煤礦井下電氣設備抗干擾技術的研究

尹廷周

（兗煤礦業工程有限公司（綜機安撤中心），山東 鄒城 273516）

煤礦井下生產存在諸多風險，其中電磁干擾風險不容忽視。一般來說，煤礦工業系統生產過程中容易形成電磁干擾，其主要來源就包括空間場干擾、電磁波輻射竄入系統干擾以及電源干擾，這些干擾情況會直接侵害到工業系統，其信號干擾通道與系統主機相連。所以，在煤礦井下，電氣設備的抗干擾技術工作必須全面有效展開。

1 煤礦井下電氣設備干擾源的產生成因

煤礦井下電氣設備干擾源產生的成因多種多樣，考慮到井下多采用高壓軟啟動、變頻器等等電力電子裝置，特別是大型設備數量類型較多，所以在設備交流電壓中是含有高頻成分的，且浪涌電壓值巨大。基于天線效應所產生的電磁輻射效應是相對較大，這種干擾主要通過電源或者疊加途徑產生正常工作信號，導致煤礦井下電氣設備產生較大分段高壓大電流，啟動工作難以順利展開。

這種干擾源影響了煤礦井下控制系統與信號采集系統，甚至正常通信工作也無法正常展開，煤礦井下生產的穩定性與安全可靠性大受影響。所以，針對煤礦井下的電氣設備干擾源管理必須實時到位，將管理措施貫穿于設計、安裝與維護全過程中。

2 煤礦井下電氣設備干擾源的有效措施

煤礦井下電氣設備干擾源種類較多、產生成因復雜，所以，針對這一電磁干擾的抗干擾技術措施主要包括硬件抗干擾措施與軟件抗干擾措施，下文分別來談。

2.1 基于硬件的抗干擾措施

硬件抗干擾在煤礦井下干擾源控制方面需要基于阻斷干擾通道展開，合理布置器件并選擇相關參數。要確保適當的硬件抗干擾措施來建立抑制系統，有效抑制絕大部分干擾問題。

考慮到井下電壓波動相對較大，所以，對設備中的CPU 或者DSP 數字信號處理必須到位，一般采用芯片供電電源，配合多級濾波，在集成電壓調整過程中解決電磁干擾問題。在本文看來，基于硬件的抗干擾硬件措施主要包含以下6 點。

（1）在系統設計過程中，需要結合硬件采用濾波技術，配合去耦技術來分析系統匹配高通或者低通濾波器，有效阻擋干擾信號串入系統中。

（2）在屏蔽和抑制金屬導體過程中，需要將屏蔽的元件、組合件、電路以及信號線等等全部包圍住。在抑制電流性耦噪聲耦合過程中，也希望有效屏蔽電磁干擾。在設計屏蔽抑制電磁金屬導體過程中，需要設計屏蔽罩直接屏蔽電磁干擾。

（3）對開關量的輸入與輸出采用光電隔離措施時，同時，也要做好繼電器隔離工作。要利用信號線來分析雙屏蔽雙絞線使用情況。在模擬量分析過程中，需要配合硬件濾波這一技術方式，主要將不同的模擬信號設置于同一條公共返回線中。

（4）采用帶屏蔽層的隔離變壓器進行供電，且在屏蔽保護中增加保護層次。隔離變壓器是能夠組織浪涌電壓與尖峰脈沖的。所以，硬件措施能有效抑制電磁干擾問題，配合光電隔離措施實現煤礦井下生產工作有效優化。

（5）要設置功率補償裝置，最大限度防止過補償或波形畸變現象。

（6）要設置變頻器、軟啟動情況，確保電子裝置輸入與輸出工作實施到位，確保選用帶功率補償的硬件設施裝置。例如，要采用到煤礦井下帶電容補償裝置或者供電開關，如此對于變頻器硬件設施有效抑制電磁干擾由一定作用。

2.2 基于軟件的抗干擾措施

在硬件抗干擾措施安排妥當后，也要思考采用軟件抗干擾措施，其目的就是切斷干擾確保系統控制穩定到位。一般來說，煤礦井下工業生產環境惡劣，生產過程中隨機性問題較多，所以必須發揮軟件靈活性，將其與硬件措施結合起來，共同提高系統的整體抗干擾能力。具體來講，需要在軟件中采用CRC 循環冗余碼驗算方法，確保數字濾波到位，甚至采用看門狗電子設備。

