煤礦井下電氣設(shè)備抗干擾技術(shù)的研究

尹廷周

（兗煤礦業(yè)工程有限公司（綜機(jī)安撤中心），山東 鄒城 273516）

煤礦井下生產(chǎn)存在諸多風(fēng)險，其中電磁干擾風(fēng)險不容忽視。一般來說，煤礦工業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)過程中容易形成電磁干擾，其主要來源就包括空間場干擾、電磁波輻射竄入系統(tǒng)干擾以及電源干擾，這些干擾情況會直接侵害到工業(yè)系統(tǒng)，其信號干擾通道與系統(tǒng)主機(jī)相連。所以，在煤礦井下，電氣設(shè)備的抗干擾技術(shù)工作必須全面有效展開。

1 煤礦井下電氣設(shè)備干擾源的產(chǎn)生成因

煤礦井下電氣設(shè)備干擾源產(chǎn)生的成因多種多樣，考慮到井下多采用高壓軟啟動、變頻器等等電力電子裝置，特別是大型設(shè)備數(shù)量類型較多，所以在設(shè)備交流電壓中是含有高頻成分的，且浪涌電壓值巨大?；谔炀€效應(yīng)所產(chǎn)生的電磁輻射效應(yīng)是相對較大，這種干擾主要通過電源或者疊加途徑產(chǎn)生正常工作信號，導(dǎo)致煤礦井下電氣設(shè)備產(chǎn)生較大分段高壓大電流，啟動工作難以順利展開。

這種干擾源影響了煤礦井下控制系統(tǒng)與信號采集系統(tǒng)，甚至正常通信工作也無法正常展開，煤礦井下生產(chǎn)的穩(wěn)定性與安全可靠性大受影響。所以，針對煤礦井下的電氣設(shè)備干擾源管理必須實(shí)時到位，將管理措施貫穿于設(shè)計、安裝與維護(hù)全過程中。

2 煤礦井下電氣設(shè)備干擾源的有效措施

煤礦井下電氣設(shè)備干擾源種類較多、產(chǎn)生成因復(fù)雜，所以，針對這一電磁干擾的抗干擾技術(shù)措施主要包括硬件抗干擾措施與軟件抗干擾措施，下文分別來談。

2.1 基于硬件的抗干擾措施

硬件抗干擾在煤礦井下干擾源控制方面需要基于阻斷干擾通道展開，合理布置器件并選擇相關(guān)參數(shù)。要確保適當(dāng)?shù)挠布垢蓴_措施來建立抑制系統(tǒng)，有效抑制絕大部分干擾問題。

考慮到井下電壓波動相對較大，所以，對設(shè)備中的CPU 或者DSP 數(shù)字信號處理必須到位，一般采用芯片供電電源，配合多級濾波，在集成電壓調(diào)整過程中解決電磁干擾問題。在本文看來，基于硬件的抗干擾硬件措施主要包含以下6 點(diǎn)。

（1）在系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要結(jié)合硬件采用濾波技術(shù)，配合去耦技術(shù)來分析系統(tǒng)匹配高通或者低通濾波器，有效阻擋干擾信號串入系統(tǒng)中。

（2）在屏蔽和抑制金屬導(dǎo)體過程中，需要將屏蔽的元件、組合件、電路以及信號線等等全部包圍住。在抑制電流性耦噪聲耦合過程中，也希望有效屏蔽電磁干擾。在設(shè)計屏蔽抑制電磁金屬導(dǎo)體過程中，需要設(shè)計屏蔽罩直接屏蔽電磁干擾。

（3）對開關(guān)量的輸入與輸出采用光電隔離措施時，同時，也要做好繼電器隔離工作。要利用信號線來分析雙屏蔽雙絞線使用情況。在模擬量分析過程中，需要配合硬件濾波這一技術(shù)方式，主要將不同的模擬信號設(shè)置于同一條公共返回線中。

（4）采用帶屏蔽層的隔離變壓器進(jìn)行供電，且在屏蔽保護(hù)中增加保護(hù)層次。隔離變壓器是能夠組織浪涌電壓與尖峰脈沖的。所以，硬件措施能有效抑制電磁干擾問題，配合光電隔離措施實(shí)現(xiàn)煤礦井下生產(chǎn)工作有效優(yōu)化。

