變電站綜自改造直流浪涌保護器選型

一、引言：背景與需求

近年來，隨著電網數字化和智能化建設的推進，全國大量的500kV、220kV、110kV及35kV變電站正在進行綜合自動化改造（簡稱“綜自改造”）以及交直流系統一體化升級。在改造過程中，直流操作電源系統的可靠運行至關重要——它承擔著繼電保護、自動裝置、斷路器操作等核心二次設備的供電任務。

然而，在實際運行中，由于開關操作、雷電侵入波以及系統故障引發的瞬態過電壓，常常導致直流屏內的模塊損壞或保護誤動。尤其是在老舊變電站改造中，原有屏柜空間緊湊、電磁環境復雜，對浪涌保護器（SPD）的安全性、可靠性和易維護性提出了極高要求。

揚州中恒電氣有限公司的ZH2-DC系列直流電源電涌保護器，憑借其全面的電壓等級覆蓋（24V、48V、110V、220V）、溫控斷路技術以及模塊化插拔結構，在全國多個電壓等級的變電所改造、直流系統升級、交流屏一體化改造項目中積累了大量的成功應用經驗。本文將以某500kV變電站直流系統綜自改造為例，詳細解析ZH2-DC系列的選型要點與實施方法。

二、系統構成與項目背景

1. 項目概況

某500kV樞紐變電站，原有直流系統已運行15年，直流屏采用兩段母線供電，電壓等級為220V DC。由于設備老化，且原設計未考慮浪涌保護措施，近年來多次因開關操作引發直流接地和模塊擊穿故障。改造目標是在不更換主屏柜的前提下，對直流饋出回路和母線側增加二級浪涌保護，同時將狀態信號接入綜自后臺。

2. 被保護系統構成

直流母線：220V DC，兩段獨立運行。

饋出回路：保護裝置電源、斷路器操作電源、自動化設備電源。

接地方式：直流不接地系統（浮空），但需對正極對地、負極對地分別防護（即2P保護模式）。

三、產品選型與功能說明

針對上述系統構成，我們采用了揚州中恒ZH2-DC系列產品。該系列的主要特點與系統需求的對應關系如下：

系統需求    ZH2-DC系列解決方案 功能說明

高安全性：具有內置溫控斷路+過流保護，當SPD因老化或異常過電壓導致過熱時，自動脫扣斷開，徹底避免火災風險 。

狀態可視化：窗口顏色指示（綠/紅），綠色正常，紅色故障。運維人員在屏前巡檢，一眼判斷健康狀況，無需帶電測量。

維護便捷性：插拔式模塊+35mm導軌，若模塊失效，直接拔下舊模塊更換新模塊，無需拆卸接線，適合改造項目時間緊、空間小的特點。

遠程監控：可選帶“-R”遙信功能，將SPD失效的干接點信號接入綜自系統，實現在主控室遠程報警，滿足無人值守要求。

電壓匹配：Uc=320V DC（220V系統用），最大持續工作電壓留有充足余量，避免直流系統正常波動（如充電機浮充電壓變化）導致SPD誤動作。

本次改造選用型號：

直流母線側（一級防護）：ZH2-C40-DC220-R（Imax=40kA，帶遙信）

重要饋線側（二級防護）：ZH2-D20-DC220-R（Imax=20kA，帶遙信）

四、實施方法與安裝要點

在變電所改造中，安裝工藝直接決定了防護效果。以下是本次項目實施中嚴格遵循的要點：

1. 安裝位置與布局

母線側：在兩段直流母線的輸出端（蓄電池出口之后，饋出開關之前）分別并聯安裝一組ZH2-C40-DC220-R（2P）。

饋線側：在保護室內的分電屏進線端，以及重要線路（如遠動裝置、故障錄波器）的電源入口，安裝ZH2-D20-DC220-R。

2. 接線規范

導線截面積：嚴格按照廠家要求，電源連接線采用10mm2銅導線，接地線采用16mm2銅導線，確保雷電流泄放通暢。現場特別注意將接地線直接連接到直流屏的專用接地銅排上，且引線長度控制在0.5米以內，以降低殘壓。

接線方式（2P模式）：由于系統為正負母線浮空，我們采用兩片模塊分別接于正極對地和負極對地。模塊的中線（接地端）并聯后接至地排 。

前置保護：在SPD前端串聯16A專用熔斷器（或小型斷路器），既不影響主回路供電，又能在SPD故障時提供可靠的過流隔離保護。

3. 信號接入

將“-R”模塊的遙信觸點（常開/常閉可選）接入綜自系統的開關量采集模塊。設置后臺報警語：“直流屏# SPD故障，請檢查”。這一細節在后期運維中被證明非常實用。

五、經驗分析與應用效果

該500kV變電站自改造投運以來，已穩定運行兩年，經歷了多次雷雨季節和開關操作沖擊，未發生一起因浪涌導致的二次設備損壞事件。主要經驗總結如下：

1. 分級防護效果顯著

母線側采用40kA通流容量的C40系列，承受住了大概率的外部侵入能量；饋線側20kA的D20系列則有效箝位了內部操作過電壓。殘壓實測均低于1.2kV，遠低于保護裝置電源模塊的耐受極限 。

2. 遙信功能提升了運維效率

在一次雷擊事故中，后臺監控發出報警，運維人員迅速定位到某饋線回路的SPD模塊故障（窗口變紅）。由于是插拔式結構，備件更換在5分鐘內完成，且無需停電，極大縮短了設備帶病運行的時間。

3. 惡劣環境適應性驗證

變電所室內環境雖較好，但部分地區濕度大、粉塵多。ZH2-DC系列采用阻燃PBT外殼，防護等級IP20，且在－40～＋85℃寬溫范圍內表現穩定，未出現老化開裂或接觸不良現象。

4. 改造項目中的避坑提示

空間問題：老式直流屏空間緊湊，安裝前需確認導軌長度和模塊厚度（36mm/2P），必要時可增加轉接底座。

電壓確認：部分老系統可能存在電壓偏高現象（如浮充電壓達230V），必須選用Uc≥320V的型號，以防SPD長期承受過電壓而加速老化。

六、結論

在選型時，建議遵循“先定電壓，再定通流，后定遙信”的原則，并嚴格按照規范接線。