架空线路各类防雷手段中，除了加强绝缘、减小保护角、降低接地电阻等希望避免发生线路跳闸的方式外，还有加装并联间隙的手段。采用并联间隙的思路是线路雷击时可以跳闸，但利用间隙的作用使绝缘子放电电弧发生在间隙电极之间，以避免电弧损伤绝缘子。今天来谈谈并联间隙的结构、保护原理及保护有效性影响因素。

1、并联间隙结构与类型

并联间隙装置是在绝缘子串两端并联一对金属电极（又称招弧角/引弧角），其距离小于绝缘子串的干弧距离。

按照电极结构，并联间隙可分为棒型结构、环形结构、花瓣形结构等，其中棒形结构可分为单边、双边结构。典型棒形单边结构并联间隙如下图。

▲图 棒形结构绝缘子并联间隙

当前110kV、220kV线路盘型悬式、复合绝缘子，常用的并联间隙结构为棒形，500kV及以上电压等级盘型悬式、复合绝缘子，常用并联结构为花瓣形或棒形与花瓣型的组合（高压侧一般为花瓣形）。电压等级越高，并联间隙需要耐受的电弧能量越大，同时电场分布不均匀度增大、放电分散性增加，确保电弧发生于电极之间的难度增加，电极需要有足够的空间体积，因此到500kV电压等级时需采用花瓣形。

2、并联间隙防雷保护原理

2.1 保护原理-伏秒特性配合

并联间隙装置两端电极距离小于绝缘子串的干弧距离，因此线路遭受雷击、绝缘子两端承受雷电过电压时，并联间隙一般会先于绝缘子发生放电，此时电弧会发生在并联间隙两电极之间，从而保证绝缘子不与电弧发生接触。

并联间隙先于绝缘子放电的条件是并联间隙的伏秒特性曲线位于绝缘子串的伏秒特性下方，典型的绝缘子-并联间隙伏秒特性如下图所示。

▲图 绝缘子与并联间隙伏秒特性

[高海拔220kV输电线路绝缘子串与并联间隙雷电冲击绝缘配合研究]

在上图中，纵坐标为雷电过电压幅值，横坐标为过电压作用时间，曲线上的点表示在该幅值过电压作用下，持续多长时间会发生放电击穿，当雷电过电压幅值不超过1300 kV时，间隙的伏秒特性位于绝缘子下方，也即并联间隙会更早击穿，从而实现对绝缘子的保护。

然而，当雷电过电压幅值搞到一定程度，此时绝缘子与并联间隙的伏秒特性将非常接近，甚至会出现绝缘子伏秒特性更低的情况，此时并间隙就可能出现失效。

2.2 并联间隙效用

雷击对绝缘子的损害包括以下几个方面：

1）雷电过电压损伤瓷绝缘子内部，产生零值绝缘子

雷电产生的过电压波头较陡时，如果瓷绝缘子瓷头有微弱的缺陷，过电压会造成缺陷持续发展，承受一定次数的陡波过电压作用后会造成瓷件头部的裂纹、灼伤，最终产生零值绝缘子。

2）短路电弧产生高温烧伤绝缘子

雷击造成绝缘子放电，可分为两个阶段，第一个阶段为绝缘子表面击穿，雷电过电压作用下造成绝缘子两端电场强度增加、产生先导，两端先导逐步接近、连接，导致放电通路的产生。第二个阶段是工频续流，放电通路产生后，该通路中将产生工频短路电流（幅值可达数十kA），直到该线路开关断开。工频续流使电弧内部产生高位，尤其是电弧两端温度将高达数千度，高温电弧与绝缘子接触可能造成瓷绝缘子釉层损坏、玻璃绝缘子灼伤甚至自爆、复合绝缘子伞裙烧伤等。

▲图 玻璃绝缘子灼伤

3）短路电弧通过零值绝缘子（瓷）时造成零值绝缘子炸裂、断串

短路电弧与绝缘子接触时，如果绝缘子恰好是零值绝缘子，由于零值绝缘子内部电阻小于表面电阻，此时大量电弧能量将从绝缘子内部通过，将造成零值绝缘子炸裂、绝缘子断串。

并联间隙可以有效避免上述第2、第3点，从而大大减少绝缘子受损、断串的概率，提升线路重合成功率、减少绝缘子维护工作量，理想情况下，甚至可以延后、甚至取消线路雷击跳闸后的巡线工作，从而大大减轻现场线路运维人员工作量。

3、保护有效性

3.1 有效保护条件

从击穿现象上而言，并联间隙保护有效体现在：

① 并联间隙先于绝缘子击穿

如果绝缘子先击穿，则电弧产生与绝缘子表面，电弧将起始于绝缘子两端金具，端部电弧温度最高，尤其容易造成绝缘子灼伤。

② 电弧不接触绝缘子

即使并联间隙先发生击穿，如果电弧在发展过程中仍然接触到了绝缘子，或者电弧建立以后，在电磁力的作用下向绝缘子运动，则绝缘子仍有较大可能受到损伤。

保护有效、保护失效例子见下图。

▲图 并联间隙保护有效及失效案例

对并联间隙是否先于绝缘子击穿，影响因素有并联间隙的结构参数、雷电过电压幅值。对于电弧是否在击穿后接触绝缘子，影响因素包括结构参数、电极安装方向。

3.2 实际线路保护效果判断

实际安装了并联间隙的绝缘子，雷击后如并联间隙保护成功，则并联间隙两端电极上有放电痕迹，如下图，而绝缘子表面无放电痕迹。

▲图 并联间隙电极放电痕迹

如果并联间隙保护失败，绝缘子表面会留下放电痕迹，如图6，甚至出现灼伤。

▲图 玻璃绝缘子表面放电痕迹

3.3 结构参数对保护有效性的影响

并联间隙结构参数如图7所示。Xc、Xp为并联间隙端部到绝缘子中心线的距离，Z0为绝缘子连接高度，Z为并联间隙有效绝缘高度，Z/Z0表征并联间隙的有效长度与绝缘子连接长度比值。

