煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)干擾分析及防治策略

摘 要：對(duì)于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)而言，干擾是不可避免的因素，會(huì)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)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(hào)失真、漏電流干擾等，并針對(duì)不同的干擾提出具體的防治對(duì)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(hào)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(hào)可能會(huì)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(qiáng)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(gè)方面。

1.1 電磁感應(yīng)干擾

如果兩個(gè)電路之間存在互感，在磁場(chǎng)的作用下，一個(gè)電路中電流的變化會(huì)耦合到另一個(gè)電路，即電磁感應(yīng)，比如啟、停大型動(dòng)力設(shè)備會(huì)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(huì)出現(xiàn)較大的電壓波動(dòng)，雖然安全監(jiān)控系統(tǒng)的電源均有寬電壓范圍設(shè)計(jì)，但卻無法控制供電線路的電磁場(chǎng)。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(hào)卻無法被吸收，從而直接作用于監(jiān)控信號(hào)。并且現(xiàn)階段井下高壓電纜會(huì)直接進(jìn)入采煤工作面移動(dòng)變壓器，井下線纜長(zhǎng)距離平行吊掛，會(huì)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(jí)信號(hào)傳輸介質(zhì)，對(duì)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(duì)安全系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)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(hào)失真

變頻器產(chǎn)生的高次諧波會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)并聯(lián)的電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾，而感應(yīng)耦合則會(huì)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(huì)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(diǎn)，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(huì)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(huì)引起干擾。傳感器的主要作用是把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，其包括敏感元件、轉(zhuǎn)換電路、測(cè)量電路、輔助電源等部分，而傳感器在進(jìn)行非電量向電量的轉(zhuǎn)換過程中，測(cè)量電路本身會(huì)成為一個(gè)放大器，實(shí)際檢測(cè)時(shí)，漏電流會(huì)對(duì)檢測(cè)精度產(chǎn)生影響，特別是漏電流進(jìn)入測(cè)量電路的輸入級(jí)時(shí)，影響會(huì)更加嚴(yán)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)中未明確抗干擾性能檢測(cè)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(huì)把傳感器數(shù)據(jù)采集方法改成脈寬計(jì)時(shí)方法，以實(shí)現(xiàn)2s快速斷電，而改用脈寬計(jì)數(shù)法僅捕捉傳感器輸出信號(hào)的一個(gè)脈寬可能會(huì)帶來嚴(yán)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(jì)，或者傳感器采用數(shù)字式串行碼傳輸方式，將實(shí)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(xiàng)重要考慮因素，以保證安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。

2.2 嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)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(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行。井筒與巷道內(nèi)的通信、信號(hào)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(hào)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(yùn)用信號(hào)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(zhǎng)距離信號(hào)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(yán)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(zhǎng)，供電能力就更弱，線纜間分布電容及分布電感也會(huì)隨之增加，從而對(duì)信號(hào)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(shí)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(jìn)巷道長(zhǎng)度的現(xiàn)實(shí)，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(guó)內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)所用的移頻鍵控模式的主信號(hào)傳輸模式的特點(diǎn)，多數(shù)廠家在進(jìn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，其中分站間或分站到傳輸接口間的距離均在20km以上。針對(duì)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(duì)抗干擾；并保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)供電電壓的穩(wěn)定性，纜線截面積要與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符，以提高信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)及傳感器在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行所受到的干擾多種多樣，具體情況具體分析，對(duì)不同的干擾采取不同的措施是抗干擾的原則。針對(duì)不同的運(yùn)行場(chǎng)合，系統(tǒng)可做相應(yīng)的抗干擾設(shè)計(jì)，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(jiǎn)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。