摘要：煤炭长期是我国的主要能源，随着煤炭开采量的增加和大功率电力电子技术的进步，近年来煤矿井下开始大量使用电力电子设备，PWM变频器-感应电机驱动系统已经成为很多调速驱动设备的首选，它为社会生产和生活带来了巨大的经济效益和社会效益，但应用中电力电子设备产生的谐波和电磁干扰问题也越来越被关注。基于此，本文主要针对煤矿井下电力电子设备电磁干扰方面的内容进行了分析探讨，以供参阅。
关键词：煤矿井下；电力电子设备；电磁干扰
引言
现代化的煤矿企业继续改善,大量的现代电子设备由于电子技术的迅速发展，而广泛应用于煤矿企业的各个领域。一般来说,现代电子设备都拥有体积小、高密度等优点。他们为煤炭企业创造一个巨大的财富的同时，有一个客观现实的问题，它们辐射的电磁波对井下人员的身体健康，特别是电子设备的精确操作造成的危害。
1煤矿井下特殊的电磁环境
1.1特殊的工作环境
煤炭立井开采是由地面开凿几百米深井，在井下挖掘出各种纵横交错、形状不同、长短不一的巷道，在巷道的一端布置开采工作面进行采煤。原煤经过采煤机割采，沿井巷输送机械运送到井下煤仓，再由提升机将原煤提升到地面。原煤开采过程中的一些辅助设备由井下电力机车运送。煤矿井下巷道截面狭窄、潮湿、矿尘大，有瓦斯、一氧化碳等易燃易爆气体，有硫化氢等腐蚀性气体。工作巷道布置复杂，包括电力缆线、电力设备、通信设备。监控设备、电力机车轨道和架空线路、通讯电缆、控制缆线等，都布置在截面有限的巷道中，从而构成了煤矿井下特殊的工作环境。
1.2特殊的电磁环境
(1)电磁干扰传播和耦合的特殊性。煤矿井下狭小的限定空间和巷道环境，如巷道截面形状、尺寸、煤岩体、弯曲、分支、倾斜、通风设施等，会形成特殊的电磁传播和耦合干扰路径；煤矿井下采用中点不接地式的供电系统，其干扰传播与耦合也不同于地面中性点接地供电系统；另外，煤矿井下的电压等级比较多，都采用电力电缆供电，供电距离远，分支多，电缆挂在巷道壁的一侧，不同于地面电缆埋在地下或架空线。(2)用电设备的特殊性。煤矿井下的电气设备一般为防爆、本质安全型，功率大，位置相对集中，起停频繁，电磁脉冲干扰严重；矿井中电力机车的接触网，电火花干扰严重，沿巷道轨道分布的杂散电流传播路径复杂且干扰十分严重。(3)无线电频率传输电磁场的特殊性。煤矿井下现代通信设备的应用，形成巷道传播模式的无线电频率传输电磁场。(4)煤岩体及瓦斯的电磁环境。煤矿井下煤岩动力变化过程中存在复杂的电磁环境，煤岩中的瓦斯流随煤岩特性的变化，具有参数和传播特性变化的电磁场特性。
2井下电磁干扰对监控系统及通信系统的影响
2.1煤矿井下电磁干扰对监控系统的影响
井下监控系统是防爆的本质安全电路，存在防爆外壳，其外壳本身具有一定的屏蔽作用，因此对监控系统产生电磁干扰的影响主要是通过导线的传导干扰，电磁辐射干扰比较小。井下监控系统一方面要防止监控感应设备及井下监控分站的电磁辐射干扰，另一方面也要防止传输线路的传导耦合干扰。所以，监控感应设备及监控分站的安装位置应与电磁干扰源的距离不小于5m，传输线应与电磁干扰线路不小于0.3m的距离。
2.2煤矿井下电磁干扰对通信系统的影响
煤矿井下通信系统有漏泄通信系统、无线通信系统和有线通信系统。电磁干扰对无线通信系统的影响主要是通过辐射干扰对系统形成干扰，对有线通信系统的影响主要是通过传导耦合干扰对系统形成干扰，泄漏通信系统既受传导干扰又受辐射干扰的影响。对无线通信系统，电磁干扰主要是井下电磁辐射干扰，主要考虑辐射对通信发射系统、通信使用频段及通信接收系统的影响。井下通信频率的选择既要考虑井下的干扰频谱分布情况，又要考虑电磁波在井下的传播特性。对有线通信系统，电磁干扰主要来自传导耦合干扰，这是因为传输线都是屏蔽线。因此，辐射干扰对有线通信基本没有影响。井下传导干扰主要来自各种强电的传输线，频率为50Hz基波及各级谐波。在铺设传输线时，为了减少传导耦合干扰，应将传输线距强电传输线不小于0.3m的距离。对漏泄通信系统，电磁干扰比较复杂，因为漏泄通信系统的频率通常在450MHz以下，而在井下450MHz以下的电磁辐射干扰比较强，同时系统本身采用漏泄电缆传输信号。因此，要防止井下线路的传导耦合干扰，井下漏泄电缆应距强电传输线不小于0.3m的距离。
