温度升高间隙击穿电压逐渐下降。王伟和陈仕修等研究了温度对导线及针-板间隙电晕特性的影响[27-28]。研究表明，导线起晕电压随温度的升高而降低，导线起晕电压与起晕场强随温度变化大致呈线性关系。

实际山火过程中火焰高度未达到包络导线的程度时也会导致线路跳闸，因此，火焰高度对输电线路间隙击穿电压也具有较大的影响。陈孝明、吴田和尤飞等对火焰高度对输电线路间隙击穿特性的影响进行了研究[11，13，23]。研究结果表明，火焰高度桥接半间隙时的击穿电压明显大于火焰高度全桥接线路间隙时击穿电压。针对这一问题，部分学者认为，造成这一结果的原因与火焰产生的羽流具有一定的导电性密不可分[29]。目前国内外建立的山火模拟试验平台均考虑火焰完全桥接间隙，针对火焰高度变化对线路间隙击穿特性的影响研究较少，且没有做定量研究，获得的结论难以真实反映线路间隙击穿特性与火焰高度之间的关系。

山火条件下火焰温度对输电线路间隙击穿特性的影响主要体现在以下几个方面：

1）植被燃烧过程中产生的高温、高压使空气气体密度显著降低，又由于气体密度的降低，导致线路间隙电子崩和流注放电发展所需要的外部电场强度降低[30]。

2）火焰高温降低了火焰中粒子热电离和碰撞电离所需要的能量，从而增加了火焰中带电粒子数量；同时在火焰高温与热气流共同作用下抬升固体颗粒到达强电场区域，并触发颗粒放电[22]。

3）火焰高度桥接全间隙时击穿电压明显小于火焰桥接半间隙时的击穿电压[11]。

3 火焰高电导率致线路跳闸研究现状

国外许多学者对火焰中的离子浓度即火焰电导率以及线路击穿时火焰内部通道电流进行了广泛研究。McMullen和West采用长76 m，直径为4.22 cm，相间间隙为7.6 m，相地间隙为10.7 m的两根导线，导线加载495 kV高压，模仿山火的木垛结构燃烧平台布置在线路正中间，装置可靠接地。试验过程中对装置产生的泄漏电流进行测量，试验初期检测到100 μA左右的泄漏电流主要为电容电流，随着火焰强度的增大线路中的泄漏电流也缓慢增大，临近击穿前，泄漏电流达到了2.3 μA，与此同时线路上的电晕放电增强，并产生明显的可听噪声直至击穿[31]。

Pedersen、Brown和Krumm等通过测量丙烷在空气中的燃烧产物，得到火焰中108～109cm-3[32]的离子浓度。Mphale在温度为730～1000 K时利用微波法测量得到火焰中电子密度为0.32～3.21×1016m-3[33]。植被燃烧过程中产生的带电粒子对放电的影响与流注放电过程中产生的空间电荷极为相似[34]。同时Mphale进一步测量了桉树叶在不同燃烧温度下的电导率[29]。试验发现，随着温度的升高火焰电导随之升高，当桉树叶燃烧温度达到976℃时，火焰电导率为0.58～0.79 S/m。Sukhnandan A分析了火焰中的放电发展，并计算了导线和火焰顶部由火焰电导率产生的电场[35]。通过计算认为，导线表面的电场畸变随火焰电导率的增加而增强。Uhm H S研究表明，火焰典型离子浓度为1010cm-3[17]。1907年Gold测量得到火焰内部的电导率为δ=7.2×106S/cm，当火焰中负离子的迁移率为104cm2Vs-1时，电子密度为4.5×109cm-3[36]。Reather通过雾室试验证明，当离子浓度在106～108cm-3之间时，正电荷削弱了外加电场对电子的加速作用，导致电子的电离能力降低，电子崩的发展被减弱；当离子浓度超过108cm-3时，正离子形成较强的空间电场，流注放电过程加强，导致间隙电流急剧增加，因此，流注自持放电的条件是eαx＞108cm-3[37]。Pedersen、Mphale、Gold和Uhm H S等人通过不同的试验及理论研究均表明，火焰中含有较高浓度的电子和离子，虽然不同研究人员所得出的离子浓度不尽相同，但所得结果均满足流注自持放电的条件，因此，火焰中更容易激发流注放电。

