防雷技术在船闸机电设备保护中的应用

甘小为

[摘    要]近年来，我国已进入信息化时代，给水上经济带来巨大的发展空间，而船闸机电设备作为港口设备的重要环节，对整个港口正常运行具有非常重要的作用。但从目前港口实际情况来看，船闸机电设备很容易受到雷电自然灾害的影响，给船闸带来不同程度的损坏，甚至会给船闸工作人员生命带来严重威胁。因此，应加强对船闸机电设备的保护力度，将最先进的防雷技术应用到船闸机电设备的保护工作中，来确保船闸电机设备的安全性和稳定性。基于此，文章以广西右江那吉船闸为主要研究对象，结合现有船闸机电设备遭到雷击的实际案例，确定船闸防雷方案的整体内容，并结合现场实际情况制定船闸雷击防护方案，避免船闸机电设备受到雷击的影响。

[关键词]防雷技术;船闸;机电设备;应用

[中图分类号]TM73 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）05–00–03

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

雷電是目前最常见的自然现象，是由于雷云对地面建筑释放大量电压所导致。在正常情况下，雷云所释放的电压能达到300kV，电流超过200kA，雷电流具有较大强度，能在短时间内出现各种变化，且在释放期间会释放大量能量，使周围建筑物和人员造成严重伤亡，甚至引起重大的安全事故。而船闸作为水上交通的重要场所，是确保船舶顺利通过有水位落差航道所建立的水上建筑物，一旦遇到雷击现象，很容易引起爆炸事故和火灾事故，从而给现场人员和港口造成严重经济损失，所以防雷是船闸区域最为重要的安全措施。通常雷电对船闸机电设备的危害性主要包括雷电波侵入、直击雷、雷电感应等，其破坏力主要表现在放电时会产生大量的效应，如机械效应、热效应、电磁效应、电效应等。为避免船闸受到雷击给人身安全和财产安全带来严重损失，必须要利用合理的防雷措施进行预防。而机电设备作为船闸最重要的环节，一旦遭到外界雷击影响，很容易给船闸机电设备正常运行带来严重的安全隐患，甚至会影响到附近船舶顺利通行。为避免雷击给船闸机电设备造成破坏，本文以广西右江那吉船闸为主要研究对象，通过阐述现有船闸机电设备遭到雷击的实际案例，来确定船闸防雷方案的整体内容，结合现场实际情况来制定船闸雷击防护方案，避免船闸机电设备受到雷击自然因素的

影响。

1 广西右江那吉船闸基本概况

在当代综合交通运输体系背景下，航运因其低成本和绿色低碳等优势，仍在区域经济社会发展中发挥着重要的基礎性保障性作用。船闸是内河航道网的关键节点，也是交通港航机构为广大船民提供公共服务的重要窗口，船舶过闸效率直接关系到航道网畅通，影响经济运行和稳定。目前，广西内河主航线已经成为国内出海运输里程较短、运输便捷的对外水运通道。作为内河主航道的西江及与之连接的右江，更是被誉为西南直达粤港澳的黄金水道。然而，长期以来上宽下窄的“喇叭状”，制约了这条西南水上出海命脉的畅通，其中右江航道通航能力仅为120t，西南地区出海及运往粤港澳的很多大宗货物无法就近在百色船运，只能先从陆路运到南宁或贵港，再装卸上船到粤港澳出海，运输成本较高[1]。那吉航运枢纽的通航，结合配套航道整治，使右江航道从现在的六级提高到四级，船舶吨位提高，运输量加大，运营成本进一步降低，将从根本上解决西江流域珠江三角洲地区水运物资的交流“瓶颈”，进一步改善华南地区交通运输网络，对煤、水泥、糖、木材等原料的南运无疑是一大利好，既方便又省运费。

2 船闸防雷方案总体思路

船闸建筑物雷电防护属于一项系统性工程，在开展防雷工作时，要从船闸机电设备系统设计着手，采用大量稳定性较强的器材，选择科学的工程安装方式，来确保船闸机电设备系统设计能达到预期效果。同时，船闸防雷工程根据防范对象不同可分为防感应雷和防直击雷两个方面。船闸直击雷防护系统主要包括接闪器、接地网、引下线等环节，通过构建该系统来准确掌握雷电闪击点，避免建筑物外表面和内在受到雷电的直接损害;而船闸感应雷防御系统由电涌保护器、电磁屏蔽、等电位联接等环节组成，用来保护很容易受到直击雷袭击的系统，该防护系统主要有两方面的作用：①降低被雷击时的冲击电位差和雷击电磁感应强度;②限制雷击通过金属传导线传输到机电设备系统内，让整个机房承受雷击的损害。因此，在设计船闸防雷工程系统时，应严格遵循因地制宜的原则，结合现场情况构建相应的防护系统，如果在复杂环节下设计机电系统防雷工程，可将感应雷防护系统和直击雷防护系统有效结合，确保整个防雷工程能达到预期效果[2]。

