剩余电流动作保护器防雷功能电路的创新设计与应用 CNR218-257

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了剩余电流动作保护器防雷功能电路的创新设计，有效提升了作业效率与安全水平。然而在雷击频发区域，剩保往往因无法承受雷击产生的巨大能量而受损，导致保护功能失效甚至设备烧毁。

雷击产生的瞬时高压和大电流通过电源线路侵入剩保，超出其耐受能力，是造成损坏的主要原因。同时，零序电流互感器信号侧也容易受到感应尖脉冲干扰，影响漏电信号采集的准确性。

针对这一问题，项目团队设计了一种剩保防雷功能电路，从电源进线端和信号侧两方面入手，提升剩保的防雷能力，并在雷击频发区域开展挂网运行验证。

存在问题

• 雷击能量超出剩保耐受能力。雷击产生的瞬时高压和大电流直接冲击剩保，导致设备损坏，保护功能丧失。
• 电源进线端缺乏有效削峰手段。传统剩保未配置大通流量防雷元件，无法对雷击瞬时高压进行削峰和短路吸收。
• 电源电流突变影响剩保安全。雷击引起的电源电流突变会通过线路传导至剩保，进一步加剧损坏风险。
• 信号侧易受感应尖脉冲干扰。零序电流互感器信号通道可能窜入感应瞬时尖脉冲，造成漏电采集信号失真。
• 雷击频发区域缺乏针对性防护方案。现有剩保产品未针对雷击环境进行专门设计，难以满足恶劣条件下的运行要求。

创新目标

在不改变剩保基本漏电保护功能的前提下，通过增加防雷功能电路，显著提升剩保的耐冲击电流和耐冲击电压等级水平，使其能够应对雷击频发区域的恶劣环境，同时保证漏电信号采集的准确性和可靠性。

技术方案

该电路的设计主要从两个方面入手。首先，在电源进线端，采用大通流量的防雷专用型压敏电阻，能够有效削峰和短路吸收雷击产生的瞬时高压；同时引入三相电源变压器，利用其电抗特性阻止电源电流的突变，进一步保护剩保免受雷击损害。

其次，在零序电流互感器信号侧，增加抗干扰元件，防止感应的瞬时尖脉冲干扰信号窜入漏电采集信号通道，确保剩保能够准确、可靠地工作。两方面措施共同构成完整的防雷功能电路。

操作流程上，该电路与剩保配合使用，无需改变原有剩保的接线方式。电源进线端防雷元件和三相电源变压器串接于电源回路，信号侧抗干扰元件接入零序电流互感器信号通道，安装完成后即可投入运行。

创新亮点

• 电源侧削峰吸收：采用大通流量防雷专用型压敏电阻，对雷击瞬时高压进行削峰和短路吸收，降低剩保承受的冲击能量。
• 电抗阻止电流突变：引入三相电源变压器，利用其电抗特性阻止电源电流突变，减少雷击对剩保的传导影响。
• 信号侧抗干扰：在零序电流互感器信号侧增加抗干扰元件，防止感应尖脉冲窜入漏电采集通道，保证信号准确。
• 耐冲击等级提升：经实验室验证，剩保浪涌水平从一般的4kV/2.5kA提高到10kV/5kA组合冲击而不损坏。
• 残压水平达标：对出线侧检测，残压水平达到II级防雷水平，有效吸收雷击干扰能量。

落地应用效果

目前，该技术和产品已在宜昌供电公司雷击频发区域进行挂网运行，并取得了显著的防雷效果。挂网运行期间，剩保在雷击环境下的损坏情况明显减少，漏电保护功能保持稳定。

展望未来，该电路能广泛运用于农电线路及台区的漏电保护，尤其适用于雷击频发区域。对于产业单位而言，具备该功能的剩保预计可以在普通剩保的售价基础上提价5%-10%，从而增加年收益。即使不提高售价，凭借该防雷功能，每年也至少能增加10%的销售额。

产出物：带防雷功能电路的剩余电流动作保护器产品及配套电路设计方案。

适用场景：农电线路及台区的漏电保护，尤其适用于雷击频发区域。

常见问题

Q：该防雷功能电路是否需要改变原有剩保的接线方式？

A：不需要。该电路与剩保配合使用，电源进线端防雷元件和三相电源变压器串接于电源回路，信号侧抗干扰元件接入零序电流互感器信号通道，安装完成后即可投入运行。

Q：该电路在实验室验证中达到了什么水平？

A：经实验室环境验证，该电路能使剩保的浪涌水平从一般的4kV/2.5kA提高到10kV/5kA的组合冲击而不损坏，同时对出线侧检测，残压水平达到II级防雷水平。

Q：该防雷功能电路对产业单位有什么经济效益？

A：具备该功能的剩保预计可以在普通剩保的售价基础上提价5%-10%，从而增加年收益。即使不提高售价，凭借该防雷功能，每年也至少能增加10%的销售额。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。

本文由中广研创新整理。