煤矿井下甚高频电磁干扰分布的分析

1、煤矿井下甚高频电磁干扰分布的分析 1引言井下无线通信是现代化煤炭生产中的重要环节之一，特别是近年来随着煤炭生产技术的不断发展和生产管理水平的不断提高，对信息技术以及井下无线通信提出了越来越高的要求，智能化、宽带化、综合化已成为井下无线通信发展的必由之路。但是，电磁干扰是井下无线通信突出的制约因素，尤其我国煤炭生产主要是采用长壁式采掘方式，这就带来了井下电磁环境的复杂性、多变性。2电磁干扰的形成井下无线通信的电磁干扰噪声主要可分为两大类，即：自然噪声和工业噪声。自然噪声包括：天电噪声、大气噪声和宇宙噪声，主要包括雷电、大气的热辐射和来自宇宙的射电辐射等。工业噪声是指工业部门所使用的各类电器装置及

2、设备运行时所产生的电磁噪声。因为，这些装置及设备只要用电运行，就会产生电流或电压的突变，也就成为噪声的发生源。这类噪声进入了运行中的通信系统就变成了干扰噪声。电磁干扰噪声对通信系统的传播途径主要有两种，一种是电磁波辐射，另一种是沿金属导体传导。矿井里的主要干扰源是工业噪声，主要包括电力电缆、变压器、可控硅装置和电火花等。在大中型矿井中，电力电缆线路不但很长，而且分支很多。(1)电力电缆的电磁干扰电力电缆的电磁干扰可以分为三类，即：脉冲的、周期性的和起伏的。按频谱的形式，可将干扰分为离散频谱和连续频谱两类。电力网中电压不是严格保持恒定，其振幅围绕着平均振幅不断地上下波动，而频率也在一定范围内变化

3、。供电网中电压的大变化发生在大动力设备接入的时刻，但供电电压波动的频谱是窄带的，而且在一定的时间间隔内供电电压的频谱可以认为是离散的。电力网的另外一个最重要的特点就是电压变化时，高次分量的频谱极其丰富。而且变压器由于其铁芯磁化曲线的非线性，也使之成为非线性设备，因此输送到变压器的各种频率的振荡(电力网电压的谐波)就形成了一个各组合分量的无穷级数。由于某些高次分量的电平急剧增长，组合频率就和某些谐波的频率相同。起始振荡的全部谐波形成组合，但其主要部分是1、3、5、7次谐波。电力电缆形成干扰的机理是由于电缆的漏磁场引起的感应辐射造成的。虽然电缆在任一截面上、任一时刻的电流之和总是等于零，但是由于电

4、缆芯线间有一定的距离，由各芯线建立起来的电场和磁场，并未在电缆内完全抵消，因而渗透至电缆周围空间。在三相电力系统中，任一时刻电缆一根芯线中的电流，其大小等于另外二根芯线中的电流之和，而电流方向正好相反，因而三相系统可用双线系统来等效。这种线路的电场和磁场强度，可用下列表示：磁场水平切向分量磁场水平径向分量电场只有轴向分量式中：i线路中的电流，线间距离的一半，由线路中心点到观察点间的距离，空间导磁系数，电流的角频率。脉冲干扰和起伏干扰都属于具有连续频谱的干扰。脉冲干扰形成于电力网中发生换接(即交流电流从正值变成负值的瞬间)的时候。换接脉冲干扰的持续时间在0.11ms的范围内波动。在变换操作不准确

5、、不快捷的时候，就会出现各种不同持续时间的脉冲群，所以换接脉冲干扰可以认为是单独的和互不相干的。 (2)接触网的电磁干扰另一种强大的工业干扰源就是矿井中电力机车的接触网。接触网的电磁干扰除了具有电力电缆的电磁干扰的所有特性外，还具有随机性脉冲的特性。接触网产生的脉冲干扰是一些振幅和持续时间都带有随机性的、经常重复的大脉冲群。接触网的地线是电力机车的轨道钢轨，由于钢轨直接接触巷道的岩石，所以有巨大的杂散电流流散到周围的岩层中，这些电流的交变分量就形成了干扰。和起因于换接的脉冲干扰相反，由接触网所产生的脉冲干扰，不能认为是单独的和互不相干的。受电弓与滑接馈电线间、电机车直流电机的电刷与整流子之间、

6、车轮与轨道间、在轨道的接合处以及挂钩之间都会产生大量的电火花。火花特别大的地方是在采区装车点，因为在装车点钢轨常常被煤所填平，加之车轮与钢轨之间的辗压，产生大量的煤末，而这些煤末就是形成火花的关键因素之一。这些电火花干扰的频谱相当宽，而这些干扰的电平与频谱取决于电火花的能量，即电机车的电压等级、负载电流大小、接触网敷设状况等。3电磁干扰的实测近两年，先后对三个大型矿井的井下电磁干扰进行了实地测试，这三个矿井的大致情况是：西曲矿：年产300万吨，井下机车500v，矿车载重量5吨，井型为平峒；马兰矿：年产400万吨，井下机车500v，矿车载重量5吨，井型为竖井；西铭矿：年产400万吨，井下机车25

7、0v，矿车载重量3吨(上水平)，井型为平峒。采用protek3200场强测试仪进行测试。测试位置为，西曲矿：中央变电所、南北联络巷；马兰矿：中央变电所、一号卸载坑；西铭矿：上水平井口、纵深1700m、4000m、8000m共四处。测试方式为：窄带调频n-mf，步距25khz。4结论不同矿vhf电磁干扰电平分布规律是不同的。这主要取决于干扰源的多少、强度及巷道布置形式，具体包括：电机车台数、功率、电力机车的接触网与受电弓状态，钢轨敷设情况，变压器台数、容量，是否有可控硅整流装置，提升机的拖动装置，高低压电力电缆的长度等。同一个矿在20168mhz的频率范围内，不同测量点的vhf电磁干扰电平分布规律基本是相同的。所以说一个矿，在同一个水平上的综合vhf电磁干扰分布规律只有一种，它不随地点而明显变化。20120mhz频段内：电磁干扰的频谱功率密度最大；低干扰电平的频点最少。148152mhz频段内：电磁干扰的频谱功率密度较小；低干扰电平的频点稍多。164168mhz频段内：电磁干扰的频谱功率密度明显下降，与上二个频段相比，为最小；低干扰电平的频率，明显增加，尤其在165.5mhz以上显著增多。三个不同频段的分布规律有差异，这主要是多种干扰源频谱叠加的结果。对于我国的绝