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煤礦井下甚高頻電磁幹擾分布的分析

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:033时间:2019-11-09

井下無線通訊是現代化煤炭生產中的首要環節之一,特別是近年來隨著煤炭生產技術的不斷發展和生產治理水平的不斷進步,對信息技術和井下無線通訊提出了愈來愈高的要求,智能化、寬帶化 、綜合化已成為井下無線通訊發展的必由之路。但是,電磁幹擾是井下無線通訊突出的製約身分,特別我國煤炭生產首要是采用長壁式采掘方式,這就帶來了井下電磁環境的複雜性、多變性。2 電磁幹擾的形成 井下無線通訊的電磁幹擾噪聲首要可分為兩大類,即:自然噪聲和產業噪聲。自然噪聲包括:天電噪聲、大氣噪聲和宇宙噪聲 ,首要包括雷電、大氣的熱輻射和來自宇宙的射電輻射等。產業噪聲是指產業部分所使用的各類電器裝配及設備運行時所產生的電磁噪聲。由於 ,這些裝配及設備隻要用電運行 ,就會產生電流或電壓的突變,也就成為噪聲的發生源。這類噪聲進進了運行中的通訊係統就變成了幹擾噪聲。電磁幹擾噪聲對通訊係統的傳播途徑首要有兩種,一種是電磁波輻射 ,另一種是沿金屬導體傳導。礦井裏的首要幹擾源是產業噪聲,首要包括電力電纜、變壓器、可控矽裝配和電火花等。在大中型礦井中,電力電纜線路不但很長,而且分支很多。(1) 電力電纜的電磁幹擾電力電纜的電磁幹擾可以分為三類,即:脈衝的、周期性的和起伏的。按頻譜的形式,可將幹擾分為離散頻譜和連續頻譜兩類。電力網中電壓不是嚴格保持恒定,其振幅圍繞著均勻振幅不斷地上下波動,而頻率也在一定範圍內變化。供電網中電壓的大變化發生在大動力設備接進的時刻,但供電電壓波動的頻譜是窄帶的,而且在一定的時間間隔內供電電壓的頻譜可以以為是離散的 。電力網的另外一個最首要的特點就是電壓變化時,高次分量的頻譜極其豐富。而且變壓器由於其鐵芯磁化曲線的非線性,也使之成為非線性設備,是以輸送到變壓器的各種頻率的振蕩(電力網電壓的諧波)就形成了一個各組合分量的無窮級數。由於某些高次分量的電平急劇增加,組合頻率就和某些諧波的頻率相同。起始振蕩的全部諧波形成組合,但其首要部分是1、3、5、7次諧波。 電力電纜形成幹擾的機理是由於電纜的漏磁場引發的感應輻射釀成的。固然電纜在任一截麵上、任一時刻的電流之和總是即是零,但是由於電纜芯線間有一定的間隔,由各芯線建立起來的電場和磁場,並未在電纜內完全抵消,因此滲透至電纜四周空間。在三相電力係統中,任一時刻電纜一根芯線中的電流 ,其大小即是另外二根芯線中的電流之和 ,而電流方向正好相反,因此三相係統可用雙線係統來等效。這類線路的電場和磁場強度,可用下列表示:磁場水平切向分量磁場水平徑向分量電場隻有軸向分量式中:I——線路中的電流,α——線間間隔的一半,γ——由線路中間點到觀察點間的間隔,μ——空間導磁係數,ω——電流的角頻率。脈衝幹擾和起伏幹擾都屬於具有連續頻譜的幹擾。脈衝幹擾形成於電力網中發生換接(即交流電流從正值變成負值的瞬間)的時候。換接脈衝幹擾的持續時間在0.1~1ms的範圍內波動。在變換操縱不精確、不快捷的時候 ,就會出現各種不同持續時間的脈衝群,所以換接脈衝幹擾可以以為是單獨的和互不相幹的。(2) 接觸網的電磁幹擾另一種強大的產業幹擾源就是礦井中電力機車的接觸網。接觸網的電磁幹擾除了具有電力電纜的電磁幹擾的所有特性外,還具有隨機性脈衝的特性。接觸網產生的脈衝幹擾是一些振幅和持續時間都帶有隨機性的、經常反複的大脈衝群。接觸網的地線是電力機車的軌道鋼軌,由於鋼軌直接接觸巷道的岩石,所以有巨大的雜散電流流散到四周的岩層中,這些電流的交變分量就形成了幹擾 。和起因於換接的脈衝幹擾相反,由接觸網所產生的脈衝幹擾,不能以為是單獨的和互不相幹的。受電弓與滑接饋電線間、電機車直流電機的電刷與整流子之間、車輪與軌道間、在軌道的接合處和掛鉤之間都會產生大量的電火花 。火花特別大的地方是在采區裝車點,由於在裝車點鋼軌經常被煤所填平,加之車輪與鋼軌之間的輾壓,產生大量的煤末 ,而這些煤末就是形成火花的關鍵身分之一。這些電火花幹擾的頻譜相當寬,而這些幹擾的電平與頻譜取決於電火花的能量,即電機車的電壓等級 、負載電流大小、接觸網敷設狀況等。3 電磁幹擾的實測 近兩年,先後對三個大型礦井的井下電磁幹擾進行了實地測試,這三個礦井的大致情況是:西曲礦:年產300萬噸,井下機車500V,礦車載重量5噸,井型為平峒;馬蘭礦:年產400萬噸,井下機車500V,礦車載重量5噸,井型為豎井;西銘礦:年產400萬噸,井下機車250V,礦車載重量3噸(上水平),井型為平峒。采用Protek3200場強測試儀進行測試 。測試位置為,西曲礦:中心變電所、南北聯絡巷;馬蘭礦:中心變電所、一號卸載坑;西銘礦 :上水平井口 、縱深1700m、4000m、8000m共四處。測試方式為:窄帶調頻N-MF,步距25kHz。4 結論 不同礦VHF電磁幹擾電平分布規律是不同的。這首要取決於幹擾源的多少、強度及巷道布置形式,具體包括:電機車台數、功率、電力機車的接觸網與受電弓狀況,鋼軌敷設情況,變壓器台數 、容量 ,是否有可控矽整流裝配,提升機的拖動裝配,高低壓電力電纜的長度等。同一個礦在20~168 MHz的頻率範圍內,不同丈量點的VHF電磁幹擾電平分布規律基本是相同的。所以說一個礦,在同一個水平上的綜合VHF電磁幹擾分布規律隻有一種,它不隨地點而明顯變化。20~120MHz頻段內:電磁幹擾的頻譜功率密度最大;低幹擾電平的頻點最少。148~152MHz頻段內:電磁幹擾的頻譜功率密度較小;低幹擾電平的頻點稍多。164~168MHz頻段內:電磁幹擾的頻譜功率密度明顯下降,與上二個頻段相比,為最小;低幹擾電平的頻率,明顯增加,特別在165.5MHz以上明顯增多 。三個不同頻段的分布規律有差異,這首要是多種幹擾源頻譜疊加的結果。 對於我國的盡大多數礦井來說,由於運行在煤炭生產的各個環節中的用電設備型號雜、數目多,而且因開采方式決定的井下金屬導體、管線的敷設範圍廣、布局繁,加上井下巷道壁和采掘環境岩石壁的複雜性,僅用數學的方法是計算不出精確的數據來,唯有采取現場丈量的方法才是可行的1頁

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