抗干扰及防雷

1、安全监控系统的抗干扰与防雷安全监控系统的抗干扰与防雷 技术及措施技术及措施 抗干扰技术及措施抗干扰技术及措施 一、干扰源、干扰种类及干扰现象一、干扰源、干扰种类及干扰现象 传感器及监控系统在现场运行所受到的干传感器及监控系统在现场运行所受到的干 扰多种多样扰多种多样; 具体情况具体分析具体情况具体分析; 解决的办法解决的办法:采用模块化的方法，除了基本采用模块化的方法，除了基本 构件外，针对不同的运行场合，监控系统构件外，针对不同的运行场合，监控系统 可装配不同的选件以有效地抗干扰、提高可装配不同的选件以有效地抗干扰、提高 可靠性。可靠性。 1、主要干扰源、主要干扰源 (1) 静电感应静电感应

2、 存在着寄生电容。存在着寄生电容。 (2) 电磁感应电磁感应 当两个电路之间有互感存在时，一个电路中电当两个电路之间有互感存在时，一个电路中电 流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路。流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路。 (3) 漏电流感应漏电流感应 由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷由于电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷 电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良。电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良。 (4) 射频干扰射频干扰 大型动力设备的启动、操作停止的干扰大型动力设备的启动、操作停止的干扰 和高次谐波干扰。如变频调速系统的干扰和高次谐波干扰。如变频调速系统的干扰 等。等。 (5)

3、其他干扰其他干扰 系统工作环境较差，还容易受到机械干系统工作环境较差，还容易受到机械干 扰、热干扰及化学干扰等。扰、热干扰及化学干扰等。 2、干扰的种类、干扰的种类 (1) 常模干扰常模干扰 干扰信号的侵入在往返干扰信号的侵入在往返2条线上是一致的。条线上是一致的。 这种干扰较难除掉。这种干扰较难除掉。 (2) 共模干扰共模干扰 干扰信号在干扰信号在2条线上各流过一部分，以地条线上各流过一部分，以地 为公共回路，而信号电流只在往返为公共回路，而信号电流只在往返2个线路个线路 中流过。中流过。 (3) 长时干扰长时干扰 长期存在的干扰，电源线或邻近动力线长期存在的干扰，电源线或邻近动力线 的电磁

4、干扰都是连续的交流的电磁干扰都是连续的交流50 Hz工频干扰。工频干扰。 (4) 意外的瞬时干扰意外的瞬时干扰 在电气设备操作时发生，如合闸或分闸在电气设备操作时发生，如合闸或分闸 等，有时也在伴随雷电发生或无线电设备等，有时也在伴随雷电发生或无线电设备 工作瞬间产生。工作瞬间产生。 3、干扰现象、干扰现象 发指令时，无规则地显示；发指令时，无规则地显示； 信号等于零时，数字显示表数值乱跳；信号等于零时，数字显示表数值乱跳； 传感器工作时，其输出值与实际参数所对传感器工作时，其输出值与实际参数所对 应的信号值不吻合，且误差值是随机的、应的信号值不吻合，且误差值是随机的、 无规律的；无规律的；

5、当被测参数稳定的情况下，传感器输出的当被测参数稳定的情况下，传感器输出的 数值与被测参数所对应的信号数值的差值数值与被测参数所对应的信号数值的差值 为一稳定或呈周期性变化的值；为一稳定或呈周期性变化的值； 与交流系统共用同一电源的设备工作不正与交流系统共用同一电源的设备工作不正 常。干扰进入控制系统的渠道主要有两类：常。干扰进入控制系统的渠道主要有两类： 信号传输通道干扰，干扰通过与系统相联信号传输通道干扰，干扰通过与系统相联 的信号输入通道、输出通道进入；供电系的信号输入通道、输出通道进入；供电系 统干扰。统干扰。 脉冲波在传输线上会出现延时、畸变、衰脉冲波在传输线上会出现延时、畸变、衰 减

