防雷技術(shù)在船閘機(jī)電設(shè)備保護(hù)中的應(yīng)用

甘小為

[摘 ? ?要]近年來，我國已進(jìn)入信息化時(shí)代，給水上經(jīng)濟(jì)帶來巨大的發(fā)展空間，而船閘機(jī)電設(shè)備作為港口設(shè)備的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)港口正常運(yùn)行具有非常重要的作用。但從目前港口實(shí)際情況來看，船閘機(jī)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?xí)o船閘工作人員生命帶來嚴(yán)重威脅。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)船閘機(jī)電設(shè)備的保護(hù)力度，將最先進(jìn)的防雷技術(shù)應(yīng)用到船閘機(jī)電設(shè)備的保護(hù)工作中，來確保船閘電機(jī)設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性?；诖耍恼乱詮V西右江那吉船閘為主要研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)有船閘機(jī)電設(shè)備遭到雷擊的實(shí)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(shí)際情況制定船閘雷擊防護(hù)方案，避免船閘機(jī)電設(shè)備受到雷擊的影響。

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

[中圖分類號(hào)]TM73 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(duì)地面建筑釋放大量電壓所導(dǎo)致。在正常情況下，雷云所釋放的電壓能達(dá)到300kV，電流超過200kA，雷電流具有較大強(qiáng)度，能在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)各種變化，且在釋放期間會(huì)釋放大量能量，使周圍建筑物和人員造成嚴(yán)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(yán)重經(jīng)濟(jì)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(duì)船閘機(jī)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(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的效應(yīng)，如機(jī)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(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重?fù)p失，必須要利用合理的防雷措施進(jìn)行預(yù)防。而機(jī)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(jī)電設(shè)備正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的安全隱患，甚至?xí)绊懙礁浇绊樌ㄐ?。為避免雷擊給船閘機(jī)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(duì)象，通過闡述現(xiàn)有船閘機(jī)電設(shè)備遭到雷擊的實(shí)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(shí)際情況來制定船閘雷擊防護(hù)方案，避免船閘機(jī)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(dāng)代綜合交通運(yùn)輸體系背景下，航運(yùn)因其低成本和綠色低碳等優(yōu)勢(shì)，仍在區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(diǎn)，也是交通港航機(jī)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(jì)運(yùn)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(yùn)輸里程較短、運(yùn)輸便捷的對(duì)外水運(yùn)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(yù)為西南直達(dá)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(yùn)往粵港澳的很多大宗貨物無法就近在百色船運(yùn)，只能先從陸路運(yùn)到南寧或貴港，再裝卸上船到粵港澳出海，運(yùn)輸成本較高[1]。那吉航運(yùn)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(jí)提高到四級(jí)，船舶噸位提高，運(yùn)輸量加大，運(yùn)營成本進(jìn)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(yùn)物資的交流“瓶頸”，進(jìn)一步改善華南地區(qū)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，對(duì)煤、水泥、糖、木材等原料的南運(yùn)無疑是一大利好，既方便又省運(yùn)費(fèi)。