（5）要設(shè)置功率補(bǔ)償裝置，最大限度防止過補(bǔ)償或波形畸變現(xiàn)象。

（6）要設(shè)置變頻器、軟啟動情況，確保電子裝置輸入與輸出工作實(shí)施到位，確保選用帶功率補(bǔ)償?shù)挠布O(shè)施裝置。例如，要采用到煤礦井下帶電容補(bǔ)償裝置或者供電開關(guān)，如此對于變頻器硬件設(shè)施有效抑制電磁干擾由一定作用。

2.2 基于軟件的抗干擾措施

在硬件抗干擾措施安排妥當(dāng)后，也要思考采用軟件抗干擾措施，其目的就是切斷干擾確保系統(tǒng)控制穩(wěn)定到位。一般來說，煤礦井下工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，生產(chǎn)過程中隨機(jī)性問題較多，所以必須發(fā)揮軟件靈活性，將其與硬件措施結(jié)合起來，共同提高系統(tǒng)的整體抗干擾能力。具體來講，需要在軟件中采用CRC 循環(huán)冗余碼驗(yàn)算方法，確保數(shù)字濾波到位，甚至采用看門狗電子設(shè)備。

當(dāng)然，安裝接地布線也是可行的，通過感應(yīng)方式來傳播大量干擾信號，做到布線合理，有效平衡調(diào)整布線接地方式。大體來講，如下。

（1）就需要盡量采用直線控制電源，將交變磁場的影響程度降到最低，當(dāng)然也要盡量規(guī)避銳角導(dǎo)線變化情況。

（2）要控制屏蔽電纜使用情況，結(jié)合電纜控制屏蔽層來做好單獨(dú)接地工作，結(jié)合一側(cè)高頻小電容接地來優(yōu)化調(diào)整屏蔽層兩端差模高壓情況，確保其連接到相同地線上。在屏蔽層兩端直接接地過程中，也需要確保信號線與返回線二者聯(lián)合起來，最大限度減小感性耦合電磁干擾影響。

（3）需要在煤礦井下采用大功率變頻器，確保軟啟動裝置最好應(yīng)用于供變壓器獨(dú)立供電過程中。

（4）要盡量減少導(dǎo)線傳輸距離，同時減少信號衰弱情況。在減少信號傳輸過程中干擾影響基礎(chǔ)上，也需要建立長距離傳輸機(jī)制，形成屏蔽層電纜組合。

（5）需要采用完善的接地系統(tǒng)，配合電氣設(shè)備抗干擾重要措施來分析煤礦井下設(shè)備，做好接地線纜布置工作，確保按照接地端子來形成最近接地點(diǎn)連接機(jī)制，有效獲得最強(qiáng)抗干擾能力。

3 煤礦井下電氣設(shè)備抗干擾技術(shù)的案例實(shí)踐應(yīng)用

某礦井下生產(chǎn)工程項(xiàng)目主要采用變頻器進(jìn)行驅(qū)動，它可以確保電動機(jī)系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)作，操作技術(shù)流程也得以簡化，維護(hù)調(diào)節(jié)工作更方便，可以達(dá)成較好生產(chǎn)效果。某煤礦生產(chǎn)企業(yè)自2015年開始采用變頻器驅(qū)動設(shè)備，擁有設(shè)備總量達(dá)到20 臺?？紤]到煤礦井下作業(yè)環(huán)境相當(dāng)惡劣，所以變頻器驅(qū)動工作開展往往容易受限，直接導(dǎo)致井下監(jiān)控系統(tǒng)與通訊系統(tǒng)運(yùn)作困難甚至發(fā)生各種故障問題。換言之，煤礦井下生產(chǎn)工程操作安全性深受影響，監(jiān)控中斷或通信失效問題就會發(fā)生。如此看來，有效解決變頻器干擾，確保礦井作業(yè)安全生產(chǎn)很有必要。

3.1 井下生產(chǎn)項(xiàng)目中電氣設(shè)備的干擾問題

某礦井下生產(chǎn)項(xiàng)目中，電氣設(shè)備的干擾問題比較嚴(yán)重，下文簡單分析5 點(diǎn)。

（1）在煤礦井下生產(chǎn)項(xiàng)目中，電網(wǎng)中的電器軟件容易受到諧波干擾影響，進(jìn)而產(chǎn)生諧波損耗問題。這一問題所導(dǎo)致的結(jié)果就是輸變電和用電設(shè)備工作效率大幅度降低。

