提高煤矿仪器仪表电磁抗扰度设计

詹放易 梁 誉 郑州光力科技股份有限公司 河南郑州 450001

【文章摘要】

煤炭是我国的主要能源，在开采的过程中，煤炭的安全生产最为重要，随着我国现代化的不断发展，对煤炭的安全生产提出了“从零开始， 向零奋斗”的口号。一直以来，困扰煤矿安全问题的因素之一就是电磁信号对井下仪器仪表设备的干扰，进而影响井下仪器仪表的正常工作。因此，国家不断加强对矿井仪器仪表安全性的技术改造，并取得了显著的技术成果和经济效益，为了进一步提高煤矿仪器仪表的安全性建设，本文将探讨井下电磁干扰的原因，进而阐述提高井下仪器仪表的抗干扰度的具体方法。

【关键词】

电磁信号；仪器仪表；抗干扰度

1 煤矿井下电磁干扰产生的原因

煤碳生产属于高危行业之一。由于煤矿地理环境复杂，井下作业环境恶劣，存在诸多安全隐患，很容易发生事故。过去采煤的方式一直是炮采，现在我国大中型矿井多采用综采，而综采机的使用功率非常大，尤其在综采机的启动时，需要很大的电功率，煤矿供电网络电压因此产生波动；同时，井下绞车、大型水泵等设备需要进行软启，软启的使用会在矿井供电网络产生脉冲电压，最终这些电磁信号会干扰矿井仪器仪表的正常工作，甚至导致事故的发生。即对井下智能仪器仪表产生电磁干扰的主要原因是煤矿大功率设备的启动和关停所造成电网电压的波动，以及软启的使用，会使矿井设备内部的感性、容性器件产生充、放电，进而产生巨大的峰值脉冲，进而对矿井仪器仪表造成读数误差等的影响。现如今，井下智能设备使用日益频繁，电磁污染已经成为了影响煤矿实现自动化生产的巨大阻碍。

2 煤矿井下电磁干扰产生的危害

首先，电磁干扰会产生电压波动，这种电压的波动会持续数个周期，井下变压器、绞车、大型水泵的使用等都会造成矿井电网电压的波动。煤矿电网电压的波动会导致井下仪器仪表测量产生误差，动作装置产生误动作甚至卡死等现象。电压下降是一种经常遇到的问题。其次，电磁干扰会产生突波，突波会使电网电压突然升高，并且会持续几个周期，例如，当井下的大型用电设备突然停止运转时，输电网络中的电压就会突然增高，形成突波，突波的形成会造成井下仪器仪表的记录数据出现乱码，甚至损坏井下仪器仪表。据统计，井下一半以上仪器仪表故障都是由于受到了突波的干扰；同时，电磁干扰会产生尖波，尖波的形成则主要是因为井下大型用电设备开关以及电弧放电所造成。尖波的电压平均为5kv，持续数0.3-4ms，尖波的危害很大，尖波不仅能够对井下仪器仪表造成干扰，而且能够破坏用电设备的输入滤波器；再者，电磁干扰会造成波形失真，矿用电压波形失真的主要原因是整流器、电子调速装备等的使用所造成的，同时，二次电源本身也会造成波形的失真，矿用网络波形的失真不仅会造成井下高、低爆开关的误动作，同时会造成仪器仪表，例如瓦斯测量仪、一氧化碳测量仪等仪器的读数出现错误，并且，波形失真会干扰井下通信系统，影响中控室对井下人员命令的传达。最后，电磁干扰会产生接触网干扰，接触网干扰是指井下的岩层中产生的持续不断的脉冲群，接触网干扰产生的原因是井下运料的钢轨车在来回运送物料的时候钢轮与钢轨进行摩擦，产生无序的电流，这些电流在岩层中随机流散，进而对井下的仪器仪表产生脉冲干扰，导致井下仪器仪表读数不准确，严重时会造成仪器仪表的死机。