2 船閘防雷方案總體思路

船閘建筑物雷電防護(hù)屬于一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，在開展防雷工作時(shí)，要從船閘機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)著手，采用大量穩(wěn)定性較強(qiáng)的器材，選擇科學(xué)的工程安裝方式，來確保船閘機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)能達(dá)到預(yù)期效果。同時(shí)，船閘防雷工程根據(jù)防范對(duì)象不同可分為防感應(yīng)雷和防直擊雷兩個(gè)方面。船閘直擊雷防護(hù)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(zhǔn)確掌握雷電閃擊點(diǎn)，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(hù)器、電磁屏蔽、等電位聯(lián)接等環(huán)節(jié)組成，用來保護(hù)很容易受到直擊雷襲擊的系統(tǒng)，該防護(hù)系統(tǒng)主要有兩方面的作用：①降低被雷擊時(shí)的沖擊電位差和雷擊電磁感應(yīng)強(qiáng)度;②限制雷擊通過金屬傳導(dǎo)線傳輸?shù)綑C(jī)電設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)，讓整個(gè)機(jī)房承受雷擊的損害。因此，在設(shè)計(jì)船閘防雷工程系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)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(hù)系統(tǒng)，如果在復(fù)雜環(huán)節(jié)下設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)防雷工程，可將感應(yīng)雷防護(hù)系統(tǒng)和直擊雷防護(hù)系統(tǒng)有效結(jié)合，確保整個(gè)防雷工程能達(dá)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(jī)電設(shè)備防雷能力有直接關(guān)系。因此，在船閘中設(shè)計(jì)機(jī)電設(shè)備防雷保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，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(hù)船閘電機(jī)設(shè)備。在正常情況下，船閘機(jī)電設(shè)備防雷系統(tǒng)要素為：①準(zhǔn)確捕捉雷電閃擊，可結(jié)合船閘實(shí)際情況將避雷針安裝在船閘鐵塔頂部，來引導(dǎo)雷電能通過提前設(shè)計(jì)好的路線排泄到地面，避免相關(guān)機(jī)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(dāng)出現(xiàn)巨大電磁脈沖時(shí)很容易出現(xiàn)磁場效應(yīng)，該效應(yīng)會(huì)給機(jī)電設(shè)備中的芯片帶來嚴(yán)重影響，有效屏邊電磁波干擾，能減少船閘機(jī)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(jī)電設(shè)備帶來的影響，在地網(wǎng)和避雷針間構(gòu)建科學(xué)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(dǎo)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(yán)重?fù)p害，要加強(qiáng)電涌保護(hù)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(jī)電設(shè)備，并在機(jī)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(jī)房機(jī)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(qiáng)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(diǎn)位差異性和電位反擊能量，進(jìn)而保證雷電能量能正常釋放;⑥避免地網(wǎng)和金屬導(dǎo)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(duì)船閘機(jī)電設(shè)備的危害性，幫助船閘機(jī)電設(shè)備能順利進(jìn)行[3]。

4 防雷技術(shù)在船閘機(jī)電設(shè)備保護(hù)中的應(yīng)用

在船閘機(jī)電設(shè)備防雷保護(hù)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(jì)工作。雷電防護(hù)屬于長期性工程，需要工作人員從不同方面進(jìn)行科學(xué)治理，如在保護(hù)船閘機(jī)電設(shè)備時(shí)，要結(jié)合船閘機(jī)電設(shè)備不同情況和雷電不同形式采用科學(xué)的防雷措施，從而進(jìn)一步提升船閘機(jī)電設(shè)備的防雷能力[4]。

4.1 感應(yīng)雷防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)云層和云層產(chǎn)生碰撞或者出現(xiàn)直擊雷時(shí)，會(huì)形成較強(qiáng)的電磁感應(yīng)和靜態(tài)作用，從而給地面帶來強(qiáng)勁的電壓和電磁脈沖輻射，其利用金屬導(dǎo)體和導(dǎo)線輸送到船閘機(jī)電設(shè)備內(nèi)，給船閘機(jī)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(yán)重威脅。同時(shí)，雷電通常是利用感應(yīng)雷的方式來大肆破壞機(jī)電設(shè)備零件，如果只采用避雷針防雷設(shè)備根本無法達(dá)到預(yù)期的防感應(yīng)雷效果，所以可根據(jù)實(shí)際情況采用電位連接方式來進(jìn)行防雷處理，能有效提高機(jī)電設(shè)備防雷效果，或者可安裝大量接地線來進(jìn)行感應(yīng)雷防護(hù)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(jī)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(hào)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(jī)電設(shè)備。因此，在設(shè)計(jì)船閘機(jī)電設(shè)備防雷系統(tǒng)過程中，要從電場和線路通道兩個(gè)方面來分析，針對(duì)通過路來破壞船閘機(jī)電設(shè)備的雷電流，可采用SPD保護(hù)器來攔截雷電電流;而對(duì)于利用場所造成的損壞可在船閘機(jī)電設(shè)備上安裝大量SPD保護(hù)器，來將大量感應(yīng)電流進(jìn)行分流處理，還要使用嚴(yán)格的屏蔽方式來避免電磁波給船閘機(jī)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(jì)和施工階段進(jìn)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(jì)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(jī)電設(shè)備防雷工作中要加強(qiáng)對(duì)電源系統(tǒng)的重視程度，利用二級(jí)SPD保護(hù)器來確保機(jī)房內(nèi)基礎(chǔ)用電設(shè)施不受到雷電影響，其他重要機(jī)電設(shè)備則要利用三級(jí)SPD保護(hù)器來進(jìn)行保護(hù)，對(duì)于弱電線路只要對(duì)網(wǎng)線長度超過30m的交換機(jī)端口進(jìn)行保護(hù)。