（2）諧波對電網(wǎng)影響較大，其所產(chǎn)生的電氣設(shè)備影響較大，一般來說，諧波變壓器所產(chǎn)生的機(jī)械振動較大，它會導(dǎo)致變壓器絕緣老化問題產(chǎn)生。且加上局部過熱現(xiàn)象，電氣設(shè)備的運(yùn)行壽命也會大打折扣，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備正常使用甚至出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。當(dāng)然，諧波對于電氣設(shè)備內(nèi)部軟硬件的干擾情況也很嚴(yán)重，電氣設(shè)備就會因此而失去生產(chǎn)能力。

（3）諧波會導(dǎo)致電網(wǎng)中局部串聯(lián)與并聯(lián)產(chǎn)生較大諧波，且諧波波段也會逐漸增大，嚴(yán)重干擾煤礦井下正常生產(chǎn)過程。

（4）如果諧波與電磁干擾較大，所以繼電保護(hù)裝置就會發(fā)生故障問題，直接導(dǎo)致電氣儀表測量計量產(chǎn)生巨大誤差，電氣設(shè)備也會因此而失去正常工作能力。

（5）在受到電磁輻射干擾后，某項(xiàng)目中變頻器的控制信號與檢測信號逐漸變?nèi)酰渌鶎?dǎo)致的結(jié)果就是系統(tǒng)控制機(jī)制紊亂，生產(chǎn)能力不足，甚至無法正常獲取各種檢測信號。變頻器對于某煤礦企業(yè)的煤礦井下生產(chǎn)而言非常重要，所以在產(chǎn)生諧波后，就必須解決變頻器干擾問題，導(dǎo)致變頻器干擾問題產(chǎn)生并愈發(fā)嚴(yán)重。

總體來講，需要思考某煤礦生產(chǎn)企業(yè)中煤礦井下的電氣設(shè)備抗干擾能力交叉，這極大程度上導(dǎo)致了電磁輻射強(qiáng)度頻率大幅度提升，同時周邊電子設(shè)備也被損壞。如果設(shè)備被損壞，電磁輻射對于設(shè)備的影響作用都會有所削弱，甚至產(chǎn)生負(fù)面影響作用。

3.2 井下生產(chǎn)項(xiàng)目中電氣設(shè)備的電磁抗干擾措施

某礦企業(yè)在煤礦井下生產(chǎn)項(xiàng)目中大量采用電氣設(shè)備，其電磁抗干擾措施包含以下5 點(diǎn)。

（1）合理設(shè)置變頻器抗干擾設(shè)備位置。首先，某煤礦井下生產(chǎn)項(xiàng)目希望合理設(shè)置變頻器抗干擾設(shè)備，優(yōu)化調(diào)整設(shè)備位置。在項(xiàng)目中，主要在礦井下設(shè)置了660V電壓動力變壓器，確保配合6kV 電壓來改變變頻器使用情況，同時，將電動機(jī)、變頻器以及動力變壓器放在較近距離位置。在合理設(shè)置變頻器位置情況，也需要將其放置在接近于水源位置，確保諧波直接引入大地中。

（2）動力電纜與通信電纜的選擇與敷設(shè)。首先，要明確電纜選擇內(nèi)容，一般選擇動力電纜或者通信電纜。第一是動力電纜，該類型電纜室能夠減小使用動力所帶來的輻射電磁干擾影響的。一般要將金屬屏蔽橡膠套放置于電纜位置上，配合變頻器與電機(jī)之間來縮短電纜長度，有效降低動力電纜所產(chǎn)生的諧波干擾。一般來說，要采用金屬屏蔽橡膠套來優(yōu)化電纜放置位置，避免所產(chǎn)生的諧波干擾影響過大。其次，要控制通信電纜，結(jié)合電纜監(jiān)控與通信來屏蔽電纜情況，關(guān)注變頻系統(tǒng)電纜敷設(shè)問題。保持其處于一定距離，最大限度減小控制通信電纜敷設(shè)的整體區(qū)域面積。