6、与通道干扰，所以在传输过程中，长线减与通道干扰，所以在传输过程中，长线 的干扰是主要因素。的干扰是主要因素。 任何电源及输电线路都存在内阻，正是这任何电源及输电线路都存在内阻，正是这 些内阻才引起了电源的噪声干扰，如果没些内阻才引起了电源的噪声干扰，如果没 有内阻，无论何种噪声都会被电源短路吸有内阻，无论何种噪声都会被电源短路吸 收，线路中也不会建立起任何干扰电压。收，线路中也不会建立起任何干扰电压。 由于煤矿井下变频设备的大量使用，造成由于煤矿井下变频设备的大量使用，造成 了煤矿井下安全监控系统因遭受变频器干了煤矿井下安全监控系统因遭受变频器干 扰而发生误报警的事故时有发生，变频设扰而发生误

7、报警的事故时有发生，变频设 备的功率都比较大，运行时变频器会产生备的功率都比较大，运行时变频器会产生 频谱很宽的强电磁感应谐波信号，它以像频谱很宽的强电磁感应谐波信号，它以像 周围空间辐射的形式，而存在于井下的巷周围空间辐射的形式，而存在于井下的巷 道中。安全监控系统的信号电缆，只要与道中。安全监控系统的信号电缆，只要与 变频设备在同一巷道中布置，就很容易受变频设备在同一巷道中布置，就很容易受 到这种强电磁波的干扰。到这种强电磁波的干扰。 给井下的通讯和安全监控系统带来了极大给井下的通讯和安全监控系统带来了极大 的危害：的危害： 其一，在变频过程中产生大量的频率辐射，其一，在变频过程中产生大量

8、的频率辐射， 会影响其所使用的整个供电系统，使所处会影响其所使用的整个供电系统，使所处 在该系统的电器设备的电源都受到了污染；在该系统的电器设备的电源都受到了污染； 其二，井下变频设备安装运行后，上述矿其二，井下变频设备安装运行后，上述矿 井的安全监控系统先后出现了大面积的高井的安全监控系统先后出现了大面积的高 值报警、断电异常现象，造成瓦斯频繁超值报警、断电异常现象，造成瓦斯频繁超 限断电。从地面监控机房调取瓦斯曲线观限断电。从地面监控机房调取瓦斯曲线观 察，当井下变频绞车开启电源时，原来纯察，当井下变频绞车开启电源时，原来纯 净的瓦斯曲线立刻变成了密集毛刺形不规净的瓦斯曲线立刻变成了密集毛

9、刺形不规 则曲线，并且其瓦斯浓度会升高则曲线，并且其瓦斯浓度会升高0.5%以上。以上。 当井下变频设备启动时，产生的强磁干扰当井下变频设备启动时，产生的强磁干扰 直接导致了监测信号的失真，形成高报断直接导致了监测信号的失真，形成高报断 电。电。 井下变频设备停的瞬间发出的电磁干扰同井下变频设备停的瞬间发出的电磁干扰同 巷道内敷设的瓦斯监控电缆信号传输。井巷道内敷设的瓦斯监控电缆信号传输。井 下机电设备在开启和关闭瞬间能产生极强下机电设备在开启和关闭瞬间能产生极强 列的电磁干扰脉冲，从分站到传感器线路列的电磁干扰脉冲，从分站到传感器线路 都比较长，传感器线路与动力电缆平行地都比较长，传感器线路与

10、动力电缆平行地 挂在一起，且敷设于巷道的同一侧，等效挂在一起，且敷设于巷道的同一侧，等效 于一个紧耦合回路。强大的电磁脉冲比常于一个紧耦合回路。强大的电磁脉冲比常 规信号电平还要高，能轻而易举的窜进分规信号电平还要高，能轻而易举的窜进分 站中，很难分辨是正常信号还是干扰脉冲。站中，很难分辨是正常信号还是干扰脉冲。 系统上传数据与现场实际明显不符，严重系统上传数据与现场实际明显不符，严重 影响了瓦斯监控系统的正常运行，为煤矿影响了瓦斯监控系统的正常运行，为煤矿 安全生产埋下了极大的安全隐患。频繁的安全生产埋下了极大的安全隐患。频繁的 电磁启动脉冲与信号叠加后就会造成严重电磁启动脉冲与信号叠加后就