3 船闸整体防雷工程要素

防雷系统质量和船闸机电设备防雷能力有直接关系。因此，在船闸中设计机电设备防雷保护系统时，要从不同方面来考虑到防雷系统多样化要素，才能充分发挥防雷系统的作用，全面保护船闸电机设备。在正常情况下，船闸机电设备防雷系统要素为：①准确捕捉雷电闪击，可结合船闸实际情况将避雷针安装在船闸铁塔顶部，来引导雷电能通过提前设计好的路线排泄到地面，避免相关机电设备受到损坏;②要合理屏蔽电磁波，可通过利用钢架混凝土墙体结构和船闸建筑物的屏蔽等设施，来降低由于雷击因素所产生的电磁脉冲，当出现巨大电磁脉冲时很容易出现磁场效应，该效应会给机电设备中的芯片带来严重影响，有效屏边电磁波干扰，能减少船闸机电设备的损坏率;③提高雷电流输出安全性，工作人员可总结以往雷电因素给机电设备带来的影响，在地网和避雷针间构建科学的放电通道，且利用专业引下线和塔体来将所有雷电电流安全引导到指定位置，从而确保雷电流输送的安全性;④避免雷电波给通信电缆、电力电缆带来严重损害，要加强电涌保护器和电位联接的重视程度，通过合理方式来利用这两种机电设备，并在机房通道口建立大量线路，来拦截雷电能量，确保将雷电电流控制在机房机电设备可承受范围内;⑤顺利释放雷电能量，可利用功能性较强的地接网来加快雷电能力泄放速度，且尽可能减少雷电流的落地点位差异性和电位反击能量，进而保证雷电能量能正常释放;⑥避免地网和金属导体间存在电网差的问题，可利用等电位、共线连接、地网均压环等方式来避免出现电位差现象，来降低雷电对船闸机电设备的危害性，帮助船闸机电设备能顺利进行[3]。

4 防雷技术在船闸机电设备保护中的应用

在船闸机电设备防雷保护过程中，通常是利用接地装置为重要载体来开展防雷设计工作。雷电防护属于长期性工程，需要工作人员从不同方面进行科学治理，如在保护船闸机电设备时，要结合船闸机电设备不同情况和雷电不同形式采用科学的防雷措施，从而进一步提升船闸机电设备的防雷能力[4]。

4.1 感应雷防护技术的应用

当云层和云层产生碰撞或者出现直击雷时，会形成较强的电磁感应和静态作用，从而给地面带来强劲的电压和电磁脉冲辐射，其利用金属导体和导线输送到船闸机电设备内，给船闸机电设备零件带来不同程度的损坏，甚至给工作人员生命安全带来严重威胁。同时，雷电通常是利用感应雷的方式来大肆破坏机电设备零件，如果只采用避雷针防雷设备根本无法达到预期的防感应雷效果，所以可根据实际情况采用电位连接方式来进行防雷处理，能有效提高机电设备防雷效果，或者可安装大量接地线来进行感应雷防护工作。由于感应雷主要是利用场和路等方式来损坏船闸机电设备，这里的路是指电流流通的渠道，主要包括电源线路、信号线路、金属管道等设备;场表示由于大量雷电聚集所形成的电场，该种电场是利用电场辐射和感应来影响船闸机电设备。因此，在设计船闸机电设备防雷系统过程中，要从电场和线路通道两个方面来分析，针对通过路来破坏船闸机电设备的雷电流，可采用SPD保护器来拦截雷电电流;而对于利用场所造成的损坏可在船闸机电设备上安装大量SPD保护器，来将大量感应电流进行分流处理，还要使用严格的屏蔽方式来避免电磁波给船闸机电设备带来二次伤害[5]。在正常情况下，屏蔽措施全部在建筑物设计和施工阶段进行，一旦建筑物竣工后，想要构建屏蔽措施难度较大。根据统计发现，有一半以上的感应雷都是由于电流系统所引入，所以在船闸机电设备防雷工作中要加强对电源系统的重视程度，利用二级SPD保护器来确保机房内基础用电设施不受到雷电影响，其他重要机电设备则要利用三级SPD保护器来进行保护，对于弱电线路只要对网线长度超过30m的交换机端口进行保护。

