煤矿井下电气设备抗干扰技术的研究

2024-06-08尹廷周

中国设备工程 2024年10期

尹廷周

（兖煤矿业工程有限公司（综机安撤中心），山东邹城 273516）

煤矿井下生产存在诸多风险，其中电磁干扰风险不容忽视。一般来说，煤矿工业系统生产过程中容易形成电磁干扰，其主要来源就包括空间场干扰、电磁波辐射窜入系统干扰以及电源干扰，这些干扰情况会直接侵害到工业系统，其信号干扰通道与系统主机相连。所以，在煤矿井下，电气设备的抗干扰技术工作必须全面有效展开。

1 煤矿井下电气设备干扰源的产生成因

煤矿井下电气设备干扰源产生的成因多种多样，考虑到井下多采用高压软启动、变频器等等电力电子装置，特别是大型设备数量类型较多，所以在设备交流电压中是含有高频成分的，且浪涌电压值巨大。基于天线效应所产生的电磁辐射效应是相对较大，这种干扰主要通过电源或者叠加途径产生正常工作信号，导致煤矿井下电气设备产生较大分段高压大电流，启动工作难以顺利展开。

这种干扰源影响了煤矿井下控制系统与信号采集系统，甚至正常通信工作也无法正常展开，煤矿井下生产的稳定性与安全可靠性大受影响。所以，针对煤矿井下的电气设备干扰源管理必须实时到位，将管理措施贯穿于设计、安装与维护全过程中。

2 煤矿井下电气设备干扰源的有效措施

煤矿井下电气设备干扰源种类较多、产生成因复杂，所以，针对这一电磁干扰的抗干扰技术措施主要包括硬件抗干扰措施与软件抗干扰措施，下文分别来谈。

2.1 基于硬件的抗干扰措施

硬件抗干扰在煤矿井下干扰源控制方面需要基于阻断干扰通道展开，合理布置器件并选择相关参数。要确保适当的硬件抗干扰措施来建立抑制系统，有效抑制绝大部分干扰问题。

考虑到井下电压波动相对较大，所以，对设备中的CPU 或者DSP 数字信号处理必须到位，一般采用芯片供电电源，配合多级滤波，在集成电压调整过程中解决电磁干扰问题。在本文看来，基于硬件的抗干扰硬件措施主要包含以下6 点。

（1）在系统设计过程中，需要结合硬件采用滤波技术，配合去耦技术来分析系统匹配高通或者低通滤波器，有效阻挡干扰信号串入系统中。

（2）在屏蔽和抑制金属导体过程中，需要将屏蔽的元件、组合件、电路以及信号线等等全部包围住。在抑制电流性耦噪声耦合过程中，也希望有效屏蔽电磁干扰。在设计屏蔽抑制电磁金属导体过程中，需要设计屏蔽罩直接屏蔽电磁干扰。

（3）对开关量的输入与输出采用光电隔离措施时，同时，也要做好继电器隔离工作。要利用信号线来分析双屏蔽双绞线使用情况。在模拟量分析过程中，需要配合硬件滤波这一技术方式，主要将不同的模拟信号设置于同一条公共返回线中。

（4）采用带屏蔽层的隔离变压器进行供电，且在屏蔽保护中增加保护层次。隔离变压器是能够组织浪涌电压与尖峰脉冲的。所以，硬件措施能有效抑制电磁干扰问题，配合光电隔离措施实现煤矿井下生产工作有效优化。

（5）要设置功率补偿装置，最大限度防止过补偿或波形畸变现象。

（6）要设置变频器、软启动情况，确保电子装置输入与输出工作实施到位，确保选用带功率补偿的硬件设施装置。例如，要采用到煤矿井下带电容补偿装置或者供电开关，如此对于变频器硬件设施有效抑制电磁干扰由一定作用。

