免维护智能化航标灯抗雷电干扰技术

摘 要：京杭运河苏北段免维护智能化航标灯及其外设遥测终端大范围被雷电干扰失常、损坏，通过现场分析、室内模拟雷电干扰实验等方法，查明原因，实施改造，研制出免维护智能化航标灯抗雷电干扰的重大科技成果，并适用于内河所有航标灯及相关电器设备。

关键词：航标灯 模拟雷电干扰 屏蔽 浪涌保护

免维护智能化航标灯是集灯座、透镜、太阳能板、蓄电池、闪光器、GPS、GPRS、LED光源等相关设备阵列于一体的新型航标灯，是近年来我国内河航标管理机构与相关厂家共同研制开发的航标灯重大科技成果。由于其具有体积小、重量轻、光效高、性能好、外形美、智能化、免维护、多功能等优点，极大地满足了航标管理机构现代化航标管理的需要，在全国推广应用。

现场调查取样

由于当初研发这种航标灯时没有考虑配置有效的防雷电干扰措施，雷击航标事故呈频发， 2009年6月3日，京杭运河苏北段404公里航道上约41盏新安装的免维护智能化航标灯和外接式遥测装置，在雷雨中先后失常。事故发生后，在相关机构组织专家们的共同努力下，通过现场调查取样、电路设计剖析、模拟雷电干扰试验等方法，查明了航标灯失常原因，研制出免维护智能化航标灯抗雷电干扰的重大科技成果，有效解决了航标灯与外接设备连接后雷电干扰的技术问题。

对应方法及成果鉴定

航标灯与遥测终端的连接由原来大于2m非屏蔽电缆线改为小于0.7m的屏蔽电缆线，从而尽量减少电缆线引入电流的干扰。

航标灯、遥测终端安装在同一块金属板上，金属板与大地相连，避免发生各设备因不供地而发生跨步电压。

航标灯、遥测终端、屏蔽电缆线的金属屏蔽网均通过灯柱与大地相连，以保证可靠接地。

改进稳压电路、增加雷击浪涌防护电路、为单片机增加外部“看门狗”电路，改进复位电路。

稳压电路的改进。由于一般航标灯器均为采用电池直接供电，且为单独工作，故最初的电路中没有稳压电路的设计，也很少发现问题。后更换的电路是采用原12V的灯器上的电路，该电路采用7805稳压，但在6V的灯器上使用时，只起到限压的作用，不能起到较好的稳压作用，在雷电干扰中出现损坏。

改进后的电路采用LDO稳压块SPX2954，将单片机电压稳定在3.3V，使灯器在3.5V～12V之间稳定工作，由于灯器额定工作电压为6V，因此，灯器的工作电压加宽，稳定性将变的更好。

稳压电路改进后，灯器上发光二极管的电流变化范围变小（接近于恒流），有利于延长灯泡的使用寿命。

新增雷击浪涌防护电路和接地电路， 采用三级防护结构设计，同时将灯器的接地与灯柱相连接，可将12V以上的雷击浪涌干扰信号予以吸收，具有最大吸收1KA浪涌脉冲的能力。

新增“看门狗”电路改进复位电路，有效解决传统的阻容复位电路易受干扰，导致单片机复位不可靠，以及单片机在运行过程中，受到强干扰后，易“跑飞”，或进入死循环，甚至死机停止工作等问题。

成果鉴定及应用

免维护智能化航标灯与外接式遥测装置对接方法通过改进后，具备了较好的抗雷电干扰功能，通过地方政府技术监督部门组织检验和科技局组织相关专家进行成果鉴定，符合国家相关技术标准，在抗雷电干扰性能方面达到50万伏电场直接施加至航标灯器接口、联接线等外部任何部位都不会造成其损坏和停机的技术要求。该成果获得了国家实用新型专利证书。

由于目前国内没有发现直接雷击航标的案例，也无法做相关的模拟实验，因此航标灯抗雷击成果，在技术应用过程中只限于抗雷电干扰和设备自身保护。如果航标设置地点处在位置较高，且被确定为雷区的岸上，周边又没有任何高于航标的建筑设施，单凭航标灯器自身保护功能理论上仍不能能保证航标整体的安全。因此，航标管理机构在实际应用中还需要根据实际情况，按照国家规范和相关标准设计安装专用的避雷器，以保护航标及其周边的设施安全。

（作者单位：苏北航务管理处）