《GB-T 18802.31-2021低压电涌保护器 第31部分：用于光伏系统的电涌保护器 性能要求和试验方法》专题研究报告

《GB/T18802.31-2021低压电涌保护器第31部分：用于光伏系统的电涌保护器性能要求和试验方法》专题研究报告目录光伏防雷新基石?专家视角解读GB/T18802.31-2021的定位与时代价值分类藏玄机?从试验等级到失效模式的标准全维度解析环境耐受性如何保障?解读标准中的机械与环境适应性要求量产质量如何把控?例行试验与验收试验的标准执行要点新旧标准如何衔接?结合IEC61643-31的技术传承与创新分析系统如何适配?深度剖析标准核心的使用条件与边界划分电气性能是核心?直击光伏SPD电压与电流参数的硬性指标型式试验过不了怎么办?标准框架下的全流程试验方案指南特殊设计有规范吗?附加要求与试验的专家深度解读未来应用怎么走?基于标准的光伏SPD发展趋势与落地建光伏防雷新基石？专家视角解读GB/T18802.31-2021的定位与时代价值标准出台的行业背景：光伏爆发下的防雷痛点倒逼1截至2023年，我国光伏装机容量突破4.9亿千瓦，连续8年全球第一，但雷击导致的系统故障占比达23%。光伏直流侧电压达1500V，远超传统低压系统，交流SPD无法适配，而旧标准缺乏针对性规范。此背景下，GB/T18802.31-2021于2021年3月发布、10月实施，填补光伏直流SPD标准空白，为行业提供统一技术依据。2（二）标准的核心定位：衔接国际与立足国情的技术标杆01本标准等同采用IEC61643-31:2018，确保国际技术同步，同时结合我国光伏产业规模大、应用场景多样的特点，细化1500V系统适配要求。其定位为光伏直流侧SPD的强制性技术规范，覆盖性能、安全、试验全环节，是产品研发、生产、检测及工程应用的核心依据，打破此前依赖通用标准的混乱局面。02（三）时代价值：护航新型电力系统的安全屏障01在“双碳”目标下，光伏成为能源转型核心支撑。标准实施后，可降低光伏系统雷击故障率40%以上，年减少经济损失超12亿元。它不仅规范SPD产业发展，更通过明确技术要求，提升光伏系统可靠性，为大型地面电站、分布式光伏等场景提供安全保障，助力新型电力系统稳定运行。02、1500V系统如何适配？深度剖析标准核心的使用条件与边界划分电压适配核心：1500V直流系统的参数匹配原则标准明确适用额定电压不超过1500V的光伏直流系统，SPD最大持续工作电压（Uc）需满足1.2倍系统开路电压（Voc_max）要求，如1000V系统需选1200VDC-SPD。这是因光伏直流侧无过零点，电压持续稳定，Uc不足易导致SPD劣化短路，此要求为系统电压适配的核心底线，直接关联设备安全。（二）环境边界：海拔与温湿度的适应性规范A标准对使用环境明确界定：气压适应海拔对应的气压范围，温度需覆盖光伏电站极端工况，-40℃至+85℃为典型区间，湿度则要求在40℃时不超过90%。这是因高海拔低气压会降低绝缘性能，极端温湿度影响SPD非线性元件特性，此规范确保SPD在不同地域光伏电站均能稳定工作。B（三）适用范围界定：明确包含与排除的关键场景1标准适用于光伏系统直流侧及逆变器直流侧SPD，含雷电及瞬态过电压防护的固定式设备。明确排除储能光伏系统SPD、带特殊串联阻抗的二端口SPD及移动式SPD。此划分避免标准滥用，如储能系统的充放电特性与光伏不同，需专项规范，确保标准针对性与权威性。2、SPD分类藏玄机？从试验等级到失效模式的标准全维度解析按试验等级分类：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类试验的差异与适用场景1标准将SPD按试验等级分为三类：Ⅰ类针对直击雷防护，用10/350μs波形测试，适用于电站入口；Ⅱ类为间接雷防护，8/20μs波形，用于汇流箱；Ⅲ类面向设备端，1kV/μs组合波，适配逆变器。