2.2 基于软件的抗干扰措施

在硬件抗干扰措施安排妥当后，也要思考采用软件抗干扰措施，其目的就是切断干扰确保系统控制稳定到位。一般来说，煤矿井下工业生产环境恶劣，生产过程中随机性问题较多，所以必须发挥软件灵活性，将其与硬件措施结合起来，共同提高系统的整体抗干扰能力。具体来讲，需要在软件中采用CRC 循环冗余码验算方法，确保数字滤波到位，甚至采用看门狗电子设备。

当然，安装接地布线也是可行的，通过感应方式来传播大量干扰信号，做到布线合理，有效平衡调整布线接地方式。大体来讲，如下。

（1）就需要尽量采用直线控制电源，将交变磁场的影响程度降到最低，当然也要尽量规避锐角导线变化情况。

（2）要控制屏蔽电缆使用情况，结合电缆控制屏蔽层来做好单独接地工作，结合一侧高频小电容接地来优化调整屏蔽层两端差模高压情况，确保其连接到相同地线上。在屏蔽层两端直接接地过程中，也需要确保信号线与返回线二者联合起来，最大限度减小感性耦合电磁干扰影响。

（3）需要在煤矿井下采用大功率变频器，确保软启动装置最好应用于供变压器独立供电过程中。

（4）要尽量减少导线传输距离，同时减少信号衰弱情况。在减少信号传输过程中干扰影响基础上，也需要建立长距离传输机制，形成屏蔽层电缆组合。

（5）需要采用完善的接地系统，配合电气设备抗干扰重要措施来分析煤矿井下设备，做好接地线缆布置工作，确保按照接地端子来形成最近接地点连接机制，有效获得最强抗干扰能力。

3 煤矿井下电气设备抗干扰技术的案例实践应用

某矿井下生产工程项目主要采用变频器进行驱动，它可以确保电动机系统正常生产运作，操作技术流程也得以简化，维护调节工作更方便，可以达成较好生产效果。某煤矿生产企业自2015年开始采用变频器驱动设备，拥有设备总量达到20 台。考虑到煤矿井下作业环境相当恶劣，所以变频器驱动工作开展往往容易受限，直接导致井下监控系统与通讯系统运作困难甚至发生各种故障问题。换言之，煤矿井下生产工程操作安全性深受影响，监控中断或通信失效问题就会发生。如此看来，有效解决变频器干扰，确保矿井作业安全生产很有必要。

3.1 井下生产项目中电气设备的干扰问题

某矿井下生产项目中，电气设备的干扰问题比较严重，下文简单分析5 点。

（1）在煤矿井下生产项目中，电网中的电器软件容易受到谐波干扰影响，进而产生谐波损耗问题。这一问题所导致的结果就是输变电和用电设备工作效率大幅度降低。

（2）谐波对电网影响较大，其所产生的电气设备影响较大，一般来说，谐波变压器所产生的机械振动较大，它会导致变压器绝缘老化问题产生。且加上局部过热现象，电气设备的运行寿命也会大打折扣，严重影响电气设备正常使用甚至出现损坏现象。当然，谐波对于电气设备内部软硬件的干扰情况也很严重，电气设备就会因此而失去生产能力。

（3）谐波会导致电网中局部串联与并联产生较大谐波，且谐波波段也会逐渐增大，严重干扰煤矿井下正常生产过程。

（4）如果谐波与电磁干扰较大，所以继电保护装置就会发生故障问题，直接导致电气仪表测量计量产生巨大误差，电气设备也会因此而失去正常工作能力。

（5）在受到电磁辐射干扰后，某项目中变频器的控制信号与检测信号逐渐变弱，其所导致的结果就是系统控制机制紊乱，生产能力不足，甚至无法正常获取各种检测信号。变频器对于某煤矿企业的煤矿井下生产而言非常重要，所以在产生谐波后，就必须解决变频器干扰问题，导致变频器干扰问题产生并愈发严重。

总体来讲，需要思考某煤矿生产企业中煤矿井下的电气设备抗干扰能力交叉，这极大程度上导致了电磁辐射强度频率大幅度提升，同时周边电子设备也被损坏。如果设备被损坏，电磁辐射对于设备的影响作用都会有所削弱，甚至产生负面影响作用。

