易造储能系统浪涌保护综合解决方案

随着新能源发电、工商业储能和电网侧储能快速发展，储能系统正在成为新型电力系统的重要组成部分。电池簇、PCS、BMS、EMS、配电系统、辅助电源及通信控制设备高度集成，一旦雷电或操作过电压沿电源线路、通信线路进入系统，可能造成设备损坏、通信异常、保护动作甚至整站停机。

储能系统的浪涌防护不能只依靠某一个配电柜中的单只SPD，而应从整个系统的电能流和信号流出发，将外部防雷、接地与等电位连接、交流/直流SPD以及信号SPD进行系统化配置。

一、储能系统的主要雷电与浪涌风险

储能设备多布置于户外或半户外区域，金属结构集中，电力与通信线路数量多、分布广。雷电活动及系统操作过程产生的暂态过电压，可能通过不同路径进入设备。

•  雷击储能场站或附近区域时，雷电电磁场可在线路中感应出较高的瞬态过电压。

•  雷电流经接地系统泄放时，可能造成局部地电位抬升，使不同设备之间产生瞬态电位差。

•  PCS并离网切换、开关分合、故障切除等操作过程也可能产生操作过电压。

•  CAN、RS-485、以太网、4-20mA、开关量及PT100等弱电接口耐压较低，是浪涌防护中容易被忽略的薄弱环节。

二、储能系统整体防护思路

完整的储能防护体系可分为外部防雷和内部浪涌保护两个层面。外部防雷主要用于降低直击雷对储能设施本体造成的危害；内部防雷则通过等电位连接、合理布线及SPD分级保护，将进入电源和信号线路的过电压限制在设备可承受范围内。

在内部浪涌保护中，应结合防雷分区和设备耐受水平进行逐级泄放。前级SPD承担较大的浪涌能量，后级SPD进一步降低残压，最终保护PCS、BMS、EMS及其他敏感电子设备。

三、外部防雷系统

1.传统防雷技术

对于集装箱式储能系统的传统防雷方案，应首先判断集装箱金属外壳能否作为自然接闪部件使用。若金属材质、厚度、结构连续性等条件满足相关防雷规范要求，可将其纳入外部防雷系统统一设计；若不满足自然接闪条件，则应设置独立的接闪装置、引下线和接地系统，避免雷击造成箱体熔穿、设备损伤或雷电流直接进入内部线路。

金属材质集装箱作为自然接闪部件需满足：

采用独立接闪杆、接闪短针或接闪桅杆时，还应根据保护范围、雷电防护等级及现场布置确定安装位置，并合理处理接闪装置、引下线与内部电气线路之间的安全间隔。接地装置应与场站接地和等电位系统统筹设计，减少雷电流泄放过程中的危险电位差。

2. 易造CMCE多电场补偿器防雷技术

针对储能电站、储能集装箱、光储一体化场站等户外场景，易造外部防雷系统可采用CMCE多电场补偿器作为新型直击雷防护方案。CMCE多电场补偿器的工作原理，是通过持续中和大气中的电荷，在其保护范围内形成一个平衡的电场环境，不产生上行先导，从根源阻断雷电形成的条件，达到“让雷打不下来”的防护效果。

与传统主动接闪引雷的防雷思路不同，CMCE多电场补偿器可以使保护范围内变成无雷区。对于储能场站这类对连续性、安全性要求较高的场景，CMCE多电场补偿器可作为外部防雷，与接地、等电位连接以及内部SPD系统协同工作。

四、内部浪涌保护系统

内部浪涌保护应覆盖储能系统的交流电源、直流电源以及通信控制线路。SPD配置需要与安装位置、系统电压、接地方式、 线路长度及被保护设备耐压相匹配，SPD作为内部防雷的重要措施，需通过逐级泄放雷电流，以达到保护设备的目的。

1. PCS（储能变流器）直流侧

PCS直流侧连接电池簇与储能变流器，是高压直流系统中的关键保护位置。该位置SPD应根据最高持续运行电压、直流系统结构、设备冲击耐受水平以及可能出现的短路电流进行选择。对于1000V、1500V等高压直流系统，不能只关注Uc、In和Imax，还应核对SPD在直流故障条件下的短路耐受能力及后备保护配合。

2. PCS（储能变流器）交流侧

PCS交流侧承担并网或带载输出功能，容易受到电网侧雷电电涌和操作过电压影响。SPD应根据实际交流系统电压、接地制式及设备耐压进行选择，并与上一级保护形成能量协调。

3. 集装箱式电池簇与直流汇流侧

电池簇、直流汇流柜与PCS之间能量集中，且直流线路直接连接高价值电池和功率器件。宜在关键汇流位置设置与系统电压相匹配的直流SPD，限制沿直流母线传播的瞬态过电压。

4. 变压器低压侧及电站自用电

变压器低压侧是储能系统交流能量汇集和传输的重要节点，应根据系统电压配置相应SPD。储能站内400V/230V自用电回路还承担空调、消防、照明、控制电源等辅助设备供电，同样需要进行分级浪涌保护。

5. BMS通讯及监测控制信号

BMS、EMS和后台监控系统依赖大量通信与采集接口。当电源侧已经安装SPD而信号线路未采取保护时，浪涌仍可能通过网线、CAN、RS-485、4-20mA、开关量或测温线路进入控制设备。因此，信号SPD应根据接口工作电压、线路制式、传输速率和允许插入损耗进行匹配，避免影响正常通信。

五、储能直流侧选型还应关注短路耐受能力ISCCR

储能电池通常由多个电池簇并联。当直流侧某一点发生短路故障时，其他电池簇可能同时向故障点提供电流。并联簇数越多，故障点可能汇集的短路电流越大。因此，储能直流SPD选型不能仅依据系统电压和通流容量，还应结合电池簇结构、PCS功率及系统最大预期短路电流，核对SPD的短路电流耐受能力（ISCCR）以及相应的故障脱离和后备保护措施。

六、易造储能系统典型SPD配置

针对储能系统中常见的交流、直流和信号接口，杭州易造可根据系统结构和项目参数提供对应的SPD及后备保护配置。

典型应用如下。

七、结语

储能系统的浪涌保护是一项系统工程。只有将外部防雷、接地与等电位、交流/直流SPD以及通信信号保护统筹考虑，才能有效降低雷电和操作过电压对PCS、BMS、EMS、电池簇及辅助设备造成的风险。

杭州易造科技有限公司可根据储能项目的系统图、设备参数和现场工况，对不同保护节点进行针对性选型与配置，为储能系统提供从电源到信号接口的完整浪涌保护方案。

八、相关国家标准与规范

储能系统防雷及SPD设计、选型和施工参考以下现行标准及规范，具体项目应结合设计文件、项目所在地要求及标准最新版本执行：

•  GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》

•  GB/T 21714.1-2015《雷电防护 第1部分：总则》

•  GB/T 21714.3-2015《雷电防护 第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险》

•  GB/T 21714.4-2015《雷电防护 第4部分：建筑物内电气和电子系统》

•  GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

•  GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》

•  GB/T 18802.11-2020《低压电涌保护器（SPD） 第11部分：低压电源系统的电涌保护器 性能要求和试验方法》

•  GB/T 18802.12-2024《低压电涌保护器（SPD） 第12部分：低压电源系统的电涌保护器 选择和使用导则》

•  GB/T 18802.21-2016《低压电涌保护器 第21部分：电信和信号网络的电涌保护器（SPD） 性能要求和试验方法》

•  GB/T 18802.22-2019《低压电涌保护器 第22部分：电信和信号网络的电涌保护器 选择和使用导则》