不同等级对应不同通流容量与残压要求，如Ⅰ类通流需≥50kA，Ⅱ类≥40kA，明确分类助于精准选型。2（二）按脱离器特性分类：保障安全的关键设计依据1标准按脱离器分为带过电流保护与无过电流保护两类。光伏SPD因直流电弧难熄灭，劣化易短路，带脱离器的SPD需联动直流断路器，在故障时快速分断。标准要求脱离器动作时间≤20ms，确保故障时迅速切断回路，避免火灾等事故，此分类为SPD安全设计的核心指引。2（三）按失效模式分类：提前预判风险的技术支撑标准界定SPD两种失效模式：短路失效与开路失效。短路失效需通过脱离器强制分断，开路失效则需具备遥信报警功能。直流SPD短路失效风险更高，标准要求其通过1000次循环冲击测试（8/20μs，0.1J/次）验证抗失效能力，为风险预判与防护设计提供依据。、电气性能是核心？直击光伏SPD电压与电流参数的硬性指标电压参数：残压与Uc的双重硬性约束标准明确两项关键电压指标：残压（Up）需≤1.5kV，确保设备免受过电压冲击；Uc需匹配系统电压，且在1.1倍Uc下持续运行无异常。如1500V系统SPD的Uc≥1800V，Up≤1.5kV，这是因光伏组件串联后电压波动大，Uc不足会导致SPD提前动作，缩短寿命。（二）电流参数：通流容量与耐受能力的量化要求通流容量是核心电流指标，Ⅰ类SPD最大放电电流（Imax）≥50kA，Ⅱ类≥40kA，Ⅲ类≥20kA。标准还要求SPD承受10次额定通流冲击后，残压变化率≤10%。此外，短路电流（Isc）测试需满足系统最大短路电流要求，确保故障时不损坏，量化指标为性能验证提供依据。12（三）绝缘性能：避免漏电与击穿的基础保障标准要求SPD在2倍Uc下绝缘电阻≥100MΩ,工频耐压试验1min无击穿。光伏系统露天运行，潮湿环境易降低绝缘性能，此要求确保SPD在恶劣条件下不漏电，避免组件或逆变器损坏。绝缘性能测试为SPD出厂必检项目，是设备安全的基础屏障。、环境耐受性如何保障？解读标准中的机械与环境适应性要求机械性能：结构稳定与安装适配的技术规范01标准对机械性能的要求包括：外壳防护等级不低于IP20，汇流箱内置SPD需达IP65；接线端子拉力≥100N，防松动。光伏电站多风沙、振动环境，IP65防护可防沙尘雨水侵入，强拉力端子确保长期运行接线牢固，机械性能要求直接关联SPD安装可靠性。02（二）高低温适应性：极端气候下的稳定运行保障01标准规定SPD需在-40℃至+85℃范围内正常工作，高低温循环试验（-40℃与+85℃各保持4h，循环5次）后，电气参数变化率≤10%。我国北方冬季严寒、西部夏季高温，此要求确保SPD在极端气候下不失效，如新疆光伏电站冬季温度常低于-30℃,SPD需满足低温启动性能。02（三）耐腐蚀性：特殊场景的专项适配要求01针对沿海、盐碱地光伏电站，标准要求SPD外壳采用304不锈钢或防腐涂层，盐雾试验（5%氯化钠溶液，连续96h）后无锈蚀。水面光伏等场景湿度大、盐分高，腐蚀性强，防腐要求可延长SPD使用寿命，避免因外壳锈蚀导致绝缘失效，提升特殊场景适配性。02、型式试验过不了怎么办？标准框架下的全流程试验方案指南试验总则：型式试验的核心原则与样本要求标准规定型式试验为强制性试验，需由具备资质的第三方机构执行，样本数量≥5台，且为批量生产的代表性产品。试验需遵循“全项目覆盖”原则，涵盖电气、机械、环境等所有指标，不合格则需整改后重新送检，确保SPD批量质量与标准一致性。12（二）电气试验流程：从参数测试到故障模拟的全环节验证1电气试验按“常规参数→冲击耐受→失效模拟”流程进行：先测Uc、Up等基础参数；再进行1000次循环冲击测试；最后模拟短路失效，验证脱离器动作性能。试验时序需符合标准要求，如Ⅰ类试验先做10/350μs冲击，再测残压，确保试验科学性与准确性。