植被燃烧过程中会产生水蒸气和无机盐，这些因素会导致大量带电粒子进入线路间隙，从而增大间隙的电导率[38-40]。对此，国内研究人员吴田、普子恒和尤飞等研究了KCl在火焰高温条件下热游离产生的电子和离子对线路间隙击穿机理[13，16，23]。普子恒试验表明，添加KCl之后，击穿电压较火焰条件下击穿电压平均下降了约20%。尤飞试验表明，添加KCl后，平均击穿场强为69.8 kV/m，平均击穿场强下降到相应空气条件下的20.4%，同时平均击穿场强下降到未加KCl的木垛火焰条件下的27.3%。吴田试验表明，相对纯火焰燃烧情况下，添加KCl后间隙击穿电压最小值下降了33%。黄道春等通过对输电线路间隙击穿特性分析表明，在稳定火焰中，浓度为10-6cm-3的碱金属盐热电离使线路间隙产生大量的电子，导致火焰电导率升高[10]。试验数据分析表明，在火焰中添加KCl后，间隙的击穿电压出现明显下降，说明植被燃烧过程中产生的无机盐对输电线路间隙击穿特性具有重要影响，但3人的试验结果差异比较大，所得结论准确性仍有待进一步验证。

普子恒和黎鹏等对木垛火条件下间隙的直流电压击穿特性进行了试验研究[22，41]。研究表明，在火焰情况下，火焰中大量电子和负离子更容易被正极性电极吸引，形成较大的泄漏电流，并能发展形成电弧。在负极性电极情况下，由于正离子与电子相比体积较大，在火焰热浮力作用下更容易四散，被吸引到电极附近的正离子数量较低，产生较小的泄漏电流。因此，直流线路间隙击穿电压具有极性效应，且负极性击穿电压大于正极性。但此结论的准确性有待进一步验证。

火焰中电导率增加对输电线路间隙击穿特性的影响主要体现在以下几个方面：

1）火焰中电导率增加到一定程度时，会产生一种类似于流注放电特性，使间隙在较低电压情况，被流注放电贯通形成击穿[13]。

2）植被燃烧过程产生的大量电子和离子使火焰呈现出弱等离子体性质，降低了火焰与线路间隙桥接时的压降，从而导致整个间隙被击穿[36]。

3）山火条件下，直流线路中击穿电压具有极性效应，电极为正极性时间隙更容易击穿[22]。

4 固体颗粒物致线路跳闸研究现状

Chalmers最早发现空中颗粒物以带电形式影响周围环境电场[42]，Chalmers认为这一现象与输电导线电晕产生的负离子有关。Hoppel最早从理论上研究了输电线路电磁环境受空中荷电颗粒物的影响[43]。Hoppel根据在1980年提交给美国电科院关于“输电线路电晕产生的离子附着于颗粒物上形成空间电荷”的技术报告，计算得出了直流输电线路电场强度受到空中带电颗粒物的影响[44]。研究结果显示，在较干净空气中和中度污染空气中分别有3%～4%、10%～13%的电晕离子被转移到空中颗粒物，而在重度污染空气中被转移到空中颗粒物的电晕离子达到34%～42%。为进一步研究双极性直流线路受到颗粒物的影响，Hoppel还计算了直流导线周围的离子密度[45-46]。结果显示，当颗粒物浓度为5×103cm-3时，相对于没有颗粒物存在的情况下，距离导线外20 m处地面合成电场可增大约2.6倍，且地面合成电场随着颗粒物浓度的增加而增加。

针对山火情况下固体颗粒物对输电线路间隙击穿特性的影响。1977年Sadurski K J和Reynders J P通过在空气和火焰中引入颗粒后，空气间隙的绝缘强度下降了20%～30%，而火焰中平均击穿场强下降到7 kV/m[47]。日本研究者Naidoo P进行了类似试验，研究工频电压下300 mm棒电极在500 mm的导线-导线间隙不同高度处的放电特性[48]。研究结果表明，击穿电压达到最低时，棒电极距离导线大约为10 mm，击穿电压达到极限值时，棒电极距离导线60 mm。同时Naidoo P研究了不同植被颗粒在间隙中不同位置时对间隙的绝缘强度的影响[48]。试验发现，当颗粒物为高介电常数或高电导率材料时，随着颗粒与高压导体距离的减小，击穿电压发生显著下降。墨西哥A.Robledo-Martinez等人通过分别燃烧甘蔗渣和甘蔗叶发现，试验中甘蔗渣燃烧产生的碳颗粒平均尺寸为2.5 mm，而甘蔗叶燃烧产生的碳颗粒平均尺寸达到15 mm，燃烧甘蔗渣时，最大颗粒尺寸为5 mm，而燃烧甘蔗叶时，最大颗粒尺寸为40 mm，因此，不同的植被燃烧过程中产生的颗粒大小具有明显的差异，当浮动电位颗粒出现在线路间隙时，间隙绝缘强度将会发生显著下降[49]。Kubuki及Rizk通过将球形和棒形颗粒设置在导线-板、导线-塔及导线相-相间进行了试验研究和数学模型计算，分析了放电通道中含有颗粒情况下的放电机理，通过前后电压比Uc/U0和颗粒间隙比L0/d之间的关系从试验和理论研究方面阐述了颗粒对间隙的影响[50-51]。Aroon Sukhnandan也进行了金属颗粒及导线表面悬挂金属棒对放电结果影响研究[52]。试验结果显示，当线路间隙布置金属颗粒时，击穿电压随着颗粒长度的增长而显著降低，击穿电压下降的比例与颗粒链长度占总间隙比例相仿，这说明颗粒仅起到短接线路间隙即缩短实际击穿有效距离的作用；通过将8 mm长黄铜棒悬挂在导线上进行放电试验，得到在间隙距离为150 mm和180 mm的情况下，击穿电压分别为68.96 kV和73.25 kV。

