随着全球变暖，极端降雨频次增加，强暴雨天气易引起架空线路、绝缘子串和杆塔形成雨帘，严重时将造成雨柱桥接，显著降低导线-杆塔间隙的电气绝缘性能，致使架空线路发生跳闸并引起停电事故。据统计，近三年我国东部某省出现多次因强暴雨天气发生的导线对杆塔间隙的雨柱放电，进而引起500 kV输电线路跳闸事故。

分析原因主要是雨柱短接了导线与杆塔之间的绝缘距离，缩短了放电电弧的发展路径，且处于高压电场中的雨柱在表面张力、电场力、重力、粘性力的共同作用下易发生断裂，引起电场畸变。因此，研究强暴雨条件下导线-杆塔间隙的雨柱断裂特性具有一定的工程意义和研究价值。

但是，雨柱断裂规律尚未明晰。此外，随着电流体动力学技术的发展，通过将电场和流场耦合，模拟研究外加电场下气-液两相流动力学特性，为探究电场作用下空气间隙中雨柱的断裂行为提供了一种有效途径。因此，有必要开展较高外施电压叠加大流量条件下的棒-板空气间隙雨柱的断裂特性研究。

新能源利用与节能安徽省重点实验室（合肥工业大学）、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院等单位的董冰冰、宋家乐等学者，基于层流-水平集-电场耦合的仿真计算方法分析雨柱断裂特性及断裂机理，并开展棒-板间隙雨柱断裂特性试验，获得降雨强度、电压极性效应的影响规律。

图1 仿真模型

图2 试验装置示意图

图3 电场力引发雨柱形变示意图

他们的研究结果表明：棒-板间隙雨柱断裂过程受电场力、表面张力和粘性力的共同作用，经过射流区、过渡区、断裂区三个阶段，提高外施电压加速了过渡区的螺旋运动，并增加了雨柱断裂的次数和数量。雨柱临界断裂长度、断裂直径均随外施电压的增加而减小，并与雨柱流速呈正相关，且负极性电压下的雨柱临界断裂长度大于正极性的结果。

此外，他们发现，随着外施电压的增加，雨柱最大径向表面张力略有减小，与流速呈负相关；而最大径向电场力随之增加，且流速越大其值越大。断裂直径、临界断裂长度的试验结果与计算值吻合良好，最大偏差均小于10%。

本工作成果发表在2023年第22期《电工技术学报》，论文标题为“强暴雨条件下棒-板间隙雨柱断裂特征仿真与试验研究”。本课题得到国家电网有限公司科技项目和高等学校学科创新引智计划的支持。