防雷技術在船閘機電設備保護中的應用

 　　[摘 要]近年來，我國已進入信息化時代，給水上經濟帶來巨大的發展空間，而船閘機電設備作為港口設備的重要環節，對整個港口正常運行具有非常重要的作用。但從目前港口實際情況來看，船閘機電設備很容易受到雷電自然災害的影響，給船閘帶來不同程度的損壞，甚至會給船閘工作人員生命帶來嚴重威脅。因此，應加強對船閘機電設備的保護力度，將最先進的防雷技術應用到船閘機電設備的保護工作中，來確保船閘電機設備的安全性和穩定性�；�于此，文章以廣西右江那吉船閘為主要研究對象，結合現有船閘機電設備遭到雷擊的實際案例，確定船閘防雷方案的整體內容，并結合現場實際情況制定船閘雷擊防護方案，避免船閘機電設備受到雷擊的影響。

　　[關鍵詞]防雷技術;船閘;機電設備;應用

　　[中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487(2022)05–00–03

　　《甘肅科技》本刊被列入“中國期刊方陣雙效期刊”和部級火炬計劃項目“中國學術期刊綜合評價數據庫”來源期刊，且是“中國學術期刊(光盤版)”和“中文科技期刊數據庫(全文版)”的全文收錄期刊。

　　Application of Lightning Protection Technology in the Protection

　　of Ship Lock Electromechanical Equipment

　　Gan xiao-wei

　　[Abstract]In recent years， China has entered the information age， bringing huge development space to the water economy， and the lock mechanical and electrical equipment， as an important link of port equipment， has a very important role in the normal operation of the whole port.However， from the actual situation of the port， the mechanical and electrical equipment of the lock is easy to be affected by the lightning natural disasters， bringing varying degrees of damage to the lock， and even posing a serious threat to the life of the lock staff.Therefore， the government departments should strengthen the protection of the mechanical and electrical equipment of the lock， and apply the most advanced lightning protection technology to the protection of the lock mechanical and electrical equipment to ensure the safety and stability of the lock motor equipment.Based on this， this paper takes the Guangxi Youjiang Naji lock as the main research object， by explaining the actual case of the existing lock mechanical and electrical equipment by lightning， to determine the overall content of the lock lightning protection scheme， combined with the actual situation to develop the lock lightning protection scheme， to avoid the lock mechanical and electrical equipment by lightning natural factors.

　　[Keywords]lightning protection technology; ship lock; mechanical and electrical equipment; application

　　雷電是目前最常見的自然現象，是由于雷云對地面建筑釋放大量電壓所導致。在正常情況下，雷云所釋放的電壓能達到300kV，電流超過200kA，雷電流具有較大強度，能在短時間內出現各種變化，且在釋放期間會釋放大量能量，使周圍建筑物和人員造成嚴重傷亡，甚至引起重大的安全事故。而船閘作為水上交通的重要場所，是確保船舶順利通過有水位落差航道所建立的水上建筑物，一旦遇到雷擊現象，很容易引起爆炸事故和火災事故，從而給現場人員和港口造成嚴重經濟損失，所以防雷是船閘區域最為重要的安全措施。通常雷電對船閘機電設備的危害性主要包括雷電波侵入、直擊雷、雷電感應等，其破壞力主要表現在放電時會產生大量的效應，如機械效應、熱效應、電磁效應、電效應等。為避免船閘受到雷擊給人身安全和財產安全帶來嚴重損失，必須要利用合理的防雷措施進行預防。而機電設備作為船閘最重要的環節，一旦遭到外界雷擊影響，很容易給船閘機電設備正常運行帶來嚴重的安全隱患，甚至會影響到附近船舶順利通行。為避免雷擊給船閘機電設備造成破壞，本文以廣西右江那吉船閘為主要研究對象，通過闡述現有船閘機電設備遭到雷擊的實際案例，來確定船閘防雷方案的整體內容，結合現場實際情況來制定船閘雷擊防護方案，避免船閘機電設備受到雷擊自然因素的

