免維護智能化航標燈抗雷電干擾技術

摘 要：京杭運河蘇北段免維護智能化航標燈及其外設遙測終端大范圍被雷電干擾失常、損壞，通過現場分析、室內模擬雷電干擾實驗等方法，查明原因，實施改造，研制出免維護智能化航標燈抗雷電干擾的重大科技成果，并適用于內河所有航標燈及相關電器設備。

關鍵詞：航標燈 模擬雷電干擾 屏蔽 浪涌保護

免維護智能化航標燈是集燈座、透鏡、太陽能板、蓄電池、閃光器、GPS、GPRS、LED光源等相關設備陣列于一體的新型航標燈，是近年來我國內河航標管理機構與相關廠家共同研制開發的航標燈重大科技成果。由于其具有體積小、重量輕、光效高、性能好、外形美、智能化、免維護、多功能等優點，極大地滿足了航標管理機構現代化航標管理的需要，在全國推廣應用。

現場調查取樣

由于當初研發這種航標燈時沒有考慮配置有效的防雷電干擾措施，雷擊航標事故呈頻發， 2009年6月3日，京杭運河蘇北段404公里航道上約41盞新安裝的免維護智能化航標燈和外接式遙測裝置，在雷雨中先后失常。事故發生后，在相關機構組織專家們的共同努力下，通過現場調查取樣、電路設計剖析、模擬雷電干擾試驗等方法，查明了航標燈失常原因，研制出免維護智能化航標燈抗雷電干擾的重大科技成果，有效解決了航標燈與外接設備連接后雷電干擾的技術問題。

對應方法及成果鑒定

航標燈與遙測終端的連接由原來大于2m非屏蔽電纜線改為小于0.7m的屏蔽電纜線，從而盡量減少電纜線引入電流的干擾。

航標燈、遙測終端安裝在同一塊金屬板上，金屬板與大地相連，避免發生各設備因不供地而發生跨步電壓。

航標燈、遙測終端、屏蔽電纜線的金屬屏蔽網均通過燈柱與大地相連，以保證可靠接地。

改進穩壓電路、增加雷擊浪涌防護電路、為單片機增加外部“看門狗”電路，改進復位電路。

穩壓電路的改進。由于一般航標燈器均為采用電池直接供電，且為單獨工作，故最初的電路中沒有穩壓電路的設計，也很少發現問題。后更換的電路是采用原12V的燈器上的電路，該電路采用7805穩壓，但在6V的燈器上使用時，只起到限壓的作用，不能起到較好的穩壓作用，在雷電干擾中出現損壞。

改進后的電路采用LDO穩壓塊SPX2954，將單片機電壓穩定在3.3V，使燈器在3.5V～12V之間穩定工作，由于燈器額定工作電壓為6V，因此，燈器的工作電壓加寬，穩定性將變的更好。

穩壓電路改進后，燈器上發光二極管的電流變化范圍變小（接近于恒流），有利于延長燈泡的使用壽命。

新增雷擊浪涌防護電路和接地電路， 采用三級防護結構設計，同時將燈器的接地與燈柱相連接，可將12V以上的雷擊浪涌干擾信號予以吸收，具有最大吸收1KA浪涌脈沖的能力。

新增“看門狗”電路改進復位電路，有效解決傳統的阻容復位電路易受干擾，導致單片機復位不可靠，以及單片機在運行過程中，受到強干擾后，易“跑飛”，或進入死循環，甚至死機停止工作等問題。

成果鑒定及應用

免維護智能化航標燈與外接式遙測裝置對接方法通過改進后，具備了較好的抗雷電干擾功能，通過地方政府技術監督部門組織檢驗和科技局組織相關專家進行成果鑒定，符合國家相關技術標準，在抗雷電干擾性能方面達到50萬伏電場直接施加至航標燈器接口、聯接線等外部任何部位都不會造成其損壞和停機的技術要求。該成果獲得了國家實用新型專利證書。

由于目前國內沒有發現直接雷擊航標的案例，也無法做相關的模擬實驗，因此航標燈抗雷擊成果，在技術應用過程中只限于抗雷電干擾和設備自身保護。如果航標設置地點處在位置較高，且被確定為雷區的岸上，周邊又沒有任何高于航標的建筑設施，單憑航標燈器自身保護功能理論上仍不能能保證航標整體的安全。因此，航標管理機構在實際應用中還需要根據實際情況，按照國家規范和相關標準設計安裝專用的避雷器，以保護航標及其周邊的設施安全。

（作者單位：蘇北航務管理處）