（3）優(yōu)化供電技術(shù)方式。要優(yōu)化供電技術(shù)方式，結(jié)合具體實(shí)踐操作來分析變頻器定壓情況，將其控制在660V 左右。主要是結(jié)合供電線路中所產(chǎn)生的較大諧波影響來展開分析，確保660V 電壓影響下電力6kV 供電線路來調(diào)整變頻器干擾問題。整體來講，就是要基于獨(dú)立形式來分析變頻器諧波干擾問題，切實(shí)優(yōu)化供電技術(shù)方式。

（4）正確選擇接地位置。在接地選擇方面，一般要考慮2 點(diǎn)問題：其一就是考慮安全問題；其二就是抑制干擾問題。要從整體層面上建立一套完整的接地系統(tǒng)，確保監(jiān)控與通信拉力得以強(qiáng)化，達(dá)成電磁抗干擾目標(biāo)。結(jié)合實(shí)際情況分析變頻器的接地面積情況，思考其優(yōu)化效果，整體來講就是要保證系統(tǒng)接地性、獨(dú)立性有效優(yōu)化，基于變頻器接地交叉情況展開計算分析。

（5）其他抗干擾措施。某項(xiàng)目中有效抑制電磁干擾的屏蔽濾波技術(shù)手段較多，它主要結(jié)合不同抗干擾方法來分析系統(tǒng)內(nèi)容，發(fā)揮巨大作用與效果。主要是結(jié)合相關(guān)關(guān)聯(lián)性問題來展開分析，有效優(yōu)化接地設(shè)備內(nèi)容，降低并屏蔽濾波要求，分析屏蔽技術(shù)內(nèi)容，降低濾波要求。在這一過程中，需要確?；谝欢V波來分析優(yōu)化操作效果，了解其中的傳導(dǎo)干擾情況，分析其中的雙面抗干擾作用。在有效減少所運(yùn)用的監(jiān)控系統(tǒng)與通信系統(tǒng)擬用量過程中，也需要確保光纖通信技術(shù)優(yōu)化到位。在分析通信系統(tǒng)中較強(qiáng)抗干擾能力過程中，也希望進(jìn)一步提升通信應(yīng)用水平，優(yōu)化相關(guān)操作效果。

總體來講，某項(xiàng)目中變頻器的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)越性不言而喻，它主要結(jié)合弊端問題來思考電網(wǎng)諧波干擾問題，分析濾波要求內(nèi)容。主要結(jié)合多點(diǎn)技術(shù)內(nèi)容建立分析機(jī)制，思考濾波相關(guān)要求。分析設(shè)備傳導(dǎo)干擾作用過程中，要結(jié)合多點(diǎn)技術(shù)內(nèi)容來建立外界設(shè)備電磁干擾問題，建立雙面抗干擾作用機(jī)制，適當(dāng)減少監(jiān)控系統(tǒng)與通信系統(tǒng)擬量。要結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)通信系統(tǒng)擬量來分析光纖通信內(nèi)容，要保證系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，進(jìn)而達(dá)到相對較好的通信效果。整體來講，變頻器本身優(yōu)越性表現(xiàn)較強(qiáng)，其弊端問題也相對較多，其中對電網(wǎng)的諧波干擾最強(qiáng)烈，也需要結(jié)合電磁輻射情況來分析相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，確保妥善解決諸多問題。主要是結(jié)合煤礦井下作業(yè)展開分析，思考其中不安全因素。在結(jié)合實(shí)際情況展開分析，需要對癥下藥。主要是基于監(jiān)控系統(tǒng)與通信系統(tǒng)來建立正常運(yùn)行工作機(jī)制，確保諸多技術(shù)內(nèi)容有效應(yīng)用到位。

4 結(jié)語

綜上所述，需要結(jié)合煤礦井下電氣設(shè)備的電磁干擾問題展開多元化分析，建立多渠道技術(shù)機(jī)制。結(jié)合不同項(xiàng)目不同現(xiàn)場內(nèi)容來分析具體處理技術(shù)方法。在這一過程中，也需要結(jié)合多點(diǎn)技術(shù)內(nèi)容展開分析，確保滿足系統(tǒng)應(yīng)用可靠性要求，為煤礦井下安全生產(chǎn)創(chuàng)造有利的空間條件，提高煤礦井下的整體生產(chǎn)工作效率與質(zhì)量。