　　影響。

　　1 廣西右江那吉船閘基本概況

　　在當代綜合交通運輸體系背景下，航運因其低成本和綠色低碳等優勢，仍在區域經濟社會發展中發揮著重要的基礎性保障性作用。船閘是內河航道網的關鍵節點，也是交通港航機構為廣大船民提供公共服務的重要窗口，船舶過閘效率直接關系到航道網暢通，影響經濟運行和穩定。目前，廣西內河主航線已經成為國內出海運輸里程較短、運輸便捷的對外水運通道。作為內河主航道的西江及與之連接的右江，更是被譽為西南直達粵港澳的黃金水道。然而，長期以來上寬下窄的“喇叭狀”，制約了這條西南水上出海命脈的暢通，其中右江航道通航能力僅為120t，西南地區出海及運往粵港澳的很多大宗貨物無法就近在百色船運，只能先從陸路運到南寧或貴港，再裝卸上船到粵港澳出海，運輸成本較高[1]。那吉航運樞紐的通航，結合配套航道整治，使右江航道從現在的六級提高到四級，船舶噸位提高，運輸量加大，運營成本進一步降低，將從根本上解決西江流域珠江三角洲地區水運物資的交流“瓶頸”，進一步改善華南地區交通運輸網絡，對煤、水泥、糖、木材等原料的南運無疑是一大利好，既方便又省運費。

　　2 船閘防雷方案總體思路

　　船閘建筑物雷電防護屬于一項系統性工程，在開展防雷工作時，要從船閘機電設備系統設計著手，采用大量穩定性較強的器材，選擇科學的工程安裝方式，來確保船閘機電設備系統設計能達到預期效果。同時，船閘防雷工程根據防范對象不同可分為防感應雷和防直擊雷兩個方面。船閘直擊雷防護系統主要包括接閃器、接地網、引下線等環節，通過構建該系統來準確掌握雷電閃擊點，避免建筑物外表面和內在受到雷電的直接損害;而船閘感應雷防御系統由電涌保護器、電磁屏蔽、等電位聯接等環節組成，用來保護很容易受到直擊雷襲擊的系統，該防護系統主要有兩方面的作用：①降低被雷擊時的沖擊電位差和雷擊電磁感應強度;②限制雷擊通過金屬傳導線傳輸到機電設備系統內，讓整個機房承受雷擊的損害。因此，在設計船閘防雷工程系統時，應嚴格遵循因地制宜的原則，結合現場情況構建相應的防護系統，如果在復雜環節下設計機電系統防雷工程，可將感應雷防護系統和直擊雷防護系統有效結合，確保整個防雷工程能達到預期效果[2]。

　　3 船閘整體防雷工程要素

　　防雷系統質量和船閘機電設備防雷能力有直接關系。因此，在船閘中設計機電設備防雷保護系統時，要從不同方面來考慮到防雷系統多樣化要素，才能充分發揮防雷系統的作用，全面保護船閘電機設備。在正常情況下，船閘機電設備防雷系統要素為：①準確捕捉雷電閃擊，可結合船閘實際情況將避雷針安裝在船閘鐵塔頂部，來引導雷電能通過提前設計好的路線排泄到地面，避免相關機電設備受到損壞;②要合理屏蔽電磁波，可通過利用鋼架混凝土墻體結構和船閘建筑物的屏蔽等設施，來降低由于雷擊因素所產生的電磁脈沖，當出現巨大電磁脈沖時很容易出現磁場效應，該效應會給機電設備中的芯片帶來嚴重影響，有效屏邊電磁波干擾，能減少船閘機電設備的損壞率;③提高雷電流輸出安全性，工作人員可總結以往雷電因素給機電設備帶來的影響，在地網和避雷針間構建科學的放電通道，且利用專業引下線和塔體來將所有雷電電流安全引導到指定位置，從而確保雷電流輸送的安全性;④避免雷電波給通信電纜、電力電纜帶來嚴重損害，要加強電涌保護器和電位聯接的重視程度，通過合理方式來利用這兩種機電設備，并在機房通道口建立大量線路，來攔截雷電能量，確保將雷電電流控制在機房機電設備可承受范圍內;⑤順利釋放雷電能量，可利用功能性較強的地接網來加快雷電能力泄放速度，且盡可能減少雷電流的落地點位差異性和電位反擊能量，進而保證雷電能量能正常釋放;⑥避免地網和金屬導體間存在電網差的問題，可利用等電位、共線連接、地網均壓環等方式來避免出現電位差現象，來降低雷電對船閘機電設備的危害性，幫助船閘機電設備能順利進行[3]。

