隨著智能電網(wǎng)、新能源、軌道交通、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的被動(dòng)式浪涌防護(hù)器（SPD）已難以滿足現(xiàn)代電氣系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程運(yùn)維與安全評(píng)估的要求。為此，數(shù)字化雷電浪涌防護(hù)與管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)將浪涌防護(hù)、在線監(jiān)測(cè)、智能通信與云端管理技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)防雷裝置的數(shù)字化、可視化、智能化全生命周期管理。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 18802.1-2020 低壓配電系統(tǒng)的浪涌保護(hù)器(SPD) 第1部分：性能要求和試驗(yàn)方法》和《GB/T 21714-2023 雷電電磁脈沖防護(hù)通用要求》，數(shù)字化雷電浪涌防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“防護(hù)+監(jiān)測(cè)+管理”三位一體原則。

二、數(shù)字化雷電浪涌防護(hù)系統(tǒng)定義與構(gòu)成

（1）系統(tǒng)定義

數(shù)字化雷電浪涌防護(hù)與管理系統(tǒng)是一種集電源浪涌防護(hù)、信號(hào)浪涌防護(hù)、接地監(jiān)測(cè)、在線狀態(tài)檢測(cè)與云端數(shù)據(jù)分析為一體的綜合防雷系統(tǒng)。它不僅能抑制雷擊或操作過(guò)電壓造成的瞬態(tài)浪涌，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SPD的工作狀態(tài)、劣化程度、環(huán)境參數(shù)及接地電阻值，通過(guò)數(shù)字通信接口上傳至監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程告警與設(shè)備運(yùn)維管理。

（2）系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

數(shù)字化雷電浪涌防護(hù)與管理系統(tǒng)主要由以下五大模塊構(gòu)成：

電源型智能SPD模塊：保護(hù)交流或直流線路免受浪涌沖擊 標(biāo)稱電壓Un: 220/380V；最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc: 275V/385V；通流容量Imax ≥ 80kA；殘壓≤1.5kV

信號(hào)/數(shù)據(jù)線SPD模塊：保護(hù)通信、控制、網(wǎng)絡(luò)等低壓信號(hào)接口，傳輸速率：10M~1Gbit/s；保護(hù)電壓≤15V；響應(yīng)時(shí)間<25ns

監(jiān)測(cè)與采集模塊：實(shí)時(shí)采集SPD狀態(tài)、電壓、電流、溫度、接地電阻等，測(cè)量精度：±1%；響應(yīng)周期：≤1s

通信傳輸模塊：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)上傳與遠(yuǎn)程通訊，支持RS485、Modbus、4G/5G、以太網(wǎng)

后臺(tái)云端管理平臺(tái)：數(shù)據(jù)分析、告警、趨勢(shì)監(jiān)測(cè)、設(shè)備管理，支持Web/APP遠(yuǎn)程可視化；歷史數(shù)據(jù)追溯與報(bào)表導(dǎo)出.

三、系統(tǒng)原理與工作機(jī)制

當(dāng)電氣系統(tǒng)遭受雷擊或電網(wǎng)操作引發(fā)浪涌電壓時(shí)，SPD模塊迅速將浪涌能量分流至接地系統(tǒng)，保護(hù)下游設(shè)備不被擊穿或燒毀。與此同時(shí)，智能監(jiān)測(cè)單元實(shí)時(shí)采集SPD內(nèi)部的通流狀態(tài)、溫度變化及漏電流信號(hào)，判斷SPD是否發(fā)生退化或失效。

數(shù)據(jù)經(jīng)RS485或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳至上位機(jī)或云端平臺(tái)后，系統(tǒng)自動(dòng)完成以下任務(wù)：

狀態(tài)診斷與預(yù)警：識(shí)別SPD劣化趨勢(shì)并發(fā)出黃色/紅色告警；

雷擊事件記錄：記錄浪涌次數(shù)、峰值電流、持續(xù)時(shí)間等數(shù)據(jù)；

接地系統(tǒng)監(jiān)測(cè)：檢測(cè)接地電阻變化（一般要求≤10Ω），防止接地劣化；

智能統(tǒng)計(jì)分析：通過(guò)AI算法預(yù)測(cè)SPD壽命與雷電高發(fā)時(shí)段；

遠(yuǎn)程運(yùn)維管理：通過(guò)Web平臺(tái)統(tǒng)一管理分布式防雷設(shè)備。

四、數(shù)字化雷電浪涌防護(hù)系統(tǒng)的部署與選型

（1）選型原則

系統(tǒng)選型需根據(jù)供電系統(tǒng)制式、保護(hù)級(jí)別、安裝位置與環(huán)境特性進(jìn)行。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 50057-2014 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》及《GB/T 18802.12-2021 SPD選用與應(yīng)用導(dǎo)則》要求，應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)思路：