11、会造成严重 的干扰，通常系统采用软件来消除其瞬间的干扰，通常系统采用软件来消除其瞬间 的干扰，但却造成信息采集延迟，使系统的干扰，但却造成信息采集延迟，使系统 反映速度变得迟钝，反而造成整个系统的反映速度变得迟钝，反而造成整个系统的 不稳定。不稳定。 二、抗干扰的措施二、抗干扰的措施 1、供电系统的抗干扰设计、供电系统的抗干扰设计 对传感器、监控系统正常工作危害最严对传感器、监控系统正常工作危害最严 重的是电网尖峰脉冲干扰，产生尖峰干扰重的是电网尖峰脉冲干扰，产生尖峰干扰 的用电设备有：电焊机、大电机、可控机、的用电设备有：电焊机、大电机、可控机、 继电接触器、带镇流器的充气照明灯，甚继电接触

12、器、带镇流器的充气照明灯，甚 至电烙铁等。尖峰干扰可用硬件、软件结至电烙铁等。尖峰干扰可用硬件、软件结 合的办法来抑制合的办法来抑制。 (1) 用硬件线路抑制尖峰干扰的影响用硬件线路抑制尖峰干扰的影响 常用办法主要有三种：常用办法主要有三种： 在仪器交流电源输入端串入按频谱均在仪器交流电源输入端串入按频谱均 衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压衡的原理设计的干扰控制器，将尖峰电压 集中的能量分配到不同的频段上，从而减集中的能量分配到不同的频段上，从而减 弱其破坏性；弱其破坏性； 在仪器交流电源输入端加超级隔离变在仪器交流电源输入端加超级隔离变 压器，利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲；压器，利用铁磁

13、共振原理抑制尖峰脉冲； 在仪器交流电源的输入端并联压敏电在仪器交流电源的输入端并联压敏电 阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降阻，利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降 低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰低仪器从电源分得的电压，从而削弱干扰 的影响。的影响。 (2) 利用软件方法抑制尖峰干扰利用软件方法抑制尖峰干扰 对于周期性干扰，可以采用编程进行时对于周期性干扰，可以采用编程进行时 间滤波，也就是用程序控制可控硅导通瞬间滤波，也就是用程序控制可控硅导通瞬 间不采样，从而有效地消除干扰。间不采样，从而有效地消除干扰。 干扰途径：供电系统干扰，最严重，最广干扰途径：供电系统干扰，最严重，最广 泛经验

14、积累。泛经验积累。 通道干扰，通过前向通道，后向通道及其通道干扰，通过前向通道，后向通道及其 他主机之间的相互通道进入单片机系统他主机之间的相互通道进入单片机系统. 系统误报问题系统误报问题 在使用管理过程中发现在使用管理过程中发现,各矿井、各系统均各矿井、各系统均 存在一个共性问题存在一个共性问题,即在系统的实时监测中即在系统的实时监测中, 会不定时地出现一个或几个峰值会不定时地出现一个或几个峰值,峰值数值峰值数值 一般会达到一般会达到38% 40%以上以上,持续时间极短持续时间极短, 只有几秒或十几秒只有几秒或十几秒,且出现这种峰值时且出现这种峰值时,断电断电 仪一般不会动作仪一般不会动作