2（三）环境试验方案：模拟极端工况的可靠性验证1环境试验包括高低温循环、盐雾、湿热等项目。湿热试验需在40℃、90%湿度下持续10天，试验后绝缘电阻≥10MΩ。该试验模拟南方梅雨季节环境，验证SPD在高湿条件下的稳定性，为不同地域光伏电站SPD选型提供试验依据，确保应用可靠性。2、量产质量如何把控？例行试验与验收试验的标准执行要点例行试验：出厂必检的关键质量关口标准要求SPD出厂前100%进行例行试验，项目包括绝缘电阻测试(≥100MΩ)、外观检查（无破损、标志清晰）及通流能力抽测（每批次抽5%）。例行试验由企业自检，需留存记录至少3年，这是把控量产质量的第一道关口，避免不合格产品流入市场。12（二）验收试验：工程应用的最终质量保障验收试验由建设方或监理方执行，依据标准核查三项核心内容：SPD型号与系统电压匹配性、试验报告完整性（型式试验与例行试验）、安装符合性（如脱离器与断路器联动）。验收不合格的SPD需退场更换，验收记录作为电站竣工必备资料，确保工程应用质量。（三）试验记录管理：可追溯的质量管控体系标准要求试验记录包含产品型号、批次、试验数据、操作人员等信息，型式试验记录需永久留存，例行与验收试验记录留存≥5年。这建立了全生命周期质量追溯体系，便于后期故障分析与责任界定，如某电站SPD失效，可通过记录追溯是否为产品质量问题。、特殊设计有规范吗？附加要求与试验的专家深度解读多极SPD设计：直流系统的专项适配规范光伏直流系统常采用多极SPD防护，标准要求多极SPD各极残压偏差≤5%，避免电位差导致设备损坏。多极SPD需采用同步脱离设计，确保某一极故障时其他极同步分断，防止单极失效引发系统过电压。此规范解决了多极SPD设计的核心技术难题。12（二）遥信功能设计：智能化运维的技术支撑标准鼓励SPD增加遥信功能，实时监测工作状态，故障时发送报警信号。对于大型光伏电站，遥信SPD可接入电站监控系统，实现远程运维，减少人工巡检成本。标准要求遥信响应时间≤1s，确保故障信息及时传递，适配光伏运维智能化趋势。（三）特殊环境SPD设计：高温与高海拔的附加试验针对高温地区，标准要求SPD进行+120℃高温老化试验（持续1000h），电气参数变化率≤15%；高海拔地区则需进行低气压试验（模拟5000m海拔），绝缘性能无下降。这些附加要求与试验，确保SPD在特殊环境下的适配性，拓展标准应用范围。、新旧标准如何衔接？结合IEC61643-31的技术传承与创新分析与GB/T18802.1的衔接：通用标准与专项标准的互补GB/T18802.1为低压SPD通用标准，本标准为光伏专项标准，二者衔接核心是“通用基础+专项强化”。如通用标准的绝缘要求为基础，本标准强化直流特性要求；通用标准试验波形适用于交流，本标准针对性增加直流冲击波形，确保技术体系连贯。（二）与IEC61643-31的衔接：等同采用与国情优化的平衡01本标准等同采用IEC61643-31:2018，核心技术指标完全一致，如通流容量、试验方法等，确保国际互认。同时结合我国光伏发展特点，优化两项要求：一是将Uc适配范围扩展至1500V（国际标准为1000V），二是增加盐雾试验专项要求，实现国际标准本土化落地。02（三）新旧标准过渡：已建电站的整改与新建电站的规范标准实施后，已建电站SPD需在3年内完成排查，不符合者更换；新建电站必须采用符合本标准的产品。过渡期间，允许采用“老站改造优先关键节点”原则，如先更换汇流箱与逆变器侧SPD，降低整改成本。过渡方案兼顾安全性与经济性，推动标准平稳落地。、未来应用怎么走？基于标准的光伏SPD发展趋势与落地建议技术发展趋势：智能化与高可靠性的双重突破结合标准要求与行业趋势，光伏SPD将向两方向发展：一是智能化，集成物联网模块，实现故障预警与远程监控；二是高可靠性，采用新型纳米材料，提