国内研究人员杨咏林和邵瑰玮研究颗粒物对尖板电极电晕放电起晕特性的影响[53-54]。白金和许怀丽对颗粒物对尖板电晕放电伏安特性的影响进行研究[55-56]。研究结果表明，电晕放电特性是固体颗粒物产生的空间电荷与颗粒物自身对周围电场畸变共同作用的结果，颗粒物对周围电场的畸变效果随颗粒物体积分数的增大而增大，随着颗粒物体积分数增大，相当于线路间隙距离逐渐减小，因此越容易触发放电，导线起晕电压越低。邓鹤鸣在气固两相介质电晕放电领域中提出两相体的击穿电压和路径选择上存在“粒径效应”，即颗粒物介电常数和体积分数对击穿电压的影响远小于非气相物质颗粒粒径的影响，颗粒粒径的大小对放电发展的影响范围也有关，颗粒对间隙击穿电压影响极限距离为偏离间隙轴线距离大于2.5倍颗粒粒径[57]。普子恒通过摄像机记录了火焰中颗粒触发放电的过程[23]。研究证明了邓鹤鸣所提出的颗粒物的“粒径效应”，当颗粒尺寸较大时，颗粒触发放电更容易转变为稳定的电弧放电；并且通过试验证明，当颗粒间的间隙为4倍的颗粒粒径时，颗粒链短接间隙比达到20%，在标准大气条件下，间隙的击穿电压将下降约20%，在山火条件下，间隙的极限击穿电压将下降约10倍。

黄道春和吴田等研究表明，固体颗粒物荷电饱和后对周围电场的畸变范围将增大到未荷电前的3倍左右，随着颗粒长轴长度的增加和短轴长度的减小，颗粒对附近电场畸变程度增大，因此，形状为针形的颗粒在火焰中更容易触发放电，引发输电线路跳闸[10]。

普子恒研究了将金属颗粒物布置在棒-板间隙中后对空间电场的影响[30]。通过在高压棒电极设置电压100 V，板电极可靠接地，采用4根长度15 mm，相互之间间距为40 mm，曲率半径0.5 mm的相同灰烬颗粒布置在400 mm长间隙通道中，其中棒电极到最上面颗粒之间距离为40 mm，结果表明，颗粒距离高压电极远近与其对空间电场的畸变程度无关，但是颗粒距离电极越近，颗粒周围产生的畸变幅值越大，最大幅度可达到20%左右。国际大电网（委员会）报告指出，距离高压端位置时，组合间隙存在一个最低放电电压点[58]。国内输电线路带电作业间隙操作冲击电压放电试验表明，距离500～1000 kV特高压模拟导线0.4 m的位置处存在最低放电电压点[59]。

吴田和普子恒等通过试验研究电极形状对球-板间隙击穿机理[13]。研究发现，植被燃烧过程中产生的大量颗粒在接近导线过程中触发放电，部分颗粒粘附在电极上形成突出物，导致附近电场发生畸变。因此，电极本身形状对电场的畸变被粘附在电极表面以及电极附近的颗粒所取代，电极形状对电场畸变的影响可以忽略不计，故在山火条件下，电极形状对击穿电压没有影响。

火焰中固体颗粒物对输电线路间隙绝缘性能影响主要体现在以下几个方面：

1）对电场的畸变作用。植被枝叶燃烧过程中会产生尺寸较大的针状颗粒，当这些颗粒进入间隙强电场区域时，颗粒会吸附电荷触发放电，同时颗粒两尖端会导致周围电场发生畸变。

为了简化分析，利用椭球性颗粒来分析灰烬等颗粒对电场的畸变。对于椭球性颗粒，在颗粒附近产生的畸变电场最大值Emax为[60]