當然，安裝接地布線也是可行的，通過感應方式來傳播大量干擾信號，做到布線合理，有效平衡調整布線接地方式。大體來講，如下。

（1）就需要盡量采用直線控制電源，將交變磁場的影響程度降到最低，當然也要盡量規避銳角導線變化情況。

（2）要控制屏蔽電纜使用情況，結合電纜控制屏蔽層來做好單獨接地工作，結合一側高頻小電容接地來優化調整屏蔽層兩端差模高壓情況，確保其連接到相同地線上。在屏蔽層兩端直接接地過程中，也需要確保信號線與返回線二者聯合起來，最大限度減小感性耦合電磁干擾影響。

（3）需要在煤礦井下采用大功率變頻器，確保軟啟動裝置最好應用于供變壓器獨立供電過程中。

（4）要盡量減少導線傳輸距離，同時減少信號衰弱情況。在減少信號傳輸過程中干擾影響基礎上，也需要建立長距離傳輸機制，形成屏蔽層電纜組合。

（5）需要采用完善的接地系統，配合電氣設備抗干擾重要措施來分析煤礦井下設備，做好接地線纜布置工作，確保按照接地端子來形成最近接地點連接機制，有效獲得最強抗干擾能力。

3 煤礦井下電氣設備抗干擾技術的案例實踐應用

某礦井下生產工程項目主要采用變頻器進行驅動，它可以確保電動機系統正常生產運作，操作技術流程也得以簡化，維護調節工作更方便，可以達成較好生產效果。某煤礦生產企業自2015年開始采用變頻器驅動設備，擁有設備總量達到20 臺。考慮到煤礦井下作業環境相當惡劣，所以變頻器驅動工作開展往往容易受限，直接導致井下監控系統與通訊系統運作困難甚至發生各種故障問題。換言之，煤礦井下生產工程操作安全性深受影響，監控中斷或通信失效問題就會發生。如此看來，有效解決變頻器干擾，確保礦井作業安全生產很有必要。

3.1 井下生產項目中電氣設備的干擾問題

某礦井下生產項目中，電氣設備的干擾問題比較嚴重，下文簡單分析5 點。

（1）在煤礦井下生產項目中，電網中的電器軟件容易受到諧波干擾影響，進而產生諧波損耗問題。這一問題所導致的結果就是輸變電和用電設備工作效率大幅度降低。

（2）諧波對電網影響較大，其所產生的電氣設備影響較大，一般來說，諧波變壓器所產生的機械振動較大，它會導致變壓器絕緣老化問題產生。且加上局部過熱現象，電氣設備的運行壽命也會大打折扣，嚴重影響電氣設備正常使用甚至出現損壞現象。當然，諧波對于電氣設備內部軟硬件的干擾情況也很嚴重，電氣設備就會因此而失去生產能力。

（3）諧波會導致電網中局部串聯與并聯產生較大諧波，且諧波波段也會逐漸增大，嚴重干擾煤礦井下正常生產過程。

（4）如果諧波與電磁干擾較大，所以繼電保護裝置就會發生故障問題，直接導致電氣儀表測量計量產生巨大誤差，電氣設備也會因此而失去正常工作能力。

（5）在受到電磁輻射干擾后，某項目中變頻器的控制信號與檢測信號逐漸變弱，其所導致的結果就是系統控制機制紊亂，生產能力不足，甚至無法正常獲取各種檢測信號。變頻器對于某煤礦企業的煤礦井下生產而言非常重要，所以在產生諧波后，就必須解決變頻器干擾問題，導致變頻器干擾問題產生并愈發嚴重。

總體來講，需要思考某煤礦生產企業中煤礦井下的電氣設備抗干擾能力交叉，這極大程度上導致了電磁輻射強度頻率大幅度提升，同時周邊電子設備也被損壞。如果設備被損壞，電磁輻射對于設備的影響作用都會有所削弱，甚至產生負面影響作用。

