換流變壓器在線監(jiān)測裝置防雷保護(hù)換流變壓器作為高壓直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備，其在線監(jiān)測裝置承擔(dān)著實(shí)時(shí)采集油溫、油位、局部放電量等關(guān)鍵參數(shù)的重要功能。然而，由于換流站所處環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)測裝置長期暴露在強(qiáng)電磁干擾、雷電過電壓等惡劣條件下，防雷保護(hù)設(shè)計(jì)成為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文從防雷保護(hù)體系構(gòu)建、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用、工程實(shí)踐方案等維度，系統(tǒng)闡述換流變壓器在線監(jiān)測裝置的防雷保護(hù)技術(shù)要點(diǎn)。防雷保護(hù)體系的多層次構(gòu)建換流變壓器在線監(jiān)測裝置的防雷保護(hù)需建立“外部直擊雷防護(hù)-內(nèi)部過電壓抑制-設(shè)備端口防護(hù)”的三級(jí)防護(hù)體系。外部直擊雷防護(hù)方面，根據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50064要求，換流站直流場和交流濾波器區(qū)域應(yīng)采用電氣幾何法進(jìn)行直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)，通常采用獨(dú)立避雷針或避雷線，保護(hù)角控制在25°以下。對(duì)于戶外布置的監(jiān)測裝置屏柜，需確保其處于避雷針保護(hù)范圍內(nèi)，同時(shí)屏柜外殼應(yīng)采用厚度不小于2mm的鋼板制作，通過多點(diǎn)接地實(shí)現(xiàn)法拉第籠屏蔽效應(yīng)。內(nèi)部過電壓抑制體系中，換流站需配置多層次避雷器組合。交流側(cè)避雷器（A類）應(yīng)安裝于每臺(tái)換流變壓器網(wǎng)側(cè)，其操作波保護(hù)水平按變比轉(zhuǎn)移至閥側(cè)后，需與閥側(cè)避雷器（V1、V2、V3型）形成串聯(lián)保護(hù)。其中V3型避雷器作為高能量等級(jí)設(shè)備，需采用多柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)，在制造過程中嚴(yán)格控制各并聯(lián)單元的伏安特性偏差，確保能量均勻分配。針對(duì)在線監(jiān)測裝置的電源輸入端，應(yīng)配置復(fù)合式浪涌保護(hù)器（SPD），其Imax（最大放電電流）不小于40kA，Up（保護(hù)電壓）應(yīng)低于監(jiān)測裝置的耐沖擊電壓額定值（Uimp）的80%。信號(hào)傳輸鏈路的防雷保護(hù)需采用“隔離-限壓-接地”三重措施。監(jiān)測裝置與傳感器之間的模擬量信號(hào)線應(yīng)采用雙絞屏蔽電纜，屏蔽層兩端接地電阻不大于4Ω。在信號(hào)接口處安裝信號(hào)防雷器，其標(biāo)稱放電電流（In）不小于10kA，響應(yīng)時(shí)間小于1ns。對(duì)于采用光纖傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，需在光電轉(zhuǎn)換器輸入端配置光纖保護(hù)器，防止雷電電磁脈沖（LEMP）在光纖金屬加強(qiáng)芯上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與絕緣配合設(shè)計(jì)換流變壓器在線監(jiān)測裝置的防雷設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范。根據(jù)DL/T252-2012《高壓直流輸電系統(tǒng)用換流變壓器保護(hù)裝置通用技術(shù)條件》，監(jiān)測裝置的電源模塊應(yīng)能承受1.2/50μs沖擊電壓（峰值5kV）和8/20μs雷電流（峰值20kA）的聯(lián)合作用。在絕緣配合方面，采用確定性法確定設(shè)備額定耐受電壓，避雷器保護(hù)水平與設(shè)備耐受電壓的最小裕度系數(shù)應(yīng)符合表5.3.5的規(guī)定，其中對(duì)操作沖擊的裕度系數(shù)不小于1.15，對(duì)雷電沖擊的裕度系數(shù)不小于1.25。接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)是防雷保護(hù)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。監(jiān)測裝置的接地網(wǎng)應(yīng)與換流站主接地網(wǎng)可靠連接，連接點(diǎn)不少于2處，接地引下線采用截面積不小于50mm2的銅纜。對(duì)于特高頻（UHF）局部放電監(jiān)測傳感器等敏感設(shè)備，應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的接地極，通過40m以上的水平接地體與主接地網(wǎng)連接，以降低地電位升高的影響。接地電阻值需滿足GB/T50065要求，在土壤電阻率較高地區(qū)可采用深井接地、電解離子接地等措施，確保工頻接地電阻不大于0.5Ω。在線監(jiān)測裝置的電源系統(tǒng)需采用分級(jí)防雷設(shè)計(jì)。在站用變低壓側(cè)配置第一級(jí)SPD（Imax80kA），在UPS輸出端配置第二級(jí)SPD（Imax40kA），在監(jiān)測裝置電源入口配置第三級(jí)SPD（Imax20kA）。各級(jí)SPD之間應(yīng)保證足夠的退耦距離，當(dāng)距離不足時(shí)需串聯(lián)電感或電阻元件，退耦電感值通常取100~300μH。