▲图 并联间隙结构参数

对并联间隙保护有效性其主要作用的参数是Z/Z0、Xc及Xp数值。Z/Z0越接近与1，则并联间隙绝缘高度与绝缘子结构高度越接近，越容易出现绝缘子先击穿情况。Xc、XP数值越小，则电弧在发展过程中越容易向绝缘子发生弯曲，造成电弧中部与绝缘子接触的情况。

为保证并联间隙的有效性，一般110-220kV绝缘子，Z/Z0取0.85-0.90，试验结果表明取0.875效果较好；Xc、Xp参数一般取400-450 mm。对于500kV绝缘子串，Z/Z0建议取0.85，Xc、Xp参数建议不小于700 mm。绝缘子电压等级越高，电弧发展距离越长，向绝缘子发生弯曲概率越大、放电路径本身的分散性也增加，因此间隙需要短接更多的绝缘子绝缘高度、间隙电极距离绝缘子更远才能保证保护有效性。

3.4 雷电参数的影响

自然界雷电流幅值呈现统计特性，雷电流幅值越高，雷击时绝缘子承受的雷电过电压幅值越高。由前文2.1节可知，雷电过电压幅值高到一定程度，并联间隙与绝缘子伏秒特性将非常接近，此时并联间隙会有一定概率失效。试验研究表明，对于玻璃绝缘子串并联间隙，雷电过电压幅值越高，失效概率越大，高于一定电压后并联间隙将彻底失效[江苏省220千伏谏泰线跨江塔绝缘子串保护间隙的试验研究，高海拔长绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及其失效性]。

▲图 玻璃绝缘子串并联间隙保护有效概率

[高海拔长绝缘子串并联间隙雷电冲击放电特性及其失效性]

在不同的Z/Z0参数下，也即并联间隙短接不同高度的绝缘子绝缘距离时，短接距离越大，则上述失效电压也越高，并联间隙的保护有效性概率也越大。

3.5 绝缘子污秽的影响

绝缘子表面积污湿润后，其雷电冲击放电特性将发生变化，伏秒特性曲线下移，将导致绝缘子与并联间隙伏秒特性的交叉，从而增大并联间隙保护失效的概率。文献[污秽绝缘子安装并联间隙的雷电击穿特性分析]对SC-210 瓷横担与26.7 cm距离的并联间隙进行了试验，显示盐密达到0.07 mg/c m 2后，并联间隙与绝缘子的伏秒特性开始出现交叉，导致并联间隙保护失效的出现。（相应研究目前较少，随着这里举了配网设备的例子，但原理对主网并联间隙也适用）0.07 mg/c m 2对应d级污区（0.05mg/c m 2-0.10 mg/c m 2），目前仍然是比较常见的污秽区域，在雷击天气，往往伴随降雨，此时污秽受潮湿润，相应配合应予以关注。

4、技术要求

4.1 技术标准

《DL/T 1293-2013 交流架空输电线路绝缘子并联间隙使用导则》

《Q/GDW 11452-2015 架空输电线路防雷导则》

4.2 技术要求

1）材料技术要求

并联间隙电极宜采用热镀锌钢等材料，镀锌质量应符合JB/T 8177规定。

2）放电电压性能要求

U50%雷电冲击电压下，并联间隙先于绝缘子放电，同时工频及操作过电压下不发生放电。

3）工频然弧特性

并联间隙应使工频续流形成的电弧离开绝缘子、沿着并联间隙电极向外发展并转移到并联间隙端部。本项要求一般通过工频然弧试验进行验证，短路电流20kA，持续100ms。

▲图 工频然弧试验

4）短路电流通流能力

并联间隙电极与绝缘子连接处、并联间隙电极焊接处需满足短路电流通流能力，一般试验电流为20kA（有效值），持续时间0.2s。断流电流大的系统，试验电流宜为40kA。

5）结构参数

结构参数要求可参见《Q/GDW 11452-2015 架空输电线路防雷导则》7.1.4节表4。

5、小结

1）并联间隙通过防止电弧与绝缘子接触实现对绝缘子的保护，以牺牲一定雷击跳闸率为代价，换取减少绝缘子受损概率和维护工作量的收益。如果可以增加绝缘子片数后再装设并联间隙，则可以保持雷击跳闸率不变。

2）并联间隙保护有效的本质是间隙的伏秒特性位于绝缘子伏秒特性下方。

3）并联间隙绝缘高度与绝缘子结构高度比例Z/Z0、并联间隙端部到绝缘子中心线的距离Xc/Xp对保护有效性影响显著，一般110-220kV绝缘子，Z/Z0取0.85-0.90，试验结果表明取0.875效果较好；Xc、Xp参数一般取400-450 mm。对于500kV绝缘子串，Z/Z0建议取0.85，Xc、Xp参数建议不小于600 mm。

4）在自然界高幅值雷电过电压作用下，并联间隙有一定概率失效，但通过合理选择结构参数，可以将失效概率控制在极低水平。

5）重污秽作用下可能导致并联间隙的失效，相应影响程度有必要开展进一步研究。