式中：E0为背景电场强度；ε1、ε2分别为颗粒的介电常数和介质的介电常数；a1、a2分别为椭球的长轴长和短轴长。

2）颗粒链短接线路间隙。植被燃烧过程中产生的大量颗粒形成颗粒链，颗粒链导致大部分线路间隙短接，如果颗粒周围电场强度超过火焰中气体的临界击穿电场强度，那么颗粒与颗粒间、颗粒与高压电极间的间隙会被击穿[16]。

5 山火模拟试验研究现状

国外最先开展了山火引发输电线路跳闸试验研究，主要采用山火模拟试验的方法，考虑不同环境下输电线路间隙击穿特性研究。

美国电科院采用导线-地模拟山火试验，导线对地高度H=10.7 m，导线相间距离S=7.6 m，模拟植被采用长宽高为4.9 m×3 m×3 m的木垛，试验布置见图1[61]。试验过程中发生了几乎相同次数的相地和相间放电。考虑木垛所占间隙高度后平均击穿场强为49.3 kV/m，相间间隙的平均击穿场强为65.0 kV/m；不考虑木垛所占间隙高度，相地间隙的平均击穿场强为26.7 kV/m。

图1 美国电科院试验平台Fig.1 Test platform of EPRI in USA

加拿大水电研究中心Lanioe R等开展了在桉树火条件下，±450 kV直流输电线路间隙绝缘特性，试验布置见图2[21]。若不考虑桉树所占间隙高度的情况，间隙平均击穿场强为32.8 kV/m；若考虑桉树所占间隙高度，间隙平均击穿场强为58.4 kV/m。

图2 加拿大水电站研究中心试验平台Fig.2 The hydropower station test platform of Canadian research center

墨西哥A.Robledo-Martinez等针对不同燃烧物及燃烧条件下不同距离空气间隙的绝缘特性开展了试验研究，模拟山火试验平台采用70 kV的三相交流线路，导线高度调整范围为0.85～2.0 m，试验布置见图3[20]。

南非和巴西研究人员分别采用草原火灾和甘蔗等当地代表性的植被火源，模拟输电线路山火试验，火焰桥接间隙条件下，甘蔗火源平均耐受电场强度为35 kV/m，试验布置见图4[15]。

国内武汉大学研究人员建立了火焰条件下间隙的击穿特性模拟试验平台，该试验台考虑了更多参数，例如：高压电极形状（球形、细棒等）、植被种类，还能实时采集试验过程中从电极穿过火焰间隙到达地面板电极泄漏电流的波形，试验布置见图5[13]。中国科技大学尤飞和陈海翔等模拟单股导线、双分裂导线和四分裂导线在木垛火作用下对地面的击穿特性试验[16-17]。研究表明，依据木垛火温度分布，通过计算可以得到高温对击穿电场强度下降的影响程度。

图3 墨西哥试验平台Fig.3 Test platform in Mexico

图4 巴西试验平台Fig.4 Test platform in Brazil

图5 火焰条件下间隙击穿特性试验平台Fig.5 Test platform of gap breakdown characteristics under fire condition

6 研究成果、存在不足及研究建议

6.1 山火致输电线路间隙击穿特性研究成果

国内外研究人员对山火导致输电线路间隙击穿特性方面进行了大量模拟试验研究，取得了较多具有价值的研究成果。

1）植被燃烧过程中的高温高压环境使空气密度降低，进而使电子崩和流注放电发展所需要的外界场强降低，导致绝缘间隙击穿场强发生显著下降，实验表明：山火条件下对于单股导线在稳定火焰中和熄灭火焰中击穿场强会分别减小到相应空气条件下的27.3%和48.4%。

2）植被燃烧过程中，水蒸气、无机盐和碱金属盐电离会产生高浓度的电子和正、负离子，通过实验测量得到当火焰温度达到500～800℃时，火焰中电子密度为0.32～3.21×1016m-3，正、负离子密度为1014～1016m-3。

3）通过在火焰中添加氯化钾后，由于火焰高温增强了氯化钾电离能力产生大量带电粒子，同时高浓度的带电粒子使得间隙绝缘强度显著下降，从而引发线路间隙击穿，间隙击穿电压相对未加入氯化钾前下降幅度最大可达到33%。

