煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)干擾分析及防治策略

摘 要：對于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)而言，干擾是不可避免的因素，會對監(jiān)控系統(tǒng)運行的可靠性、穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。文章分析了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要干擾源，包括電磁感應(yīng)干擾、頻率干擾與信號失真、漏電流干擾等，并針對不同的干擾提出具體的防治對策，旨在與廣大業(yè)內(nèi)同行共同探討。

關(guān)鍵詞：煤礦生產(chǎn)；安全監(jiān)控系統(tǒng)；干擾

所謂干擾即電路受到某些電子信號的影響而出現(xiàn)的一些不良反應(yīng)，在煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)字信號可能會受到脈沖電壓的影響而出現(xiàn)邏輯混亂的現(xiàn)象，即受到干擾。通常消除干擾比較困難，但可通過降低干擾強度或提高電路抗干擾能力來減少干擾的影響。

1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要干擾源

具體而言，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要的干擾源來自于以下幾個方面。

1.1 電磁感應(yīng)干擾

如果兩個電路之間存在互感，在磁場的作用下，一個電路中電流的變化會耦合到另一個電路，即電磁感應(yīng)，比如啟、停大型動力設(shè)備會產(chǎn)生電磁波干擾、變壓器的漏磁、通電平行導(dǎo)線等等，均存在電磁感應(yīng)。煤礦生產(chǎn)過程中，大型電氣設(shè)備的啟、停沒有規(guī)律，因此井下供電系統(tǒng)也會出現(xiàn)較大的電壓波動，雖然安全監(jiān)控系統(tǒng)的電源均有寬電壓范圍設(shè)計，但卻無法控制供電線路的電磁場。導(dǎo)體周圍所形成的電磁波頻率較低可以被地表所吸收，但其所產(chǎn)生的干擾信號卻無法被吸收，從而直接作用于監(jiān)控信號。并且現(xiàn)階段井下高壓電纜會直接進入采煤工作面移動變壓器，井下線纜長距離平行吊掛，會導(dǎo)致線路間的感應(yīng)電壓高于正常通信電壓數(shù)倍，電磁感應(yīng)直接作用于各級信號傳輸介質(zhì)，對本質(zhì)安全型電氣設(shè)備的輸入輸出接口電路產(chǎn)生影響，從而對安全系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，甚至會導(dǎo)致嚴重事故，因此，電磁感應(yīng)是礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要干擾源。

1.2 頻率干擾與信號失真

變頻器產(chǎn)生的高次諧波會對電源及鄰近用電設(shè)備產(chǎn)生諧波污染，且與其他無線電電磁干擾一樣，諧波污染的方式包括傳導(dǎo)、電磁輻射及感應(yīng)耦合等。其中傳導(dǎo)會對并聯(lián)的電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾，而感應(yīng)耦合則會與變頻器輸出線平行敷設(shè)的導(dǎo)線產(chǎn)生電磁耦合而形成感應(yīng)干擾，電磁輻射則會干擾鄰近的礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備。

1.3 漏電流干擾

礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的工作環(huán)境體現(xiàn)出潮濕、煤塵大、空氣中含有腐蝕性氣體的特點，接線盒中或傳感器電子線路內(nèi)部包含大量的元件支架、接線柱、印刷電路板、電容內(nèi)部介質(zhì)等，任何一處發(fā)生絕緣不良，即會導(dǎo)致漏電，尤其是傳感器的應(yīng)用環(huán)境濕度較大，絕緣體絕緣電阻下降，漏電電流增加則會引起干擾。傳感器的主要作用是把被測物理量轉(zhuǎn)換成電信號輸出，其包括敏感元件、轉(zhuǎn)換電路、測量電路、輔助電源等部分，而傳感器在進行非電量向電量的轉(zhuǎn)換過程中，測量電路本身會成為一個放大器，實際檢測時，漏電流會對檢測精度產(chǎn)生影響，特別是漏電流進入測量電路的輸入級時，影響會更加嚴重。