4.2 直击雷防护技术的应用

直击雷是目前最常见的雷电方式，很容易导致船闸机电设备出现损害或者人员出現严重伤害。因此，想要加强对船闸机电设备的保护工作，就必须要提高对直击雷防护技术的重视程度，进一步对直击雷防护技术的研究工作，有利于在出现直击雷时，能降低直击雷对船闸机电设备的损害程度，确保机电设备能顺利实施。例如：在2019年某港口出现严重的直接雷现象，幸好工作人员提前在港口各点堆放大量防直击雷设备，有效降低了直击雷给机电设备所造成的影响。

4.3 不断完善接地系统

接地作为整个船闸机电设备防雷的重要环节，在确保防雷工作顺利进行过程中占据至关重要的位置。目前，在船闸机电设备接地保护过程中，最常见的方式是在地下0.6～0.8 m位置埋设大量水平接地体和垂直接地体，接地体和地面能实现零接触，来有效降低其接触电阻，可使用地面电位、等点位连接方式来减少电位系数，从而避免电压过高给船闸机电设备带来反击破坏。因此，在设计船闸机电设备防雷系统时，要结合实际情况优化接地系统，有利于充分发挥接地系统的应用价值，确保船闸机电设备防雷能达到预期效果。

4.4 合理选择避雷器

在选择避雷器过程中，要严格遵循下面几种原则：①要根据国家防雷标准，选择合适的避雷器;②当保护装置安装到船闸机电系统后，要实时动态监督电源系统和信号系统，来确保电源系统和信号系统能正常运行;③不同种类的保护装置应具有较强的防护效果;④要尽可能降低不同方面保护元件安装连接线的长度，确保纵向并联电路能正确运行。同时，在系统运行过程中，要保证各种保护装置电流传输的稳定性，避免保护装置在运行阶段出现设备老化的问题，让系统能发挥其应有作用;⑤为进一步延伸保护装置运行期限，可将故障报警器安装在系统内部，一旦保护装置出现任何问题，会在第一时间触发故障警报，提醒工作人员及时更换保护装置。经过上述步骤，通过结合实际情况，选择科学的避雷器，明显提高了船闸机电设备的运行效果和安全性。

4.5 安装浪涌保护器

通过分析船闸机电设备运行情况可知，利用科学的防雷技术能起到较好的防护效果，有效提高船闸机电设备的稳定性和安全性，给船舶顺利通过打下基础。同时，随着防雷技术应用范围不断拓展，能明显降低外界雷击对船闸机电设备运行的负面影响，对工作人员来说，要充分考虑到船闸机电设备的运行特点和周围环境，根据实际情况采用对应的防雷技术，在加强船闸机电设备防雷效果情况下，能延伸不同部位机电设备的运行期限。另外，根据电源系统浪涌保护器的运行情况来看，要使用截面积超过16 m2的多股铜线为基础，来进行相互连接，从而提高电源系统浪涌保护器的安全性。并且要提高对浪涌保护器接地引线长度的控制力度，在正常情况下浪涌保护器接地引线长度要低于0.5 m，且要确保地线排和接地引线连接的稳定性，利用螺栓在连接处安装梅花垫，再利用工具将其拧紧，从而提高连接处的稳定性。

5 结语

通过对船闸机电设备防雷技术的具体应用进行规范性的分析，例如明确设计要素、感应雷击防护技术、合理选择避雷器等技术能明显提高船闸机电设备的运行效率。基于此，以广西右江那吉船闸为主要研究对象，通过阐述现有船闸机电设备遭到雷击的实际案例，来确定船闸防雷方案的整体内容，结合现场实际情况来制定船闸雷击防护方案，避免船闸机电设备受到雷击自然因素的影响。

参考文献

[1] 薛志荣.电网侧电池储能电站监控与调度管理系统——评《电池储能电站设计实用技术》[J].电池，2021，51（1）：3-4.

[2] 任华，马凝芳，赵淳，等.新型500 kV输电线路并联间隙在高海拔条件下的选型与防雷效果[J].南方电网技术，2021，15（3）：83-91.

[3] 李瑾.基于Census变换的智能型防雷接地设备缺陷可视化系统设计[J].电子设计工程，2022，30（4）：165-169.

[4] 马思睿，刘家祥，田雨润.基层气象部门防雷安全监管工作分析——以延边朝鲜族自治州为例[J].黑龙江科学，2022，13（2）：162-164.

[5] 张永生.建筑电气安装中防雷接地施工技术与注意事项的探讨[J].电脑高手（电子刊），2021（1）：1151-1152.