電源防雷器的劣化指示信號(hào)應(yīng)接入后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測。工程實(shí)踐中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用寧浙±800kV特高壓直流靈州換流站的防雷改造工程為在線監(jiān)測裝置的防雷保護(hù)提供了典型示范。該工程在12臺(tái)高端換流變上部署主動(dòng)防御保護(hù)裝置，采用“傳感器分布式布置+光纖環(huán)網(wǎng)傳輸”架構(gòu)。傳感器安裝采用絕緣隔離設(shè)計(jì)，其金屬外殼通過絕緣支架與變壓器本體連接，支架絕緣電阻不小于1000MΩ（500V兆歐表測量）。在傳感器信號(hào)電纜的進(jìn)出口處，設(shè)置電磁屏蔽艙，艙內(nèi)安裝穿心式濾波器，可有效抑制頻率范圍10kHz~1GHz的電磁干擾。針對(duì)監(jiān)測裝置的雷電電磁脈沖防護(hù)，該工程創(chuàng)新采用“空間屏蔽+線路濾波”的綜合措施。在監(jiān)測屏柜內(nèi)部設(shè)置6dB/倍頻程的低通濾波器，截止頻率2MHz，插入損耗大于40dB。屏柜內(nèi)所有設(shè)備金屬外殼通過35mm2銅排連接成等電位體，銅排與接地匯流排之間采用截面積100mm2的銅帶連接。對(duì)于戶外安裝的監(jiān)測終端，其機(jī)箱采用雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為鋁合金板，外層為鍍鋅鋼板，兩層之間填充吸波材料，可使屏蔽效能達(dá)到80dB以上（10kHz~1GHz）。在數(shù)據(jù)通信防雷方面，該工程采用SPD智能防雷在線監(jiān)測管理系統(tǒng)，對(duì)全站68套SPD的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)通過雷電流傳感器采集每支SPD的泄流數(shù)據(jù)，當(dāng)單次泄流量超過5kA時(shí)自動(dòng)記錄波形特征，當(dāng)累計(jì)泄能量達(dá)到額定值的80%時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。同時(shí)系統(tǒng)具備接地電阻在線監(jiān)測功能，采用四極法測量原理，測量范圍0.01~100Ω，精度±1%，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)接地系統(tǒng)的劣化趨勢。新型防雷技術(shù)與未來發(fā)展趨勢隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，換流變壓器在線監(jiān)測裝置的防雷保護(hù)正朝著“主動(dòng)防御-智能預(yù)警”的方向演進(jìn)。新型氧化鋅避雷器（MOA）采用納米摻雜技術(shù)，可使殘壓降低15%~20%，通流容量提高30%以上，在±1100kV特高壓換流站中已開始試點(diǎn)應(yīng)用。同時(shí)，基于磁光效應(yīng)的雷電流監(jiān)測技術(shù)逐漸成熟，其測量范圍可達(dá)0~200kA，響應(yīng)時(shí)間小于50ns，可實(shí)現(xiàn)雷電流參數(shù)的精確記錄與波形分析。無源無線監(jiān)測技術(shù)為防雷系統(tǒng)的免維護(hù)提供了新途徑。采用能量收集技術(shù)（如光伏、溫差發(fā)電）的無線SPD監(jiān)測模塊，可在無外接電源情況下連續(xù)工作5年以上。模塊內(nèi)置的藍(lán)牙5.0低功耗通信單元，可實(shí)現(xiàn)100m范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，配合邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，形成分布式防雷監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。在寧東-山東±660kV直流工程中，該技術(shù)的應(yīng)用使運(yùn)維成本降低40%，故障響應(yīng)時(shí)間縮短至15分鐘以內(nèi)。數(shù)字孿生技術(shù)為防雷保護(hù)的全生命周期管理提供支撐。通過構(gòu)建換流站防雷系統(tǒng)的數(shù)字模型，可模擬不同雷暴場景下的過電壓分布，優(yōu)化避雷器布置方案。結(jié)合在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測SPD的剩余壽命，預(yù)測準(zhǔn)確率可達(dá)92%以上。國家電網(wǎng)有限公司直流技術(shù)中心研發(fā)的換流變壓器在線監(jiān)測裝置，已實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字孿生的防雷性能動(dòng)態(tài)評(píng)估，在2024年迎峰度夏期間成功預(yù)警3起SPD性能退化故障。防雷保護(hù)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)持續(xù)推進(jìn)。GB/T18494.2-2022《變流變壓器第2部分：高壓直流輸電用換流變壓器》新增了在線監(jiān)測裝置的防雷技術(shù)要求，規(guī)定監(jiān)測傳感器的外殼應(yīng)能承受100kPa的沖擊壓力而不破裂。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T2828-2024《換流變壓器隔聲罩技術(shù)條件》則對(duì)隔聲罩的防雷接地作出詳細(xì)規(guī)定，要求其接地引下線截面積不小于70mm2，且與主接地網(wǎng)的連接點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，將進(jìn)一步提升換流變壓