2 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)干擾防治策略

2.1 提高選型的合理性

在進行煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)建的設(shè)過程中，由于相關(guān)技術(shù)標準中未明確抗干擾性能檢測的相關(guān)要求，也未取消快速斷電性能要求，所以一些廠家會把傳感器數(shù)據(jù)采集方法改成脈寬計時方法，以實現(xiàn)2s快速斷電，而改用脈寬計數(shù)法僅捕捉傳感器輸出信號的一個脈寬可能會帶來嚴重后果。為避免這一問題，一些監(jiān)控系統(tǒng)分站采用雙CUP設(shè)計，或者傳感器采用數(shù)字式串行碼傳輸方式，將實際應(yīng)用過程中將頻率傳輸所致的各種不穩(wěn)定因素降至最低，因此在安全監(jiān)控系統(tǒng)選型過程中，抗干擾能力是一項重要考慮因素，以保證安全監(jiān)控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。

2.2 嚴格按照標準施工

線路間干擾可以通過屏蔽電纜的方法來消除或抑制，施工過程中嚴格按照相關(guān)標準要求執(zhí)行。井筒與巷道內(nèi)的通信、信號電纜要與電力電纜分開，分別掛在井巷兩側(cè)；如果井筒內(nèi)條件不允許，則通信與信號電纜必須與電力電纜保持0.3m以上距離；如敷設(shè)于巷道內(nèi)，則要與電力電纜保持至少0.1m以上距離，且敷設(shè)于上方。如果高低壓電力電纜必須敷設(shè)于巷道同一側(cè)，則電纜之間的距離至少保持0.1m；且高壓電纜與低壓電纜之間至少保持50mm以上的距離。吊掛纜線或者加大平行吊掛的纜線間距可有效降低干擾。此外，還可以合理運用信號屏蔽電纜，以消除線路間的干擾，全面改造主傳輸電纜，防止長距離信號在傳輸過程中受到干擾；如果巷道中使用變頻調(diào)速設(shè)備或者電磁干擾比較嚴重，也可以使用屏蔽電纜，不過需要注意屏蔽層的有效聯(lián)接與接地。

2.3 合理設(shè)置分站位置

供電距離越長，供電能力就更弱，線纜間分布電容及分布電感也會隨之增加，從而對信號的傳輸產(chǎn)生直接影響。因此，傳感器與執(zhí)行器至分站之間的傳輸距離盡量控制在2km以內(nèi)；分站至傳輸接口、分站至分站之間的最大傳輸距離也要控制在10km以內(nèi)，但在實際系統(tǒng)建設(shè)中，往往存在傳感器至分站間距離大于采煤工作面順槽或掘進巷道長度的現(xiàn)實，無法滿足2km的規(guī)定值，并且分站之間、分站與接口之間的距離大于10km的情況也比較常見；此外，根據(jù)目前國內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)所用的移頻鍵控模式的主信號傳輸模式的特點，多數(shù)廠家在進行安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計時，其中分站間或分站到傳輸接口間的距離均在20km以上。針對上述情況，在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)過程中，要盡量縮短傳感器到分站的距離，以有效對抗干擾；并保證系統(tǒng)設(shè)計供電電壓的穩(wěn)定性，纜線截面積要與相關(guān)標準相符，以提高信號傳輸?shù)臏蚀_性。

3 結(jié)束語

綜上所述，礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)及傳感器在現(xiàn)場運行所受到的干擾多種多樣，具體情況具體分析，對不同的干擾采取不同的措施是抗干擾的原則。針對不同的運行場合，系統(tǒng)可做相應(yīng)的抗干擾設(shè)計，以有效地抗干擾、提高系統(tǒng)可靠性，為礦井安全生產(chǎn)發(fā)揮應(yīng)有職能。

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作者簡介：陸吉斌，江蘇泰興人，工程師，現(xiàn)主要從事煤礦工業(yè)控制方面的研究工作。