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摘要：对于配电线路而言，雷电感应过电压极易引发故障或者跳闸问题，其几率比雷电直击更大，所以必须对避雷器过电压防护进行深入分析。本文将对利用EMPT软件计算雷电感应的过电压方式进行介绍，分析雷电流、传播雷电电磁场以及常见的场线耦合模型，并且指出计算线路的主要参数，从过电压感应、安装避雷器的形式与接地电阻等层面出发分析仿真结果，以期为有关部门提供可靠参考。
关键词：配电线路；避雷器；雷电感应；过电压防护
引言：在电网当中，配电线路占据着重要的地位，相比于输电线路而言，其绝缘水平相对较低，因此对雷电危害的防御能力较差。在发生雷击的时候，配电线路将感应产生较大的过电压，继而引发较多线路故障，对配电线路的危害极大。因此，有关部门必须采用最合适的方法对此类问题展开深入研究，对相关影响全面分析。
1利用EMPT软件计算雷电感应的过电压
在计算配电线路雷电感应过电压时，需要着重参考的模型主要包含了雷电流、传播雷电电磁场以及常见长线耦合等模型[1]。倘若雷击点与配电线路距离较近，在对感应过电压进行计算的时候便可以简化大地模型，使之成为电导率无穷大的理想导体。
1.1雷电流的模型
一般状况下，雷电流于回击通道当中进行的传播能被等效为向上传播的一个行波，以及该行波有关地面的一种镜像。对回击过程里电荷电晕的作用加以考虑，MTLE（指数衰减传输线模型）为首选模型，而雷电流的状态会在通道的高度上升过程中会以指数衰减的形式被呈现出来。任意的时间t以及任意的高度z之间通道电流主要以公式（1）的形式表达出来：
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（1）
其中的i（0，t）即在雷电通道中底部的回击电流波形相应函数，v即回击电流的传播速度，主要取值为1.3×108m/s，而λ则为沿着雷电流通道相应电流的衰减常数，通常为2㎞。
此外，为了符合i（0，t）的实际雷电发展规律，重点采用的模型为Heidler模型，如公式（2）：
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（2）
其中的I0即雷电流的幅值，而τ1与τ2即电流上升与电流衰减的时间常数，另外n即关于雷电流陡度的相应参数，结合IEC取值为10。
1.2传播雷电电磁场的模型
在计算雷电流所产生空间的电磁场时，偶极子法为主要采用的方法，其会分解电流通道，使之成为无数电偶极子，并对其对应的地面镜像影响加以综合考虑，根据电流通道中电流元形成电磁场沿通道的积分，便能够以相应的模型公式，将空间中任何一个点的电磁场求出来。
1.3常见场线耦合模型
如今最常见到的场线耦合模型即Rachidi模型、Taylor模型以及Agrawal模型，经过多年实践可知，这三大模型从本质上来看即对于相同解进行的差异性描述。其中的Agrawal模型属于最简单的模型，其拥有最广泛的实际应用。结合该模型得知，散射场电压以及过电压入射场电压相互叠加后，便能够得到配电线路雷电感应所形成的过电压，如公式（3）：
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（3）
其中的Vi（x，t）即入射场电压，VS（x，t）即散射场电压。为了对配电线路雷电感应过电压进行求解，则需要合理化简电磁场的分量。在配电线路的末端阻抗与实际需求相匹配的时候，便可以简化观测位置的雷电感应对应的过电压。
1.4计算线路的参数
在借助EMPT软件计算配电线路雷电感应过电压的时候，主要是经由model模块的实际编程进行计算的。在相应的计算模型当中，2段RL线路表征为配电线路与波阻抗相匹配，而下端类型不同的4个电源表征为观测配电线路位置的雷电感应过电压。在模型中可知，在10kV的配电线路当中，其三相的高度主要是8.1m、9.5m以及8.1m，而配电线路的长度为1000m，其档距为50m，其波阻抗主要取值为400Ω。