15、,所以我们称之为所以我们称之为“误报误报”。 1)系统原因。由于各种系统所采用的误码系统原因。由于各种系统所采用的误码 检验方法不同检验方法不同,在信息传输过程中系统本身在信息传输过程中系统本身 即存在一定的误码率。即存在一定的误码率。 2)电磁场干扰。煤矿井下条件复杂电磁场干扰。煤矿井下条件复杂,而且而且,随随 着机械化程度的提高着机械化程度的提高,各种大功率设备、变各种大功率设备、变 频控制技术被广泛应用频控制技术被广泛应用,由此而引起的强电由此而引起的强电 场、强磁场会对传输线路产生干扰。场、强磁场会对传输线路产生干扰。 3)电源故障。为监测分站或瓦斯传感器供电源故障。为监测分站或瓦斯传

16、感器供 电的电源发生故障或有较大的波动时电的电源发生故障或有较大的波动时,偶尔偶尔 会产生误值。会产生误值。 4)线路原因。线路原因包含两方面的内容线路原因。线路原因包含两方面的内容, 一是传感器电缆或主干通讯电缆发生故障一是传感器电缆或主干通讯电缆发生故障 时时,二是瓦斯传感器线路延伸或回收过程中二是瓦斯传感器线路延伸或回收过程中, 在这两种情况下容易造成信号短路在这两种情况下容易造成信号短路,从而形从而形 成高值。成高值。 5)传感器设计原因。有部分瓦斯传感器由传感器设计原因。有部分瓦斯传感器由 于设计上的原因于设计上的原因,当为其接通电源时当为其接通电源时,在送电在送电 瞬间会产生一个高

17、值。瞬间会产生一个高值。 6)传感器故障。由于瓦斯传感器所处环境传感器故障。由于瓦斯传感器所处环境 一般比较恶劣一般比较恶劣,在使用过程中可能会发生被在使用过程中可能会发生被 砸坏、进水等意外情况砸坏、进水等意外情况,或者由于没有做到或者由于没有做到 及时维护和及时调校及时维护和及时调校,致使传感器量程偏移、致使传感器量程偏移、 精度下降等。精度下降等。 7)其它装备原因。监测接线盒进水或发生其它装备原因。监测接线盒进水或发生 故障、监测分站通讯模块发生故障、设备故障、监测分站通讯模块发生故障、设备 老化等老化等,也会影响到数据的传输。也会影响到数据的传输。 8)调校和试断电。当维护人员按规定

18、周期调校和试断电。当维护人员按规定周期 对瓦斯传感器进行调校和进行断电试验时对瓦斯传感器进行调校和进行断电试验时, 会产生短时间的高值。会产生短时间的高值。 三三 监控系统提高抗干扰措施监控系统提高抗干扰措施 （1）外部抗干扰措施。）外部抗干扰措施。 电源抗干扰措施：电源抗干扰措施： 在机箱电源线入口处安装滤波器或在机箱电源线入口处安装滤波器或UPS。 隔离措施：交流量均经小型中间电压、电隔离措施：交流量均经小型中间电压、电 流互感器隔离；模拟量、开关量的输入采流互感器隔离；模拟量、开关量的输入采 用光电隔离。机体屏蔽：各设备机壳用铁用光电隔离。机体屏蔽：各设备机壳用铁 质材料。必要时采用双层

19、屏蔽对电场和磁质材料。必要时采用双层屏蔽对电场和磁 场。通道干扰处理：采用抗干扰能力强的场。通道干扰处理：采用抗干扰能力强的 传输通道及介质。合理分配和布置插件。传输通道及介质。合理分配和布置插件。 （2）内部抗干扰措施：对输入采样值抗干）内部抗干扰措施：对输入采样值抗干 扰纠错；对软件运算过程上量的核对；软扰纠错；对软件运算过程上量的核对；软 件程序出轨的自恢复功能。件程序出轨的自恢复功能。 （3）目前矿井中使用的变频设备越来越多，且）目前矿井中使用的变频设备越来越多，且 行业内没有对这类产品造成的电源污染进行规范行业内没有对这类产品造成的电源污染进行规范 约束，给矿井中使用的电子仪器带来灾

