煤矿安全监控系统受变频器电磁干扰的原因分析(周敏)

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1、煤矿安全监控系统受变频器电磁干扰的原因分析周敏(淮北市安全生产教育培训中心，安徽淮北235000)摘要：本文对变频器工作原理及其对煤矿安全监控系统的影响，以及变频器产生干扰的原因进行了分析论述。关键词：煤矿监控系统；变频干扰；影响分析1综述煤炭井下开采因受地质条件的限制，往往作业面距离监控中心较远。同时还存在着甲烷，巷道内还时常伴随着弥漫的煤尘，有时还有淋水、潮湿等影响。这种空间狭小、工作场所分散，且相互距离较远等恶劣的生产环境，一旦发生瓦斯爆炸、煤尘爆炸、火灾、水灾、顶板垮落等事故，都严重威胁着矿井的安全，使正常生产受到很大的影响。国家财产时刻受到威胁，而更为严重

2、的是井下工作人员的自身安全和健康为题受到威胁。煤矿井下安装安全监控系统后，就能够将井下的安全生产状态及时传送到地面的监控中心，随时可以发现井下的生产问题和生产故障。煤矿安全领域引入这一技术，通过与企业集团内部的计算机联网，实时可以将区域内煤矿安全生产情况（特别是井下甲烷浓度），实现实时监控、远程监控和集中监控。这样也可以针对突发情况及时采取调整作业方式、停止井下生产、人员迅速撤离等措施避险。按照国家的规定，如今大多数矿井都已安装了不同类型的安全监控系统。此系统的建立，不但能为安全生产、调度指挥、科学决策提供直观、可靠的手段，而且还能够有效地控制井下甲烷灾害，遏制甲烷

3、事故多发势头。然而，煤矿安全监控系统多是基于计算机网络的数字化监控系统，是信息产业和工业领域相结合的一门技术，也是基于计算机网络和计算机软件的技术，又是现代控制技术、数字通信技术、微电子技术的集成与发展。煤矿所用的安全监控系统，其通讯方式为基带传输和频带传输。由于在井下现场监控，需要长距离的系统传输电缆，它要与动力电缆平行设置。这样大型的机电设备频繁运行、启动和关闭，都会产生强大的电磁干扰。此电磁干扰，对采用频带传输(如FSK、PSK、PFSK，MSK等)的安全监控系统显然会带来干扰。理论分析表明，频带传输比采用时分基带传输(如RS-232C、RS-485等)5就有

4、明显的优点。在频带传输中，FSK在信息传输中其码元转换无相位突变，比较适合井下应用，它不但可有效提高系统的通信距离，而且还具有明显的抗干扰能力。在此，就电磁干扰问题进行分析与探讨。2变频器工作原理及其对监控系统的影响1）变频器工作原理分析。由于变频技术具有控制性能优良、节能效果显著、调节方便、维护简单、启动平稳、安全等特点，因此被广泛的应用。如今变频调速技术已被煤矿井上下生产系统普遍采用。煤矿低压变频器变频多数是通过控制IGBT(绝缘栅双极型电力场效应管)的导通和关断，输出频率连续可调的，且随着频率的变化，输出电流、电压变化及功率变化。根据转速同功率间的比例关系，最

5、终可实现调整电源输入功率，达到节电的目的。变频器是通过将多个低压功率单元的输出电压叠加，从而得到中高电压（见图1(a)的变频器原理框图）。三相交流电源经过整流器整流，变成可控制的直流电压，然后通过中心控制器CPU，控制逆变器，将支流电压转变成电压幅值和频率都可调节的交流电输出。这中间过程的频率、电流、电压检测信号送给CPU，经过各种信号的反馈，由中央控制器实现变频器内部的自动控制，并调节输出电压幅值和频率。同时通过一旁路电源直接供给(变频器出现故障时退出变频状态切人工频电网运行)。再一路进入变频系统，通过整流变压器二次侧输出，共提供l5个副边分别供给15个功率单元。

6、其中每相上有5个功率单元可提供正负各5个电压等级，每个功率单元占有总功率的1/15。整流变压器次级供电的三相二极管整流器将支流电容器充电至比交流值稍高的直流，该直流电压提供给由IGBT管子组成的桥式逆变电路。在任意时刻每个单元只有3种可能电压输出。若Q1和Q4同时导通，输出正常支流电压；若Q2和Q35同时导通，则输出相对负电压；若Q1和Q3或Q2和Q4同时导通，输出电压则为0V（见图1(b)）。2）变频器对监控系统的影响分析。实际上变频器就是一个干扰源，存在对监控系统的影响，会对通讯和安全监控系统带来很大的危害。变频器调试运行时，因绞车频繁停启，此处的监控系统出现非

7、正常大状态，会导致误断电动作等现象，影响正常生产。主要表现：①数据采集误差加大；②监控状态失灵；③数据受干扰发生变化；④变频器电磁干扰频谱较宽。像绞车变频器和水泵、钻机启动时产生较大的对外线路感应浪涌信号，工作面风巷探头都受到影响，而其中钻机启动时对探头影响最大。有时两项同时启动时产生的强烈信号干扰，还会导致探头出现误报警。3变频器产生干扰的原因分析1）变频器输入侧产生谐波机理分析。变频器在电源侧有整流回路的，都会产生因非线性引起的谐波。而在三相桥式整流回路中，输入电流的波形则为矩形波，其波形按傅立叶级数可分解为基波和各次谐波，通常含6n+1(n=1，2，3⋯)