一級(jí)防護(hù)：總配電室（建筑物引入處），Type 1（I級(jí)）SPD，Iimp ≥ 12.5kA(10/350μs)；Uc=385V；Up≤2.5kV

二級(jí)防護(hù)：分配電箱/機(jī)房配電柜，Type 2（II級(jí)）SPD，In ≥ 20kA(8/20μs)；Imax≥40kA；Up≤1.5kV

三級(jí)防護(hù)：終端設(shè)備前端/插座端，Type 3（III級(jí)）SPD，In=5kA(8/20μs)；Up≤1.2kV

在數(shù)字化系統(tǒng)中，I、II、III級(jí)SPD均需配置智能監(jiān)測(cè)接口（RS485或NB-IoT模塊），并由統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)管理。

（2）安裝部署方案

① 配電系統(tǒng)部署方案

總配電柜：安裝I級(jí)智能SPD，型號(hào)推薦：DK-I385/12.5-DM型，具備數(shù)字通信與熱脫扣保護(hù)；

分配電箱：安裝II級(jí)智能SPD，型號(hào)推薦：DK-II385/40-DM型，監(jiān)測(cè)電流、溫度；

終端設(shè)備：使用III級(jí)插座型SPD模塊，與監(jiān)測(cè)主機(jī)聯(lián)動(dòng)；

接地系統(tǒng)：采用獨(dú)立防雷接地與電氣設(shè)備接地共用方式，接地電阻≤10Ω；

② 通信信號(hào)系統(tǒng)部署方案

網(wǎng)絡(luò)通信線（RJ45接口）：安裝信號(hào)SPD，如DK-NET1000-DM型；

監(jiān)控視頻線：采用BNC或POE專用信號(hào)SPD模塊；

RS485總線：在兩端安裝通信SPD（Up≤20V），并加裝監(jiān)測(cè)傳感模塊。

③ 數(shù)據(jù)采集與平臺(tái)部署

現(xiàn)場(chǎng)端：監(jiān)測(cè)單元通過(guò)Modbus-RTU采集各SPD數(shù)據(jù)；

傳輸層：通過(guò)以太網(wǎng)或4G模塊上傳至云平臺(tái)；

管理端：部署在服務(wù)器或云端（支持API/OPC接口），用于雷電事件分析與設(shè)備生命周期管理。

（3）安裝技術(shù)要求

SPD接線長(zhǎng)度：相-地≤0.5m；中-地≤0.5m，GB/T 18802.31-2020

SPD接地導(dǎo)線：≥16mm2銅線，接地端子牢固壓接，GB 50057-2014

安裝環(huán)境：溫度-40℃～+85℃；濕度≤95%RH，GB/T 4208-2017

通信接口布線：RS485總線≤1200m，終端電阻120Ω，GB/T 19582-2008

安裝完畢后，須使用SPD檢測(cè)儀進(jìn)行動(dòng)作電壓與通流能力測(cè)試，并錄入系統(tǒng)編號(hào)以便監(jiān)測(cè)管理。

五、數(shù)字化雷電浪涌防護(hù)系統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用解決方案

（1）新能源場(chǎng)站（光伏、風(fēng)電）

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)：雷擊密集、分布廣、通信鏈長(zhǎng)；

解決方案：在光伏匯流箱、逆變器、監(jiān)控主機(jī)處部署智能SPD，配置雷電流計(jì)數(shù)器與云端監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)與過(guò)壓記錄；

標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：GB/T 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》。

（2）數(shù)據(jù)中心與IDC機(jī)房

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)：信息設(shè)備密集，需高可靠電源保護(hù)；

解決方案：采用三級(jí)數(shù)字SPD體系+智能接地檢測(cè)模塊，接入監(jiān)控BMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)防雷狀態(tài)與機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)融合監(jiān)控；

標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：GB 50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》。

（3）軌道交通與鐵路通信

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)：長(zhǎng)距離通信線路易感應(yīng)雷擊；

解決方案：在信號(hào)機(jī)房、綜合通信機(jī)柜、道岔控制箱配置智能信號(hào)SPD與雷電流監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)光纖或RS485上傳中心調(diào)度系統(tǒng)；

標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：TB/T 3074-2019《鐵路通信防雷技術(shù)條件》。

（4）石化與工業(yè)控制系統(tǒng)

風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)：存在易燃易爆環(huán)境；

解決方案：選用防爆型數(shù)字SPD（Ex dⅡCT6），集中監(jiān)測(cè)控制柜SPD運(yùn)行狀態(tài)；

標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：GB/T 3836系列《爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備》。

（5）智慧城市與公共基礎(chǔ)設(shè)施

應(yīng)用方向：智能路燈、監(jiān)控桿、5G基站等；

方案配置：桿頂安裝微型智能SPD，通過(guò)NB-IoT模塊上傳至城市防雷云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)管與運(yùn)維。