3 煤矿井下电磁干扰的解决方法

要解决电磁干扰就必须从三个因素入手: 首先，需要降低干扰度；再者，我们需要切断干扰源的传播；最后，我们可以想方设法去提高井下仪器仪表的抗干扰能力；由于井下环境复杂，同时一些电磁干扰源短期内无法根除，例如综采机产生的电磁干扰，因此本文从提高仪器仪表的抗电磁干扰度入手，进而提高井下仪器仪表的抗电磁干扰能力。根据以上电磁干扰的分析，提出以下四点解决方案。

3.1 加装电源滤波器

仪器仪表通过安装电源滤波器能够消除煤矿用电网络中产生的尖波和谐波。这种滤波器的是由线圈、电容等器件构成，亦可以说电源滤波器是由两个相互独立的低通滤波器所构成，这两个低通滤波器一个起着使共模干扰衰减的作用，一个起着使差模干扰衰减的作用，电源滤波器的特点是使仪器仪表避免差模和工模信号的干扰，最终保护井下仪器仪表的正常运转。为了能够保证电源滤波器起到良好的滤波效果，在安装的时候，需要将滤波器进行接地，

同时要保证接地的面积的大小，接地面积一般需和滤波器的外壳相等。滤波器的进线与出线要远离、不能交叉且要贴近金属隔板固定，交流与直流要分开；滤波器的出线到直流、交流转换模块输入端的连线要短并绞织，绞距不大于2cm，多余的要剪掉；滤波器地线要用导线引出至接地线端子，不能用外壳作接地引线；电源板和处理器采集板要分开布置，中间用金属板隔开，金属板要与滤波器外壳接地点保持良好接触。

3.2 加装磁珠

据统计，绝大多数电磁干扰是通过电源线传导的，电源线是电磁干扰出入电气设备的主要通道，也就是说，切断电源线这个干扰传输通道，就可解决大部分电磁干扰问题。磁珠由一些特殊材料合成，通常是采用铁镁合金或铁镍合金材料制成，磁珠的制造工艺和机械性能与陶瓷相似， 其颜色为灰黑色，其等效电路为电感和电阻组成的串联电路。在高频段，磁珠具有电阻特性；在低频段，磁珠具有电感特性。电源线在穿过磁珠时，干扰的高次谐波分量被磁珠吸收并转换成热能耗散掉，低频谐波分量被反射，从而使干扰受到抑制。加装磁珠时需注意两方面，一方面是加装磁珠时，磁珠要加装在仪器仪表电源滤波器的输入端口，尽量使磁珠靠近电源接线的端子处；另一方面是加装磁珠时，磁珠外要套上热缩套，避免磁珠收到热胀冷缩的影响。

3.3 隔离技术

煤矿仪器仪表采用隔离技术，目的是将井下仪器仪表器件内部电路的输入单元、数据处理器和输出单元之间很好的隔离开来，避免各个单元所产生的电磁信号相互干扰，这样可以降低仪器仪表内部各功能模块的电磁干扰度，从而提高了仪器仪表的抗电磁干扰能力。

3.4 加装信号输入滤波器

这种滤波器内部由片式磁珠组成，片式磁珠是如今广泛采用的一种抗电磁干扰器件，片式磁珠具有高阻抗的性能，能够降低煤矿供电网络中的电磁信号对仪器仪表的电磁干扰，从而提高仪器仪表的抗电磁干扰性能。

4 结语

提高煤矿仪器仪表的电磁抗干扰度是煤矿安全生产的有力保障，本文从加装电源滤波器、加装磁珠、采用隔离技术和加装输入滤波器这几个方面论证了提高煤矿仪器仪表抗电磁干扰度的方法，并实际的运用中取得了很好的效果。总之，期望在不断提高检测设备的工作性能的基础上，确保我国煤矿的安全生产。

【参考文献】

[1] 张齐尧. 煤矿仪器仪表安全管理: 第5 版. 成都: 成都科技大学出版社,2013 ：34-37