煤礦電力設備防電磁干擾研究

任紹俊

摘要：煤炭資源被稱作我國工業的糧食，隨著科學技術的不斷發展，目前我國礦井下開始大量使用電子電力設備，但是電子電力設備所造成的諧波危害和電磁干擾問題也越來越引起人們的關注，本文分析了井下特殊電磁環境下電力電子設備產生的諧波干擾和電磁干擾特性，提出了礦井下防止電磁干擾的對策。

關鍵詞：電力設備電磁干擾諧波礦井

隨著現代科學技術的發展，電子及電氣設備的應用越來越廣泛，這些設備在

實際運行中構成了復雜的電磁環境，由此產生的強電磁干擾信號將影響設備本身

的正常運行。為解決這一問題，許多國家和組織都對電子電氣設備及系統的電磁

兼容性制定了相應的標準，電磁兼容包含兩方面的內容：電磁敏感性和電磁干擾性。電磁干擾產生的三要素是：電磁干擾源、干擾傳播路徑和敏感設備。電磁兼容問題的研究是圍繞電磁干擾的三要素進行的。自20世紀70年代，電力電子設備廣泛地應用于工業、醫療、家電等領域，它們所產生的電磁干擾問題也越來越引起了人們廣泛的關注。

一、煤礦井下特殊的電磁環境

1.特殊的工作環境

煤炭立井開采是由地面開鑿幾百米深井，在井下挖掘出各種縱橫交錯、形狀不同、長短不一的巷道，在巷道的一端布置開采工作面進行采煤。原煤經過采煤機割采，沿井巷輸送機械運送到井下煤倉，再由提升機將原煤提升到地面。原煤開采過程中的一些輔助設備由井下電力機車運送。

煤礦井下巷道截面狹窄、潮濕、礦塵大，有瓦斯、一氧化碳等易燃易爆氣體，有硫化氫等腐蝕性氣體。工作巷道布置復雜，包括電力纜線、電力設備、通信設備。監控設備、電力機車軌道和架空線路、通訊電纜、控制纜線等，都布置在截面有限的巷道中，從而構成了煤礦井下特殊的工作環境。

2.特殊的電磁環境

(1)電磁干擾傳播和耦合的特殊性。煤礦井下狹小的限定空間和巷道環境，如巷道截面形狀、尺寸、煤巖體、彎曲、分支、傾斜、通風設施等，會形成特殊的電磁傳播和耦合干擾路徑；煤礦井下采用中點不接地式的供電系統，其干擾傳播與耦合也不同于地面中性點接地供電系統；另外，煤礦井下的電壓等級比較多，都采用電力電纜供電，供電距離遠，分支多，電纜掛在巷道壁的一側，不同于地面電纜埋在地下或架空線。

(2)用電設備的特殊性。煤礦井下的電氣設備一般為防爆、本質安全型，功率大，位置相對集中，起停頻繁，電磁脈沖干擾嚴重；礦井中電力機車的接觸網，電火花干擾嚴重，沿巷道軌道分布的雜散電流傳播路徑復雜且干擾十分嚴重。

(3)無線電頻率傳輸電磁場的特殊性。煤礦井下現代通信設備的應用，形成巷道傳播模式的無線電頻率傳輸電磁場。

(4)煤巖體及瓦斯的電磁環境。煤礦井下煤巖動力變化過程中存在復雜的電磁環境，煤巖中的瓦斯流隨煤巖特性的變化，具有參數和傳播特性變化的電磁場特性。

二、煤礦井下電磁干擾問題

近些年來，煤礦井下發生過一些與電磁干擾相關的問題：

近幾年開始應用于井下的人員定位系統經常出現誤報或漏報現象，而這些產品在地面上應用都非常成功。

當采煤機或其他井下電力設備啟動或停車時，用于井下監測、監控的視頻和通信系統會出現圖像模糊或噪聲干擾現象。

井下電力機車司控道岔有時會出現誤動作，造成撞車和人員傷亡事故。

我國煤礦超限誤報警現象十分普遍，導致一些系統出現瓦斯超限報警時，不知是否應該采取相應措施。曾經發生過數起特大瓦斯爆炸事故，造成大量傷亡。

三、防電磁干擾的措施

1.屏蔽技術

屏蔽技術通過切斷輻射干擾的耦合路徑來抑制輻射干擾沿空間的傳播。電磁干擾沿空間的傳播是以電磁波的方式進行的，屏蔽技術的本質是將關鍵電路用一個屏蔽體包圍起來，使耦合到這個電路的電磁場或電磁波通過反射和吸收衰減掉。屏蔽技術包括場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽三種。

電場屏蔽使屏蔽體內的設備或電路不受外部電場影響，也不會對外部電場產生影響。有些電力電子設備為免除干擾，要實行電場屏蔽。例如整流橋的電源變壓器，在初級繞組和次級繞組之間包上金屬薄片或繞上一層漆包線并接地，從而達到屏蔽效用。

磁場屏蔽是指對靜磁場或交變磁場的屏蔽。磁場屏蔽的原理是由屏蔽體對干擾磁場提供低磁阻的磁通路，對干擾磁場進行分流，從而防止交變電場、交變磁場和交變電磁場的影響。

電磁屏蔽是利用集膚效應以阻止高頻電磁波透入良導體，它比靜電屏蔽和磁場屏蔽更具有普遍意義。

2.接地技術

接地技術對電力電子設備防電磁干擾問題有至關重要的意義，接地技術按照其作用可以分為安全接地和信號接地，其中安全接地又包括保護接地和防雷接地，安全接地是采用低阻抗的導體將設備外殼連接到大地，使操作人員不至于因為設備外殼漏電或靜電放電而發生觸電危險。保護接地是為絕緣損壞造成設備帶電危及人身安全而設置的保護裝置，它有接地和接零兩種方式。凡是采用三相四線供電的系統，由于中性點接地，所以應采用接零方式，即將設備的金屬外殼通過導體接至零線上。防雷接地是為防雷電而設置的接地保護裝置，通過將建筑物等設施或用電設備的外殼與大地連接，為提供泄放大電流的通路。

信號接地是為設備、系統內部各種電路的信號電壓提供的參考電平，為電源和信號提供零基準電位。系統基準地與大地相連，可保證設備工作穩定可靠，抑制電磁干擾。信號接地的方式可分為四種：懸浮地、單點接地、多點接地和混合接地。

參考文獻：

[1]馬偉明，張磊，孟進. 獨立電力系統及其電力電子裝置的電磁兼容. 北京:科學出版社，2007

[2]郝曉冬，喬恩明. 電源系統電磁兼容設計與應用. 北京:中國電力出版社，2007