20、难性后果，约束，给矿井中使用的电子仪器带来灾难性后果， 监控系统虽然具有很强的抗干扰能力，但在超强监控系统虽然具有很强的抗干扰能力，但在超强 的电磁干扰环境下，依旧会发生分站通信被干扰的电磁干扰环境下，依旧会发生分站通信被干扰 阻塞，严重时会反复启动，传感器遇压制性干扰阻塞，严重时会反复启动，传感器遇压制性干扰 时分站会时断时续显示断线时分站会时断时续显示断线遇到此类问题首遇到此类问题首 选是让分站远离变频设备、避免与变频设备使用选是让分站远离变频设备、避免与变频设备使用 同一台变压器电源供电、调整信号线走向和传感同一台变压器电源供电、调整信号线走向和传感 器电缆走向、传感器使用屏蔽电缆，且将

21、屏蔽层器电缆走向、传感器使用屏蔽电缆，且将屏蔽层 与本安公共端相接。与本安公共端相接。 2 变频干扰的解决方法变频干扰的解决方法 1) 采用屏蔽电缆传送监控系统信号采用屏蔽电缆传送监控系统信号 这是一种利用屏蔽电缆中的金属屏蔽层将这是一种利用屏蔽电缆中的金属屏蔽层将 干扰信号屏蔽、阻挡，不让干扰信号侵入干扰信号屏蔽、阻挡，不让干扰信号侵入 到电缆芯线上，从而避免了正常信号遭受到电缆芯线上，从而避免了正常信号遭受 干扰信号的侵扰。干扰信号的侵扰。 实践证明，这种屏蔽电缆对不太强的干扰实践证明，这种屏蔽电缆对不太强的干扰 信号，是有一定效果的，但对较强的干扰信号，是有一定效果的，但对较强的干扰 信

22、号仍然不能完全阻挡和屏蔽。信号仍然不能完全阻挡和屏蔽。 2) 加装交流电抗器和直流电抗器加装交流电抗器和直流电抗器 当变频器使用在配电变压器容量大于当变频器使用在配电变压器容量大于 500KVA，且变压器容量大于变频器容量的，且变压器容量大于变频器容量的 10倍以上，则在变频器输入侧加装交流电倍以上，则在变频器输入侧加装交流电 抗器。而当配电变压器输出电压三相不平抗器。而当配电变压器输出电压三相不平 衡，且不平衡率大于衡，且不平衡率大于3%时，变频器输入电时，变频器输入电 流峰值很大，会造成导线过热，则此时需流峰值很大，会造成导线过热，则此时需 加装交流电抗器，严重时则需加装直流电加装交流电抗

23、器，严重时则需加装直流电 抗器，以降低总谐波电流畸变。如图抗器，以降低总谐波电流畸变。如图 3) 变频器的隔离等措施变频器的隔离等措施 变频器系统的供电电源与其它设备的供电变频器系统的供电电源与其它设备的供电 电源相互独立，或在变频器和其它用电设电源相互独立，或在变频器和其它用电设 备的输入侧安装隔离变压器，或者将变频备的输入侧安装隔离变压器，或者将变频 器放入铁箱内，铁箱外壳接地。同时变频器放入铁箱内，铁箱外壳接地。同时变频 器输出电源应尽量远离控制电缆敷设器输出电源应尽量远离控制电缆敷设(不小不小 于于50mm间距间距)，必须靠近敷设时尽量以正，必须靠近敷设时尽量以正 交角度跨越，必须平行

24、敷设时尽量缩短平交角度跨越，必须平行敷设时尽量缩短平 行段长度，输出电缆应穿钢管并将钢管作行段长度，输出电缆应穿钢管并将钢管作 电气连通并可靠接地。电气连通并可靠接地。 4) 可操作性有效解决方法可操作性有效解决方法 (1) 常检修传感器电缆的连接。定期更换传常检修传感器电缆的连接。定期更换传 感器接插件感器接插件;消灭接头氧化故障消灭接头氧化故障;杜绝使用伪杜绝使用伪 劣的信号电缆。劣的信号电缆。 (2)在有干扰的巷道内严格规定传感器电缆在有干扰的巷道内严格规定传感器电缆 不与动力电缆挂在同一侧帮上，应分两侧不与动力电缆挂在同一侧帮上，应分两侧 吊挂。吊挂。 (3)条件允许情况下，瓦斯传感器

