煤矿用产品电磁兼容测试技术研究

翟文涛

摘要：电磁兼容是一门新兴的综合性学科。对于我国煤矿行业而言，对矿井电磁环境的研究、测量和相关的试验研究刚开始起步，电磁环境的危害尚未充分显现。因此，研究煤矿井下电磁环境特殊性，制定针对煤矿井下设备电磁兼容性能的实验方法，对开展煤矿井下电磁兼容性研究具有指导意义。

关键词：电磁兼容；干扰源；监控系统；屏蔽

1.前言

随着电子技术的飞速发展，矿用电气设备的品种和数量也急骤增加，针对产品小型化、数字化、高速化、网络化的发展特点，再加之矿井特定有限空间里已有的恶劣电磁干扰环境，导致了井下电磁环境日趋复杂，如装备与装备、装备与环境、装备与工作人员之间，形成了不可忽视的“电磁污染”。电磁兼容的英文名称为Electromagnetic Comp-atibility，简称EMC。EMC是从过去的“电磁干扰”发展起来的。是一门新兴的综合学科。它是在无线电抗干扰技术的基础上扩展延伸而来。近几年，随着煤炭高产、高效、安全生产技术的推广应用，采煤、运输等设备的功率越来越大，监控与通信设备不断增多，这些设备产生的电磁干扰使矿用电子产品处于严酷的电磁环境中。为保证矿井监控与通信等电子设备的正常工作， 而又不对环境或其他电子设备造成干扰，矿井监控与通信等电子设备应具备电磁兼容性。

2.煤矿监控系统的组成及试验点选取

煤矿监控系统一般由主机、传输接口、分站、传感器、电源箱、电缆、避雷器和其他设备组成。主机和传输接口安装于地面调度机房，分站安装于采区变电所或掘进工作局部扇风机处，电源安装在分站附近，传感器安装于工作面、掘进面制定位置。传输接口与分站距离≥10km，传感器与分站距离≥2km。煤矿井下电磁兼容性研究是在有限的空间、时间等条件下，各种用电设备或系统在其电磁环境下能正常工作，并不对环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。主要概括为3个方面的含义：

2.1井下的电磁环境应是给定的或可预期的；

2.2井下设备、分系统或系统不应产生超过相关标准所规定的电磁骚扰发射（EMI）限值的要求；

2.3井下设备、分系统或系统应满足相关标准所规定的电磁敏感性（EMS）限值或抗扰度（Immunity）限值的要求。分站是监控系统的核心设备之一，向上通过总线与地面传输接口相连，向下可与传感器、执行器等相连，还与矿用本安电源相连，任何一个环节处理不当，就会引入传导干扰。因此，电磁干扰试验点将主要设置在以上几个部位（如图2.1所示）。

产生电磁兼容问题必须具备3个条件：干扰源，产生干扰的电路或设备；敏感源，受这种干扰影响的电路或设备：祸合路径，能将干扰源产生的干扰能量传递到敏感源的路径。本章将着重就以上三个方面，结合设备在矿井中的实际使用环境，提出针对矿井监控系统电磁兼容试验的测试部位和严酷等级。

3.煤矿监控系统的电磁兼容性要求

监控系统的电磁兼容性要求按照煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201规定），监控系统应能通过GB/117020.3规定的射频电磁场辐射抗扰度试验、通过GB/T17626. 4规定的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、通过GB/T17626.5规定的浪涌（冲击）抗扰度试验，且试验过程中系统应能正常进行数据采集、传输、显示、报警和断电，模拟量输入传输处理误差、系统最大巡检周期、控制执行时间、最大传输距离、最大监控容量应能满足要求。

电磁兼容测试贯穿在产品的设计、开发生产、使用和维护的整个周期，对设备达到电磁兼容起到至关重要的作用。设备的抗扰度测试又称为设备的敏感度测度（EMS），目的是测试设备承受各种电磁骚扰的能力。当设备由于受到骚扰影响而性能下降时其性能判据可分为四级：

A： EUT工作完全正常；

B： EUT工作指标或功能出现非期望偏離，但当骚扰去除后可自行恢复；

C： EUT工作指标或功能出现非期望偏离，骚扰源去除后不能自行恢复，必须依靠操作人员的介入，例如“复位”（不包括技术人员进行的硬件维修和软件得装）

方可恢复；

D： EUT的元器件损坏，数据丢失、软件故障等。

施加骚扰的强度由试验等级决定，等级越高强度越大。EMS试验结果应标明试验等级和性能判据。以下针对骚扰的不同性质、不同传播途径和方式，叙述各种不同的测试方法。

4.严酷等级

4.1 电快速瞬变脉冲群

采煤机、输送机等大型机电设备启/停和架线电机车火花将会在矿井监控与通信等电子设备的电源线、控制线和信号线上产生脉冲干扰。电快速瞬变脉冲群试验就是考核祸合到电子设备电源线、控制线和信号线上的由许多快速瞬变脉冲组成的脉冲群试验。试验严酷等级分为1、2、3、4和X级。

4.2 静电放电

为防止静电放电引起井下瓦斯和煤尘爆炸，用于井下的电气设备均具有防静电

措施，例如：采用塑料外壳的设备，应能防止正常工作时外壳积聚危险静电，其塑料外壳表面的绝缘电阻应不大于1 *109Ω，并且由于煤矿井下有淋水、潮湿，因此，工作在煤矿井下的电气设备没有必要对静电放电再进行要求。

4.3辐射电磁场

透地通信、漏泄通信、感应通信等矿井无线通信设备辐射的电磁场往往会干扰矿井监控与通信等电子设备的正常工作。辐射电磁场试验就是考核电子设备抗人为产生的连续电磁场辐射的能力。当然，矿用架线电机车产生的电火花、大型机电设备启/停产生的寄生辐射也会干扰矿井监控与通信等电子设备的正常工作，但这种干扰主要表现为传导干扰，这将在电快速瞬变脉冲群中考虑。当然，用于抗连续电磁辐射的抗干扰措施同样也能减少矿用架线电机车产生的电火花、大型机电设备启/停产生的寄生辐射等干扰的影响。

5.结论

本文在研究煤矿井下电磁环境特殊性的基础上，逐一分析辐射电磁场、电快速瞬变脉冲群、静电放电、电浪涌等电磁干扰的产生机理和影响范围、具有针对

性地提出了井下电器设备电磁兼容抗扰度的测试方法、测试部位和实验的严酷等级，并从理论上说明上述这些实验条件的建立是可行的，但其正确性还需具体的实验加以验证。

参考文献：

[1]王艺华.煤矿井下甚高频电磁十扰分布的分析[J].电信科学，2002 （2）： 1112.