煤礦電力設(shè)備防電磁干擾研究

任紹俊

摘要：煤炭資源被稱作我國工業(yè)的糧食，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前我國礦井下開始大量使用電子電力設(shè)備，但是電子電力設(shè)備所造成的諧波危害和電磁干擾問題也越來越引起人們的關(guān)注，本文分析了井下特殊電磁環(huán)境下電力電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波干擾和電磁干擾特性，提出了礦井下防止電磁干擾的對策。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)備電磁干擾諧波礦井

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子及電氣設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，這些設(shè)備在

實(shí)際運(yùn)行中構(gòu)成了復(fù)雜的電磁環(huán)境，由此產(chǎn)生的強(qiáng)電磁干擾信號將影響設(shè)備本身

的正常運(yùn)行。為解決這一問題，許多國家和組織都對電子電氣設(shè)備及系統(tǒng)的電磁

兼容性制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，電磁兼容包含兩方面的內(nèi)容：電磁敏感性和電磁干擾性。電磁干擾產(chǎn)生的三要素是：電磁干擾源、干擾傳播路徑和敏感設(shè)備。電磁兼容問題的研究是圍繞電磁干擾的三要素進(jìn)行的。自20世紀(jì)70年代，電力電子設(shè)備廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、家電等領(lǐng)域，它們所產(chǎn)生的電磁干擾問題也越來越引起了人們廣泛的關(guān)注。

一、煤礦井下特殊的電磁環(huán)境

1.特殊的工作環(huán)境

煤炭立井開采是由地面開鑿幾百米深井，在井下挖掘出各種縱橫交錯(cuò)、形狀不同、長短不一的巷道，在巷道的一端布置開采工作面進(jìn)行采煤。原煤經(jīng)過采煤機(jī)割采，沿井巷輸送機(jī)械運(yùn)送到井下煤倉，再由提升機(jī)將原煤提升到地面。原煤開采過程中的一些輔助設(shè)備由井下電力機(jī)車運(yùn)送。

煤礦井下巷道截面狹窄、潮濕、礦塵大，有瓦斯、一氧化碳等易燃易爆氣體，有硫化氫等腐蝕性氣體。工作巷道布置復(fù)雜，包括電力纜線、電力設(shè)備、通信設(shè)備。監(jiān)控設(shè)備、電力機(jī)車軌道和架空線路、通訊電纜、控制纜線等，都布置在截面有限的巷道中，從而構(gòu)成了煤礦井下特殊的工作環(huán)境。

2.特殊的電磁環(huán)境

(1)電磁干擾傳播和耦合的特殊性。煤礦井下狹小的限定空間和巷道環(huán)境，如巷道截面形狀、尺寸、煤巖體、彎曲、分支、傾斜、通風(fēng)設(shè)施等，會形成特殊的電磁傳播和耦合干擾路徑；煤礦井下采用中點(diǎn)不接地式的供電系統(tǒng)，其干擾傳播與耦合也不同于地面中性點(diǎn)接地供電系統(tǒng)；另外，煤礦井下的電壓等級比較多，都采用電力電纜供電，供電距離遠(yuǎn)，分支多，電纜掛在巷道壁的一側(cè)，不同于地面電纜埋在地下或架空線。

(2)用電設(shè)備的特殊性。煤礦井下的電氣設(shè)備一般為防爆、本質(zhì)安全型，功率大，位置相對集中，起停頻繁，電磁脈沖干擾嚴(yán)重；礦井中電力機(jī)車的接觸網(wǎng)，電火花干擾嚴(yán)重，沿巷道軌道分布的雜散電流傳播路徑復(fù)雜且干擾十分嚴(yán)重。

(3)無線電頻率傳輸電磁場的特殊性。煤礦井下現(xiàn)代通信設(shè)備的應(yīng)用，形成巷道傳播模式的無線電頻率傳輸電磁場。

(4)煤巖體及瓦斯的電磁環(huán)境。煤礦井下煤巖動(dòng)力變化過程中存在復(fù)雜的電磁環(huán)境，煤巖中的瓦斯流隨煤巖特性的變化，具有參數(shù)和傳播特性變化的電磁場特性。