3.2 井下生產項目中電氣設備的電磁抗干擾措施

某礦企業在煤礦井下生產項目中大量采用電氣設備，其電磁抗干擾措施包含以下5 點。

（1）合理設置變頻器抗干擾設備位置。首先，某煤礦井下生產項目希望合理設置變頻器抗干擾設備，優化調整設備位置。在項目中，主要在礦井下設置了660V電壓動力變壓器，確保配合6kV 電壓來改變變頻器使用情況，同時，將電動機、變頻器以及動力變壓器放在較近距離位置。在合理設置變頻器位置情況，也需要將其放置在接近于水源位置，確保諧波直接引入大地中。

（2）動力電纜與通信電纜的選擇與敷設。首先，要明確電纜選擇內容，一般選擇動力電纜或者通信電纜。第一是動力電纜，該類型電纜室能夠減小使用動力所帶來的輻射電磁干擾影響的。一般要將金屬屏蔽橡膠套放置于電纜位置上，配合變頻器與電機之間來縮短電纜長度，有效降低動力電纜所產生的諧波干擾。一般來說，要采用金屬屏蔽橡膠套來優化電纜放置位置，避免所產生的諧波干擾影響過大。其次，要控制通信電纜，結合電纜監控與通信來屏蔽電纜情況，關注變頻系統電纜敷設問題。保持其處于一定距離，最大限度減小控制通信電纜敷設的整體區域面積。

（3）優化供電技術方式。要優化供電技術方式，結合具體實踐操作來分析變頻器定壓情況，將其控制在660V 左右。主要是結合供電線路中所產生的較大諧波影響來展開分析，確保660V 電壓影響下電力6kV 供電線路來調整變頻器干擾問題。整體來講，就是要基于獨立形式來分析變頻器諧波干擾問題，切實優化供電技術方式。

（4）正確選擇接地位置。在接地選擇方面，一般要考慮2 點問題：其一就是考慮安全問題；其二就是抑制干擾問題。要從整體層面上建立一套完整的接地系統，確保監控與通信拉力得以強化，達成電磁抗干擾目標。結合實際情況分析變頻器的接地面積情況，思考其優化效果，整體來講就是要保證系統接地性、獨立性有效優化，基于變頻器接地交叉情況展開計算分析。

（5）其他抗干擾措施。某項目中有效抑制電磁干擾的屏蔽濾波技術手段較多，它主要結合不同抗干擾方法來分析系統內容，發揮巨大作用與效果。主要是結合相關關聯性問題來展開分析，有效優化接地設備內容，降低并屏蔽濾波要求，分析屏蔽技術內容，降低濾波要求。在這一過程中，需要確保基于一定濾波來分析優化操作效果，了解其中的傳導干擾情況，分析其中的雙面抗干擾作用。在有效減少所運用的監控系統與通信系統擬用量過程中，也需要確保光纖通信技術優化到位。在分析通信系統中較強抗干擾能力過程中，也希望進一步提升通信應用水平，優化相關操作效果。

總體來講，某項目中變頻器的技術應用優越性不言而喻，它主要結合弊端問題來思考電網諧波干擾問題，分析濾波要求內容。主要結合多點技術內容建立分析機制，思考濾波相關要求。分析設備傳導干擾作用過程中，要結合多點技術內容來建立外界設備電磁干擾問題，建立雙面抗干擾作用機制，適當減少監控系統與通信系統擬量。要結合監控系統通信系統擬量來分析光纖通信內容，要保證系統具有較強的抗干擾能力，進而達到相對較好的通信效果。整體來講，變頻器本身優越性表現較強，其弊端問題也相對較多，其中對電網的諧波干擾最強烈，也需要結合電磁輻射情況來分析相關技術內容，確保妥善解決諸多問題。主要是結合煤礦井下作業展開分析，思考其中不安全因素。在結合實際情況展開分析，需要對癥下藥。主要是基于監控系統與通信系統來建立正常運行工作機制，確保諸多技術內容有效應用到位。

4 結語

綜上所述，需要結合煤礦井下電氣設備的電磁干擾問題展開多元化分析，建立多渠道技術機制。結合不同項目不同現場內容來分析具體處理技術方法。在這一過程中，也需要結合多點技術內容展開分析，確保滿足系統應用可靠性要求，為煤礦井下安全生產創造有利的空間條件，提高煤礦井下的整體生產工作效率與質量。