甘小為

[摘 ? ?要]近年來，我國已進入信息化時代，給水上經(jīng)濟帶來巨大的發(fā)展空間，而船閘機電設(shè)備作為港口設(shè)備的重要環(huán)節(jié)，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(shè)備很容易受到雷電自然災(zāi)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(yīng)加強對船閘機電設(shè)備的保護力度，將最先進的防雷技術(shù)應(yīng)用到船閘機電設(shè)備的保護工作中，來確保船閘電機設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性?；诖?，文章以廣西右江那吉船閘為主要研究對象，結(jié)合現(xiàn)有船閘機電設(shè)備遭到雷擊的實際案例，確定船閘防雷方案的整體內(nèi)容，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況制定船閘雷擊防護方案，避免船閘機電設(shè)備受到雷擊的影響。

[關(guān)鍵詞]防雷技術(shù);船閘;機電設(shè)備;應(yīng)用

[中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]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

雷電是目前最常見的自然現(xiàn)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(nèi)出現(xiàn)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(xiàn)象，很容易引起爆炸事故和火災(zāi)事故，從而給現(xiàn)場人員和港口造成嚴重經(jīng)濟損失，所以防雷是船閘區(qū)域最為重要的安全措施。通常雷電對船閘機電設(shè)備的危害性主要包括雷電波侵入、直擊雷、雷電感應(yīng)等，其破壞力主要表現(xiàn)在放電時會產(chǎn)生大量的效應(yīng)，如機械效應(yīng)、熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)、電效應(yīng)等。為避免船閘受到雷擊給人身安全和財產(chǎn)安全帶來嚴重損失，必須要利用合理的防雷措施進行預(yù)防。而機電設(shè)備作為船閘最重要的環(huán)節(jié)，一旦遭到外界雷擊影響，很容易給船閘機電設(shè)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(shè)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(xiàn)有船閘機電設(shè)備遭到雷擊的實際案例，來確定船閘防雷方案的整體內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)場實際情況來制定船閘雷擊防護方案，避免船閘機電設(shè)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(yōu)勢，仍在區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)性保障性作用。船閘是內(nèi)河航道網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點，也是交通港航機構(gòu)為廣大船民提供公共服務(wù)的重要窗口，船舶過閘效率直接關(guān)系到航道網(wǎng)暢通，影響經(jīng)濟運行和穩(wěn)定。目前，廣西內(nèi)河主航線已經(jīng)成為國內(nèi)出海運輸里程較短、運輸便捷的對外水運通道。作為內(nèi)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(qū)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(jié)合配套航道整治，使右江航道從現(xiàn)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(qū)水運物資的交流“瓶頸”，進一步改善華南地區(qū)交通運輸網(wǎng)絡(luò)，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(tǒng)性工程，在開展防雷工作時，要從船閘機電設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計著手，采用大量穩(wěn)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(shè)備系統(tǒng)設(shè)計能達到預(yù)期效果。同時，船閘防雷工程根據(jù)防范對象不同可分為防感應(yīng)雷和防直擊雷兩個方面。船閘直擊雷防護系統(tǒng)主要包括接閃器、接地網(wǎng)、引下線等環(huán)節(jié)，通過構(gòu)建該系統(tǒng)來準確掌握雷電閃擊點，避免建筑物外表面和內(nèi)在受到雷電的直接損害;而船閘感應(yīng)雷防御系統(tǒng)由電涌保護器、電磁屏蔽、等電位聯(lián)接等環(huán)節(jié)組成，用來保護很容易受到直擊雷襲擊的系統(tǒng)，該防護系統(tǒng)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(yīng)強度;②限制雷擊通過金屬傳導線傳輸?shù)綑C電設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)，讓整個機房承受雷擊的損害。因此，在設(shè)計船閘防雷工程系統(tǒng)時，應(yīng)嚴格遵循因地制宜的原則，結(jié)合現(xiàn)場情況構(gòu)建相應(yīng)的防護系統(tǒng)，如果在復(fù)雜環(huán)節(jié)下設(shè)計機電系統(tǒng)防雷工程，可將感應(yīng)雷防護系統(tǒng)和直擊雷防護系統(tǒng)有效結(jié)合，確保整個防雷工程能達到預(yù)期效果[2]。

3 船閘整體防雷工程要素

防雷系統(tǒng)質(zhì)量和船閘機電設(shè)備防雷能力有直接關(guān)系。因此，在船閘中設(shè)計機電設(shè)備防雷保護系統(tǒng)時，要從不同方面來考慮到防雷系統(tǒng)多樣化要素，才能充分發(fā)揮防雷系統(tǒng)的作用，全面保護船閘電機設(shè)備。在正常情況下，船閘機電設(shè)備防雷系統(tǒng)要素為：①準確捕捉雷電閃擊，可結(jié)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(shè)計好的路線排泄到地面，避免相關(guān)機電設(shè)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(jié)構(gòu)和船閘建筑物的屏蔽等設(shè)施，來降低由于雷擊因素所產(chǎn)生的電磁脈沖，當出現(xiàn)巨大電磁脈沖時很容易出現(xiàn)磁場效應(yīng)，該效應(yīng)會給機電設(shè)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(shè)備的損壞率;③提高雷電流輸出安全性，工作人員可總結(jié)以往雷電因素給機電設(shè)備帶來的影響，在地網(wǎng)和避雷針間構(gòu)建科學的放電通道，且利用專業(yè)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(lián)接的重視程度，通過合理方式來利用這兩種機電設(shè)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(shè)備可承受范圍內(nèi);⑤順利釋放雷電能量，可利用功能性較強的地接網(wǎng)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(wǎng)和金屬導體間存在電網(wǎng)差的問題，可利用等電位、共線連接、地網(wǎng)均壓環(huán)等方式來避免出現(xiàn)電位差現(xiàn)象，來降低雷電對船閘機電設(shè)備的危害性，幫助船閘機電設(shè)備能順利進行[3]。