3.2 井下生产项目中电气设备的电磁抗干扰措施

某矿企业在煤矿井下生产项目中大量采用电气设备，其电磁抗干扰措施包含以下5 点。

（1）合理设置变频器抗干扰设备位置。首先，某煤矿井下生产项目希望合理设置变频器抗干扰设备，优化调整设备位置。在项目中，主要在矿井下设置了660V电压动力变压器，确保配合6kV 电压来改变变频器使用情况，同时，将电动机、变频器以及动力变压器放在较近距离位置。在合理设置变频器位置情况，也需要将其放置在接近于水源位置，确保谐波直接引入大地中。

（2）动力电缆与通信电缆的选择与敷设。首先，要明确电缆选择内容，一般选择动力电缆或者通信电缆。第一是动力电缆，该类型电缆室能够减小使用动力所带来的辐射电磁干扰影响的。一般要将金属屏蔽橡胶套放置于电缆位置上，配合变频器与电机之间来缩短电缆长度，有效降低动力电缆所产生的谐波干扰。一般来说，要采用金属屏蔽橡胶套来优化电缆放置位置，避免所产生的谐波干扰影响过大。其次，要控制通信电缆，结合电缆监控与通信来屏蔽电缆情况，关注变频系统电缆敷设问题。保持其处于一定距离，最大限度减小控制通信电缆敷设的整体区域面积。

（3）优化供电技术方式。要优化供电技术方式，结合具体实践操作来分析变频器定压情况，将其控制在660V 左右。主要是结合供电线路中所产生的较大谐波影响来展开分析，确保660V 电压影响下电力6kV 供电线路来调整变频器干扰问题。整体来讲，就是要基于独立形式来分析变频器谐波干扰问题，切实优化供电技术方式。

（4）正确选择接地位置。在接地选择方面，一般要考虑2 点问题：其一就是考虑安全问题；其二就是抑制干扰问题。要从整体层面上建立一套完整的接地系统，确保监控与通信拉力得以强化，达成电磁抗干扰目标。结合实际情况分析变频器的接地面积情况，思考其优化效果，整体来讲就是要保证系统接地性、独立性有效优化，基于变频器接地交叉情况展开计算分析。

（5）其他抗干扰措施。某项目中有效抑制电磁干扰的屏蔽滤波技术手段较多，它主要结合不同抗干扰方法来分析系统内容，发挥巨大作用与效果。主要是结合相关关联性问题来展开分析，有效优化接地设备内容，降低并屏蔽滤波要求，分析屏蔽技术内容，降低滤波要求。在这一过程中，需要确保基于一定滤波来分析优化操作效果，了解其中的传导干扰情况，分析其中的双面抗干扰作用。在有效减少所运用的监控系统与通信系统拟用量过程中，也需要确保光纤通信技术优化到位。在分析通信系统中较强抗干扰能力过程中，也希望进一步提升通信应用水平，优化相关操作效果。

总体来讲，某项目中变频器的技术应用优越性不言而喻，它主要结合弊端问题来思考电网谐波干扰问题，分析滤波要求内容。主要结合多点技术内容建立分析机制，思考滤波相关要求。分析设备传导干扰作用过程中，要结合多点技术内容来建立外界设备电磁干扰问题，建立双面抗干扰作用机制，适当减少监控系统与通信系统拟量。要结合监控系统通信系统拟量来分析光纤通信内容，要保证系统具有较强的抗干扰能力，进而达到相对较好的通信效果。整体来讲，变频器本身优越性表现较强，其弊端问题也相对较多，其中对电网的谐波干扰最强烈，也需要结合电磁辐射情况来分析相关技术内容，确保妥善解决诸多问题。主要是结合煤矿井下作业展开分析，思考其中不安全因素。在结合实际情况展开分析，需要对症下药。主要是基于监控系统与通信系统来建立正常运行工作机制，确保诸多技术内容有效应用到位。