配电线路覆盖范围较广，在野外通过架空线路方式敷设，绝缘水平低，通常不会配备避雷线。所以，配电线容易遭受雷击，但是由于配电线路架设高度偏低，周围不可避免的存在建筑物和树木，对配电线路运行安全带来不良影响。如果周围树木遭受雷击，相应的周围物体电位也将随之升高，出现反击配电线路的情况，导致线路短路、燃烧，情况严重下会诱发更加严重的火灾事故。所以，综合研究分析雷击树木产生的放电反击现象，便于了解配电线路电压变化情况，为过电压防护提供支持，保障配电线路安全使用。
1 雷击树木诱发配电线路电弧放电过程
架空配电线路由于自身高度在树木以下，绝缘水平并不高，容易受到周边树木影响，威胁到配电线路运行安全。配电线路周围树木遭受雷击，配电线路电位升高，会出现过电压，尤其是雷电流增加会导致树木各位置电位升高，树木某位置电位足够击穿树木-线间电隙，相应的树木会出现反击配电线路情况，威胁到配电线路安全稳定运行[1]。配电线路承受雷电过电压幅值较高，线路发生闪络，进而诱发跳闸事故出现。
1.1电弧放电模型
为了深入剖析雷击树木对配电线路所产生的电弧放电现象，基于ATP-EMTP软件设立电弧模型，在传输到配电线路的电流、电压基础上确定电弧电导。出事阶段选择静态电弧模型进行分析，随后达到一定峰值后选择动态电弧模型，最后输出电阻。在产生电弧前，可以借助压控开关来模拟仿真气隙击穿现象，采用同间隙距离的棒-棒间隙冲击击穿电压，即为压控开关控制电压，间隙电压超出气息击穿电压后，会导致压控开关闭合击穿间隙。如果配电线路和树木之间的距离1m，击穿电压大小大概为500kV[2]。
（1）静态电弧模型。建立静态电弧模型，主要是代替动态模型来模拟电弧产生特性，有效改善动态电弧模型无法模拟呈现电弧产生特性的不足。静态电弧模型的电弧电导表达式如下：
G(tp)=Gc+(Gi-Gc)e-tD/τ
其中，表达式中的Gi为电弧产生阶段初始电导值，数值为0.0008S/m，τ是时间常数，为90μs，Gc则是静态电导最终数值，为0.013S/m。
（2）动态电弧模型。动态电弧模型，主要是基于Mayr电弧模型进行分析，表达式如下：
表达是中的G代表稳态电弧电导，Uarc为电弧电压，l代表电弧长度，为100m；Uo是电弧电压梯度，数值为4.1kV/cm，r为0.0085Ω/cm，代表电弧单位电阻，τ代表电弧时间常数[3]。
1.2线路周围树木模型
雷击树木会产生过电流和过电压，选择RC并联电路模拟累积树木现象，实测结果表明雷击树木大概数百千欧左右，等效电阻设置为800kΩ，地面和树木的耦合电容Ctg表达式如下：
Ctg代表树木对地电容，H是树木高度，rt代表树木的半径大小，为8.85×1012F/m。
1.3配电线路模型
雷击树木所产生的过电流，雷电流频率高，配电线路选择Jmarti模型。配电线路长1km，高10m，档距则是100m[4]。选择水平布设导线方式，线路直径1cm，并选择400OΩ特性电阻在配电线路两侧连接。等效电杆模拟，接地电阻10Ω，电感量0.84μH/m，等效电容表达式如下。
表达式中的Ccg代表大树和配电线路等效电容，π则是3.14，rc是导线半径，h属于配电线路高度。雷击树木对配电线路放电时，由于配电线路和大树之间的间距较小，二者产生的耦合电容为Ctc。
1.4雷电模型
设置雷电模型，分析雷击树木对配电线路放电产生的过电压，基于Heidler雷电流模型综合分析。
2 雷击树木对配电线路电弧放电仿真分析
配电线路长1km、高10m，水平排列导线；树木10m高度，在线路中央点附近排列，与C相距离大概为1m。树木与配电线路C相距离较近，树木受到雷击会反击配电线路。雷电流幅值10kA，绝缘强度数值为100kV。
图1 线路和树木的位置
图1 绝缘击穿线路电压仿真结果
电压波动明显，出现2次波峰，包括初始阶段先例感应过电压以及空气击穿后树木对配电线路产生的过电压。电弧电压产生时，C相会发生闪络现象，其峰值是271.62kV;电弧对C相放电产生闪络时，会导致B相出现过电压现象，具体大小为108.06kV。
3 避雷器的过电压防护效果
配电线路过电压的安全防护，可以通过安装避雷器实现，安装密度不同，最终所呈现的防雷效果也不尽相同。通过仿真模拟，探究全线安装和间隔一个杆塔安装避雷器的过电压防护效果。感应阶段，通过配电线路上安装避雷器可以大大降低过电压幅值，部分没有安装避雷器的线路段，感应电压会大幅度下降，直到下降到负数[5]。不同避雷器安装密度，平均的电压幅值大概是80.292kV，下降幅度达到一定标准后会呈现不同的差别。如果是配电线路全线安装，感应电压大小为241.92kV，如果是间隔一个杆塔安装避雷器，感应电压大小为241.88kV[6]。
由此看来，雷击树木会对周围的配电线路产生放电反击效应，出现过电压问题，电压峰值甚至可以达到上百千伏，严重威胁到配电线路安全稳定运行。大树高度，以及树木和配电线路大小等因素，直接影响到过电压大小，伴随着线路电弧过电压升高，相应的感应过电压反向降低。
结论：
综上所述，由于配电线路多为架空敷设，与树木和建筑物的距离较近，尽管很少会受到雷电直击，但如果雷击配电线路周围树木，会对配电线路产生放电反击效应，威胁到配电线路运行安全。通过建立模型分析不同因素所产生的影响，并安装避雷器，可以起到过电压有效防护作用，最大程度上降低安全事故几率，全方位保障配电线路安全。
参考文献：
[1] 晏威,肖纯,吴细秀,等. 基于雷电活动特征的10 kV配电线路雷击跳闸率计算[J]. 高电压技术,2021,47(3):1118-1127.
[2] 钟天华. 一次雷击事故原因分析及农村防雷安全基本措施建议[J]. 气象与环境科学,2014,37(2):117-119.
[3] 王沁. 悬式绝缘子在10kV线路防雷击断线措施中的应用[J]. 煤矿现代化,2017(6):76-79.
[4] 张波,肖坤,林振,等. 10kV架空绝缘导线双向疏导式雷击断线防护装置研究[J]. 电工电气,2021(6):74-76.
[5] 李红. 对配电线路在线故障识别与诊断技术的相关探究[J]. 科技尚品,2016(2):231,236.
[6] 安韵竹,李悠然,胡元潮,等. 雷击树木放电反击配电线路过电压及防护研究[J]. 电瓷避雷器,2020，23(6):8-14.