4.2 直擊雷防護(hù)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(dǎo)致船閘機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)損害或者人員出現(xiàn)嚴(yán)重傷害。因此，想要加強(qiáng)對(duì)船閘機(jī)電設(shè)備的保護(hù)工作，就必須要提高對(duì)直擊雷防護(hù)技術(shù)的重視程度，進(jìn)一步對(duì)直擊雷防護(hù)技術(shù)的研究工作，有利于在出現(xiàn)直擊雷時(shí)，能降低直擊雷對(duì)船閘機(jī)電設(shè)備的損害程度，確保機(jī)電設(shè)備能順利實(shí)施。例如：在2019年某港口出現(xiàn)嚴(yán)重的直接雷現(xiàn)象，幸好工作人員提前在港口各點(diǎn)堆放大量防直擊雷設(shè)備，有效降低了直擊雷給機(jī)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(gè)船閘機(jī)電設(shè)備防雷的重要環(huán)節(jié)，在確保防雷工作順利進(jìn)行過程中占據(jù)至關(guān)重要的位置。目前，在船閘機(jī)電設(shè)備接地保護(hù)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(shí)現(xiàn)零接觸，來有效降低其接觸電阻，可使用地面電位、等點(diǎn)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(jī)電設(shè)備帶來反擊破壞。因此，在設(shè)計(jì)船閘機(jī)電設(shè)備防雷系統(tǒng)時(shí)，要結(jié)合實(shí)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(jià)值，確保船閘機(jī)電設(shè)備防雷能達(dá)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(yán)格遵循下面幾種原則：①要根據(jù)國家防雷標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的避雷器;②當(dāng)保護(hù)裝置安裝到船閘機(jī)電系統(tǒng)后，要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)督電源系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)，來確保電源系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)能正常運(yùn)行;③不同種類的保護(hù)裝置應(yīng)具有較強(qiáng)的防護(hù)效果;④要盡可能降低不同方面保護(hù)元件安裝連接線的長度，確保縱向并聯(lián)電路能正確運(yùn)行。同時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要保證各種保護(hù)裝置電流傳輸?shù)姆€(wěn)定性，避免保護(hù)裝置在運(yùn)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(jìn)一步延伸保護(hù)裝置運(yùn)行期限，可將故障報(bào)警器安裝在系統(tǒng)內(nèi)部，一旦保護(hù)裝置出現(xiàn)任何問題，會(huì)在第一時(shí)間觸發(fā)故障警報(bào)，提醒工作人員及時(shí)更換保護(hù)裝置。經(jīng)過上述步驟，通過結(jié)合實(shí)際情況，選擇科學(xué)的避雷器，明顯提高了船閘機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效果和安全性。

4.5 安裝浪涌保護(hù)器

通過分析船閘機(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況可知，利用科學(xué)的防雷技術(shù)能起到較好的防護(hù)效果，有效提高船閘機(jī)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(shí)，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(duì)船閘機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的負(fù)面影響，對(duì)工作人員來說，要充分考慮到船閘機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)和周圍環(huán)境，根據(jù)實(shí)際情況采用對(duì)應(yīng)的防雷技術(shù)，在加強(qiáng)船閘機(jī)電設(shè)備防雷效果情況下，能延伸不同部位機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行期限。另外，根據(jù)電源系統(tǒng)浪涌保護(hù)器的運(yùn)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(jìn)行相互連接，從而提高電源系統(tǒng)浪涌保護(hù)器的安全性。并且要提高對(duì)浪涌保護(hù)器接地引線長度的控制力度，在正常情況下浪涌保護(hù)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(duì)船閘機(jī)電設(shè)備防雷技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行規(guī)范性的分析，例如明確設(shè)計(jì)要素、感應(yīng)雷擊防護(hù)技術(shù)、合理選擇避雷器等技術(shù)能明顯提高船閘機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行效率?；诖?，以廣西右江那吉船閘為主要研究對(duì)象，通過闡述現(xiàn)有船閘機(jī)電設(shè)備遭到雷擊的實(shí)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(shí)際情況來制定船閘雷擊防護(hù)方案，避免船閘機(jī)電設(shè)備受到雷擊自然因素的影響。

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