　　4 防雷技術在船閘機電設備保護中的應用

　　在船閘機電設備防雷保護過程中，通常是利用接地裝置為重要載體來開展防雷設計工作。雷電防護屬于長期性工程，需要工作人員從不同方面進行科學治理，如在保護船閘機電設備時，要結合船閘機電設備不同情況和雷電不同形式采用科學的防雷措施，從而進一步提升船閘機電設備的防雷能力[4]。

　　4.1 感應雷防護技術的應用

　　當云層和云層產生碰撞或者出現直擊雷時，會形成較強的電磁感應和靜態作用，從而給地面帶來強勁的電壓和電磁脈沖輻射，其利用金屬導體和導線輸送到船閘機電設備內，給船閘機電設備零件帶來不同程度的損壞，甚至給工作人員生命安全帶來嚴重威脅。同時，雷電通常是利用感應雷的方式來大肆破壞機電設備零件，如果只采用避雷針防雷設備根本無法達到預期的防感應雷效果，所以可根據實際情況采用電位連接方式來進行防雷處理，能有效提高機電設備防雷效果，或者可安裝大量接地線來進行感應雷防護工作。由于感應雷主要是利用場和路等方式來損壞船閘機電設備，這里的路是指電流流通的渠道，主要包括電源線路、信號線路、金屬管道等設備;場表示由于大量雷電聚集所形成的電場，該種電場是利用電場輻射和感應來影響船閘機電設備。因此，在設計船閘機電設備防雷系統過程中，要從電場和線路通道兩個方面來分析，針對通過路來破壞船閘機電設備的雷電流，可采用SPD保護器來攔截雷電電流;而對于利用場所造成的損壞可在船閘機電設備上安裝大量SPD保護器，來將大量感應電流進行分流處理，還要使用嚴格的屏蔽方式來避免電磁波給船閘機電設備帶來二次傷害[5]。在正常情況下，屏蔽措施全部在建筑物設計和施工階段進行，一旦建筑物竣工后，想要構建屏蔽措施難度較大。根據統計發現，有一半以上的感應雷都是由于電流系統所引入，所以在船閘機電設備防雷工作中要加強對電源系統的重視程度，利用二級SPD保護器來確保機房內基礎用電設施不受到雷電影響，其他重要機電設備則要利用三級SPD保護器來進行保護，對于弱電線路只要對網線長度超過30m的交換機端口進行保護。

　　4.2 直擊雷防護技術的應用

　　直擊雷是目前最常見的雷電方式，很容易導致船閘機電設備出現損害或者人員出現嚴重傷害。因此，想要加強對船閘機電設備的保護工作，就必須要提高對直擊雷防護技術的重視程度，進一步對直擊雷防護技術的研究工作，有利于在出現直擊雷時，能降低直擊雷對船閘機電設備的損害程度，確保機電設備能順利實施。例如：在2019年某港口出現嚴重的直接雷現象，幸好工作人員提前在港口各點堆放大量防直擊雷設備，有效降低了直擊雷給機電設備所造成的影響。