4）植被枝叶在燃烧过程中会产生针状颗粒，这些颗粒会使其周围电场发生畸变，火焰中针状颗粒最大畸变幅度可使场强增加约20%，颗粒物激发放电范围会达到8.83倍颗粒直径。同时相互连接的颗粒链会短接线路间隙，使得间隙击穿电压降低，当颗粒链短接线路间隙达到20%时，山火情况下线路间隙击穿电压与正常运行情况相比下降约10倍。

6.2 山火致输电线路间隙击穿特性研究不足

目前，国内外针对山火与输电线路间隙击穿特性的关系进行了广泛研究，但对于山火导致输电线路跳闸机理的认识仍旧停留在初步阶段，对于指导山火导致的输电线路跳闸等安全保护方面具有一定局限性。

1）理论研究方面，虽然正常运行条件下输电线路场强的计算公式已得到国际认可，但针对山火条件下输电线路电场强度的精确计算公式尚没有给出具体的数学计算模型。研究表明，山火导致输电线路间隙击穿是火焰高温、火焰高电导率和火焰中固体颗粒物等因素综合作用的结果，目前国内外研究人员尚没有建立出三者与电场的耦合关系。

2）仿真研究方面，目前仅国内少数研究人员对山火条件下输电线路间隙击穿特性进行仿真研究，且仿真研究基本集中在固体颗粒物形状、大小以及颗粒链对线路间隙的放电特性影响方面，对于温度、电导率等单种因素的定量研究以及多种因素的综合作用机理研究较少。

3）实验研究方面，首先，国内外研究都采用山火模拟试验平台，该试验平台相比实际输电线路结构尺寸较小，难以综合考虑实际输电线路结构类型、地理条件、气象条件等参数。其次，采用山火模拟试验时，研究手段较为单一，目前对于输电线路间隙击穿特性的研究均通过获得间隙放电电压以及测量泄漏电流波形进行研究，其他研究手段涉及较少。最后，模拟试验多采用木垛作为燃烧材料，极少数国家采用当地代表性植被作为燃烧材料，但燃烧材料均较为单一，所获数据不能反映实际输电线路走廊植被情况，所得结论存在局限性。

6.3 后续研究建议

为深入研究山火条件下输电线路间隙的击穿特性，掌握更加快捷有效的防治措施，为输电线路安全稳定运行以及运行维护提供指导，需要进一步开展以下研究：

1）建立山火条件下输电线路电场强度的非线性数学模型，综合考虑火焰高温度、火焰高电导率和固体颗粒物3种因素相互耦合以及对输电线路电场强度的影响，再利用山火条件下输电线路电场强度的实测数据修正数学模型，实现对山火条件下输电线路电场强度的精确计算。

2）开展山火条件下输电线路间隙击穿特性的仿真研究，定量研究燃烧材料、火焰温度、电导率、固体颗粒、空间电场等因素对输电线路间隙击穿特性的影响，进而确定山火引发输电线路跳闸的综合作用机理。

3）建立更加完备的山火试验模拟平台，综合考虑不同的火源植被类型、线路走廊的地理环境、电压等级以及电极类型等，通过模拟试验获得更加真实可靠的线路间隙击穿特性数据，用于指导输电线路火险预警。

由于山火导致输电线路跳闸是多种因素综合作用的结果，该过程复杂且现场实测难度较大，因此在数学模型建立过程中各种因素之间的耦合关系，仿真分析过程中边界条件和参数的确定，试验模拟过程中对于各种因素的定量和定性控制、绝缘间隙放电发展过程的观测和分析都需要进行进一步研究。

7 结论

1）输电线路走廊发生山火引发跳闸时，线路自动化保护装置会重合闸，但由于山火持续时间长，在此期间线路自动化控制会发生多次跳闸和重合闸事故，对输电线路安全稳定运行造成严重威胁，特别是随着特高压骨干网架的加快建设，山火引发输电线路跳闸事故应引起足够重视。

2）山火导致输电线路间隙击穿是由于火焰高温、火焰电导率以及固体颗粒物等因素综合作用的结果。首先，山火发生时的高温高压环境使得空气密度降低，进而电子崩和流注放电发展所需要的外界场强降低；其次，燃烧过程中产生的高密度电子和正、负电荷使线路间隙绝缘性能降低；最后，植被枝叶燃烧时产生的针状颗粒物连接成颗粒链短接线路间隙，导致击穿电压降低。

3）目前，国内外所建立的山火模拟试验都没有综合考虑山火条件下火焰温度、火焰电导率、固体颗粒物以及电场之间的耦合作用，所获数据对于指导输电线路设计、施工以及运行维护等方面具有局限性。

4）需要进一步从数学模型建立、仿真分析以及山火模拟试验等方面对山火条件下输电线路间隙击穿特性进行深入研究。