二、煤礦井下電磁干擾問題

近些年來，煤礦井下發(fā)生過一些與電磁干擾相關(guān)的問題：

近幾年開始應(yīng)用于井下的人員定位系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)或漏報(bào)現(xiàn)象，而這些產(chǎn)品在地面上應(yīng)用都非常成功。

當(dāng)采煤機(jī)或其他井下電力設(shè)備啟動(dòng)或停車時(shí)，用于井下監(jiān)測、監(jiān)控的視頻和通信系統(tǒng)會出現(xiàn)圖像模糊或噪聲干擾現(xiàn)象。

井下電力機(jī)車司控道岔有時(shí)會出現(xiàn)誤動(dòng)作，造成撞車和人員傷亡事故。

我國煤礦超限誤報(bào)警現(xiàn)象十分普遍，導(dǎo)致一些系統(tǒng)出現(xiàn)瓦斯超限報(bào)警時(shí)，不知是否應(yīng)該采取相應(yīng)措施。曾經(jīng)發(fā)生過數(shù)起特大瓦斯爆炸事故，造成大量傷亡。

三、防電磁干擾的措施

1.屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)通過切斷輻射干擾的耦合路徑來抑制輻射干擾沿空間的傳播。電磁干擾沿空間的傳播是以電磁波的方式進(jìn)行的，屏蔽技術(shù)的本質(zhì)是將關(guān)鍵電路用一個(gè)屏蔽體包圍起來，使耦合到這個(gè)電路的電磁場或電磁波通過反射和吸收衰減掉。屏蔽技術(shù)包括場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽三種。

電場屏蔽使屏蔽體內(nèi)的設(shè)備或電路不受外部電場影響，也不會對外部電場產(chǎn)生影響。有些電力電子設(shè)備為免除干擾，要實(shí)行電場屏蔽。例如整流橋的電源變壓器，在初級繞組和次級繞組之間包上金屬薄片或繞上一層漆包線并接地，從而達(dá)到屏蔽效用。

磁場屏蔽是指對靜磁場或交變磁場的屏蔽。磁場屏蔽的原理是由屏蔽體對干擾磁場提供低磁阻的磁通路，對干擾磁場進(jìn)行分流，從而防止交變電場、交變磁場和交變電磁場的影響。

電磁屏蔽是利用集膚效應(yīng)以阻止高頻電磁波透入良導(dǎo)體，它比靜電屏蔽和磁場屏蔽更具有普遍意義。

2.接地技術(shù)

接地技術(shù)對電力電子設(shè)備防電磁干擾問題有至關(guān)重要的意義，接地技術(shù)按照其作用可以分為安全接地和信號接地，其中安全接地又包括保護(hù)接地和防雷接地，安全接地是采用低阻抗的導(dǎo)體將設(shè)備外殼連接到大地，使操作人員不至于因?yàn)樵O(shè)備外殼漏電或靜電放電而發(fā)生觸電危險(xiǎn)。保護(hù)接地是為絕緣損壞造成設(shè)備帶電危及人身安全而設(shè)置的保護(hù)裝置，它有接地和接零兩種方式。凡是采用三相四線供電的系統(tǒng)，由于中性點(diǎn)接地，所以應(yīng)采用接零方式，即將設(shè)備的金屬外殼通過導(dǎo)體接至零線上。防雷接地是為防雷電而設(shè)置的接地保護(hù)裝置，通過將建筑物等設(shè)施或用電設(shè)備的外殼與大地連接，為提供泄放大電流的通路。

信號接地是為設(shè)備、系統(tǒng)內(nèi)部各種電路的信號電壓提供的參考電平，為電源和信號提供零基準(zhǔn)電位。系統(tǒng)基準(zhǔn)地與大地相連，可保證設(shè)備工作穩(wěn)定可靠，抑制電磁干擾。信號接地的方式可分為四種：懸浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。

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