模型当中所采用的配电线路避雷器主要为金属氧化物类型，对应的流经电压和电流间关系，如公式（4）：
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（4）
其中的i即流经该避雷器电流，u即避雷器中此时电压，而系数α与k的取值，主要是按照不同避雷器的实际数据经过拟合获得的。在本文仿真过程中，10kV配电线路主要采用的是YH5W-17/50型号避雷器[2]。
2分析仿真结果
2.1过电压感应
按照电气的几何模型进行分析观察，如果雷击点和导线之间的水平距离相距不超过临界距离的时候，雷电就会直接击中在配电导线上。其中，30kA的雷电流，其临界距离在50m左右，倘若雷击点与导线之间的相差距离超过了50m，便会导致配电线路上出现感应过电压。在仿真模型当中，某次雷击发生于距离10kV配电线路100m水平距离的位置，其对应的电压波形中显示，此时有着约为30kA的雷电流幅值，其波形为2.6/50μs，同时相应雷电流通道的等值波阻抗主要取值为800Ω。与此同时，在安装三相避雷器的时候，每一个基杆塔上均安装一组，其对应接地电阻的取值应当为10Ω。
从仿真模型中可知，在合理安装避雷器之后，配电线路的雷电感应过电压能够在很大程度上被有效抑制，另外波形持续的时间以及过电压幅值等也都获得了良好的衰减。
通过观察和对比避雷器在各种雷电流幅值情况下其抑制感应过电压系数所发生的改变可知，此系数主要为安装配电线路避雷器之后产生的感应过电压和未安装配电线路避雷器时产生感应过电压之间的比值。
从仿真模型中可知，避雷器抑制感应过电压的系数主要会受到雷击点和配电线路间的距离以及雷电流幅值的直接影响。即雷击点和配电线路间的距离越近、幅值越大，配电线路所安装避雷器将会拥有越差的抑制效果。结合相应配电线路模型展开分析得知，其避雷器抑制感应过电压的实际效果，对于没有安装线路避雷器的时候所产生的感应过电压有着极大的依赖性，即距离越近、幅值越大，便会导致线路中的感应过电压升高，降低了抑制效果。
2.2安装避雷器的形式
仿真模型能够提供各类安装避雷器的方式，以及各种方式当中如何沿配电线路的方向对杆塔感应过电压的最大值进行分布，其中只对雷击位置侧的实际分布状况加以考虑，其和配电线路相距100m水平距离时，其对应接地电阻的取值应当为10Ω。
相比于上一个模型，对于安装线路避雷器的杆塔而言，其能够明显抑制过电压，而没有安装线路避雷器的杆塔依然拥有较高的电压。纵观所有参数条件，杆塔若未安装线路避雷器，则依然会出现闪络等问题。
从仿真模型当中得知，在提升安装避雷器的密度时，会降低感应过电压。当雷击位置与配电线路相距120m的时候，将避雷器安装到所有杆塔上之后，能够降低约为50％的感应过电压，然而此类安装模式有着较高的成本花费，因此建议在绝缘水平较低的杆塔上。
2.3接地电阻
在仿真模型当中得知，不同抑制感应过电压的系数还会受到接地电阻的影响。模型中雷击位置与配电线路有着100m的水平距离以及30kA的雷电流幅值。
在模型模拟过程中可知，如果有很大的接地电阻，对线路避雷器进行安装前后的感应过电压会极为接近，此时避雷器对雷电的抑制效果极差，所以有关部门需合理减小接地电阻。
结论
总体而言，借助EMPT软件对配电线路的雷电感应过电压进行编程计算，可以获得以下几个重要的结论：①将避雷器安装到配电线路之后，可以在一定程度上抑制雷电感应过电压；②倘若雷击点和线路距离较近，且拥有较高的雷电流幅值，则会导致避雷器对感应过电压抑制效果下降；③安装避雷器的间距将会对过电压防护的效果产生影响，安装的愈密集，则会使感应过电压出现明显降低；④对于避雷器雷电感应过电压防护而言，接地电阻将会产生极大影响，电阻越高，便会使抑制效果被大幅度削弱。
参考文献
[1]申东玄.雷击配电线路过电压及避雷器防护特性分析[D].南京信息工程大学,2019.
[2]罗永志,王艳辉.配电线路雷电感应过电压的避雷器防护分析[J].电瓷避雷器,2019(01):84-88+94.