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3井下预防电磁干扰的方法
3.1屏蔽
电磁干扰抑制都采用外壳屏蔽盒缝隙屏蔽相结合的方式来实现。煤矿井下电子设备都使用防爆外壳，本身起到外壳屏蔽的作用，但屏蔽必须连续，并将敏感部分完全遮盖住。屏蔽技术就是采用一定的技术手段将电磁场限制在一定范围内，有磁场屏蔽、静电屏蔽和电磁屏蔽。其中电磁屏蔽通过选用导体壳来屏蔽高频电磁场。磁场屏蔽通过采用高磁导率材料来屏蔽恒定磁场和缓慢变化的交变磁场，使磁场主要集中在屏蔽体内。
3.2滤波
滤波是防止和抑制电磁干扰的一项重要措施。滤波器可以显著减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成分不等于有用信号的频率，滤波器对这些与有用信号频率不同的成分有良好的抑制能力，从而起到其他干扰抑制难以起到的作用。因此，采用滤波网络无论是抑制干扰源，还是增强接收设备抗干扰能力，都是有效的措施。用感容和阻容去耦网络能把电源盒电路隔开，消除电路间的耦合，并避免干扰信号进入电路。
3.3接地
接地措施主要有两个目的：一是使整个电路系统中的所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳定工作。二是防止外界电磁场的干扰。机壳接地可使因静电感应而积累在机壳上的大量电荷通过大地泄放。另外，电路的屏蔽体如果能选择合适的接地，也可以获得良好的屏蔽效果。
3.4隔离
所谓隔离是指从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来，这一点对监控设备来说非常重要，通过隔离为监控设备提供稳定可靠的电源。
4电磁干扰的预防措施
4.1从干扰源着手
4.1.1降低电磁干扰源传播的能量降低能量
这可以通过减少干扰电压源或减少导体之间的耦合电容,以减少干扰信号的电压。此外,该方法也可以并联使用,如:控制线路由于较长的领导,一个更大的循环区域生成的强耦合干扰可以被分割连接返回行削弱分布;利用分散的场分布降低了强场等。
4.1.2严格干扰源的电路设计
开关电源是一种典型的干扰来源可以产生强烈的电磁干扰,以开关电源为例。造成开关电源电磁干扰的主要原因:自然的方波电压和电流转换生成的丰富的谐波电压和电流。因此,为了提高开关电源的稳定性和可靠性,严格其电路设计可以抑制或削弱其电磁干扰,您可以使用以下方法:电路布线,以避免90°折线;负反馈电路的应用程序;注意,数字电路和模拟电路PCB注意大电流电路和小电流电路,减少单点接地电阻,降低了输出整流电路的包围面积，等等。
4.2切断传播途径
这是抗电磁干扰常用的有效措施,有三种方法。首先,接地,第二是屏蔽的,第三个过滤器。
4.3提高电子设备的抗干扰性能
当然，接地和屏蔽措施都能提高抗干扰能力，可以使电子设备抵御外界的电磁干扰。其他方法如通过使用光电耦合实现分离也是一种有效的方法，其应用可以参见文献。另外，在电子电路设计中要考虑的因素。
结束语
大功率电力电子技术的快速发展和变频设备在煤矿井下的广泛应用，产生的谐波及电磁干扰问题备受关注，对煤矿井下机械、通信和监控等设备的可靠、安全运行提出了越来越严格的要求。对煤矿井下电力电子设备的电磁干扰研究和电磁兼容性设计对变频器和井下设备的安全可靠运行，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。
参考文献
[1]王飞.电子产品的电磁兼容对策[J].中国计量,2015(6):53.
[2]贾艳辉.电子设备电磁干扰的产生及抑制[J].山西焦煤科技,2015(增刊):37-39.
论文作者:张海静
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/22
标签：井下论文; 干扰论文; 电磁干扰论文; 煤矿论文; 屏蔽论文; 巷道论文; 电路论文; 《电力设备》2018年第4期论文;