　　4.3 不斷完善接地系統

　　接地作為整個船閘機電設備防雷的重要環節，在確保防雷工作順利進行過程中占據至關重要的位置。目前，在船閘機電設備接地保護過程中，最常見的方式是在地下0.6～0.8 m位置埋設大量水平接地體和垂直接地體，接地體和地面能實現零接觸，來有效降低其接觸電阻，可使用地面電位、等點位連接方式來減少電位系數，從而避免電壓過高給船閘機電設備帶來反擊破壞。因此，在設計船閘機電設備防雷系統時，要結合實際情況優化接地系統，有利于充分發揮接地系統的應用價值，確保船閘機電設備防雷能達到預期效果。

　　4.4 合理選擇避雷器

　　在選擇避雷器過程中，要嚴格遵循下面幾種原則：①要根據國家防雷標準，選擇合適的避雷器;②當保護裝置安裝到船閘機電系統后，要實時動態監督電源系統和信號系統，來確保電源系統和信號系統能正常運行;③不同種類的保護裝置應具有較強的防護效果;④要盡可能降低不同方面保護元件安裝連接線的長度，確�？v向并聯電路能正確運行。同時，在系統運行過程中，要保證各種保護裝置電流傳輸的穩定性，避免保護裝置在運行階段出現設備老化的問題，讓系統能發揮其應有作用;⑤為進一步延伸保護裝置運行期限，可將故障報警器安裝在系統內部，一旦保護裝置出現任何問題，會在第一時間觸發故障警報，提醒工作人員及時更換保護裝置。經過上述步驟，通過結合實際情況，選擇科學的避雷器，明顯提高了船閘機電設備的運行效果和安全性。

　　4.5 安裝浪涌保護器

　　通過分析船閘機電設備運行情況可知，利用科學的防雷技術能起到較好的防護效果，有效提高船閘機電設備的穩定性和安全性，給船舶順利通過打下基礎。同時，隨著防雷技術應用范圍不斷拓展，能明顯降低外界雷擊對船閘機電設備運行的負面影響，對工作人員來說，要充分考慮到船閘機電設備的運行特點和周圍環境，根據實際情況采用對應的防雷技術，在加強船閘機電設備防雷效果情況下，能延伸不同部位機電設備的運行期限。另外，根據電源系統浪涌保護器的運行情況來看，要使用截面積超過16 m2的多股銅線為基礎，來進行相互連接，從而提高電源系統浪涌保護器的安全性。并且要提高對浪涌保護器接地引線長度的控制力度，在正常情況下浪涌保護器接地引線長度要低于0.5 m，且要確保地線排和接地引線連接的穩定性，利用螺栓在連接處安裝梅花墊，再利用工具將其擰緊，從而提高連接處的穩定性。

　　5 結語

　　通過對船閘機電設備防雷技術的具體應用進行規范性的分析，例如明確設計要素、感應雷擊防護技術、合理選擇避雷器等技術能明顯提高船閘機電設備的運行效率�；�于此，以廣西右江那吉船閘為主要研究對象，通過闡述現有船閘機電設備遭到雷擊的實際案例，來確定船閘防雷方案的整體內容，結合現場實際情況來制定船閘雷擊防護方案，避免船閘機電設備受到雷擊自然因素的影響。

　　參考文獻

　　[1] 薛志榮.電網側電池儲能電站監控與調度管理系統——評《電池儲能電站設計實用技術》[J].電池，2021，51(1)：3-4.

　　[2] 任華，馬凝芳，趙淳，等.新型500 kV輸電線路并聯間隙在高海拔條件下的選型與防雷效果[J].南方電網技術，2021，15(3)：83-91.

　　[3] 李瑾.基于Census變換的智能型防雷接地設備缺陷可視化系統設計[J].電子設計工程，2022，30(4)：165-169.

　　[4] 馬思睿，劉家祥，田雨潤.基層氣象部門防雷安全監管工作分析——以延邊朝鮮族自治州為例[J].黑龍江科學，2022，13(2)：162-164.

　　[5] 張永生.建筑電氣安裝中防雷接地施工技術與注意事項的探討[J].電腦高手(電子刊)，2021(1)：1151-1152.

《防雷技術在船閘機電設備保護中的應用》

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