4 防雷技術(shù)在船閘機電設(shè)備保護中的應(yīng)用

在船閘機電設(shè)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(shè)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(shè)備時，要結(jié)合船閘機電設(shè)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(shè)備的防雷能力[4]。

4.1 感應(yīng)雷防護技術(shù)的應(yīng)用

當云層和云層產(chǎn)生碰撞或者出現(xiàn)直擊雷時，會形成較強的電磁感應(yīng)和靜態(tài)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(shè)備內(nèi)，給船閘機電設(shè)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(yīng)雷的方式來大肆破壞機電設(shè)備零件，如果只采用避雷針防雷設(shè)備根本無法達到預(yù)期的防感應(yīng)雷效果，所以可根據(jù)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(shè)備防雷效果，或者可安裝大量接地線來進行感應(yīng)雷防護工作。由于感應(yīng)雷主要是利用場和路等方式來損壞船閘機電設(shè)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(shè)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(yīng)來影響船閘機電設(shè)備。因此，在設(shè)計船閘機電設(shè)備防雷系統(tǒng)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(shè)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(shè)備上安裝大量SPD保護器，來將大量感應(yīng)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(shè)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(shè)計和施工階段進行，一旦建筑物竣工后，想要構(gòu)建屏蔽措施難度較大。根據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，有一半以上的感應(yīng)雷都是由于電流系統(tǒng)所引入，所以在船閘機電設(shè)備防雷工作中要加強對電源系統(tǒng)的重視程度，利用二級SPD保護器來確保機房內(nèi)基礎(chǔ)用電設(shè)施不受到雷電影響，其他重要機電設(shè)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(wǎng)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(shù)的應(yīng)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(shè)備出現(xiàn)損害或者人員出現(xiàn)嚴重傷害。因此，想要加強對船閘機電設(shè)備的保護工作，就必須要提高對直擊雷防護技術(shù)的重視程度，進一步對直擊雷防護技術(shù)的研究工作，有利于在出現(xiàn)直擊雷時，能降低直擊雷對船閘機電設(shè)備的損害程度，確保機電設(shè)備能順利實施。例如：在2019年某港口出現(xiàn)嚴重的直接雷現(xiàn)象，幸好工作人員提前在港口各點堆放大量防直擊雷設(shè)備，有效降低了直擊雷給機電設(shè)備所造成的影響。

4.3 不斷完善接地系統(tǒng)

接地作為整個船閘機電設(shè)備防雷的重要環(huán)節(jié)，在確保防雷工作順利進行過程中占據(jù)至關(guān)重要的位置。目前，在船閘機電設(shè)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(shè)大量水平接地體和垂直接地體，接地體和地面能實現(xiàn)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(shù)，從而避免電壓過高給船閘機電設(shè)備帶來反擊破壞。因此，在設(shè)計船閘機電設(shè)備防雷系統(tǒng)時，要結(jié)合實際情況優(yōu)化接地系統(tǒng)，有利于充分發(fā)揮接地系統(tǒng)的應(yīng)用價值，確保船閘機電設(shè)備防雷能達到預(yù)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(jù)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(tǒng)后，要實時動態(tài)監(jiān)督電源系統(tǒng)和信號系統(tǒng)，來確保電源系統(tǒng)和信號系統(tǒng)能正常運行;③不同種類的保護裝置應(yīng)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，確保縱向并聯(lián)電路能正確運行。同時，在系統(tǒng)運行過程中，要保證各種保護裝置電流傳輸?shù)姆€(wěn)定性，避免保護裝置在運行階段出現(xiàn)設(shè)備老化的問題，讓系統(tǒng)能發(fā)揮其應(yīng)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(tǒng)內(nèi)部，一旦保護裝置出現(xiàn)任何問題，會在第一時間觸發(fā)故障警報，提醒工作人員及時更換保護裝置。經(jīng)過上述步驟，通過結(jié)合實際情況，選擇科學的避雷器，明顯提高了船閘機電設(shè)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(shè)備運行情況可知，利用科學的防雷技術(shù)能起到較好的防護效果，有效提高船閘機電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，給船舶順利通過打下基礎(chǔ)。同時，隨著防雷技術(shù)應(yīng)用范圍不斷拓展，能明顯降低外界雷擊對船閘機電設(shè)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(shè)備的運行特點和周圍環(huán)境，根據(jù)實際情況采用對應(yīng)的防雷技術(shù)，在加強船閘機電設(shè)備防雷效果情況下，能延伸不同部位機電設(shè)備的運行期限。另外，根據(jù)電源系統(tǒng)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(chǔ)，來進行相互連接，從而提高電源系統(tǒng)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(wěn)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(wěn)定性。

5 結(jié)語

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

參考文獻

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