25、通信电缆条件允许情况下，瓦斯传感器通信电缆 推荐使用带屏蔽层的，并且屏蔽层要连接推荐使用带屏蔽层的，并且屏蔽层要连接 传感器外壳，并两端都要单独接地，可有传感器外壳，并两端都要单独接地，可有 效避免变频干扰。效避免变频干扰。 (4)在变频调速器前面加装在变频调速器前面加装“动力电源滤波动力电源滤波 器器”、进、进(出出)线电抗器，变频器与电机之间线电抗器，变频器与电机之间 的动力电缆要穿钢管并单独接地。的动力电缆要穿钢管并单独接地。 (5)变频器的外壳接地要单独设置，不能与变频器的外壳接地要单独设置，不能与 井下设备接地共用。井下设备接地共用。 (6)根据变频器外形尺寸加工一个铁箱，用根据变频

26、器外形尺寸加工一个铁箱，用 铁箱把变频器全部罩起来，铁箱单独接地。铁箱把变频器全部罩起来，铁箱单独接地。 (7)瓦斯监控系统的供电电源不能与变频器瓦斯监控系统的供电电源不能与变频器 电源共用一台变压器。电源共用一台变压器。 5）强信号传输法）强信号传输法 监控系统中从传感器到分站的信号电缆，监控系统中从传感器到分站的信号电缆， 是遭受干扰的重灾区。现有监控系统中，是遭受干扰的重灾区。现有监控系统中， 大部分厂家都采用电流为大部分厂家都采用电流为1毫安左右的频毫安左右的频 率信号传送传感器至分站的信号。这种弱率信号传送传感器至分站的信号。这种弱 信号是极容易被外来杂波信号干扰的适当信号是极容易被

27、外来杂波信号干扰的适当 的加大信号的强度，使得在该信号附近即的加大信号的强度，使得在该信号附近即 便产生最严重的干扰，也不致影响正常信便产生最严重的干扰，也不致影响正常信 号的传输。究竟需要多强的信号才合适，号的传输。究竟需要多强的信号才合适， 可由现场实际测试决定。可由现场实际测试决定。 其他其他 (1）使用隔离变压器）使用隔离变压器 使用隔离变压器主要是应对来自于电使用隔离变压器主要是应对来自于电 源的传导干扰。使用具有隔离层的隔离变源的传导干扰。使用具有隔离层的隔离变 压器，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在压器，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在 隔离变压器之前。同时还可以兼有电源电隔离变压器

28、之前。同时还可以兼有电源电 压变换的作用。压变换的作用。 (2）使用滤波模块或组件）使用滤波模块或组件 目前市场中有很多专门用于抗传导干目前市场中有很多专门用于抗传导干 扰的滤波器模块或组件，这些滤波器具有扰的滤波器模块或组件，这些滤波器具有 较强的抗干扰能力，同时还具有防止用电较强的抗干扰能力，同时还具有防止用电 器本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖器本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖 峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多峰电压吸收功能，对各类用电设备有很多 好处。好处。 (3）选用具有开关电源的仪表等低压设备）选用具有开关电源的仪表等低压设备 一般开关电源的抗电源传导干扰的能一般开关电源的

29、抗电源传导干扰的能 力都比较强，因为在开关电源的内部也都力都比较强，因为在开关电源的内部也都 采用了有关的滤波器。因此在选用控制系采用了有关的滤波器。因此在选用控制系 统的电源设备，或者选用控制用电器的时统的电源设备，或者选用控制用电器的时 候，尽量采用具有开关电源类型的。候，尽量采用具有开关电源类型的。 (4）作好信号线的抗干扰）作好信号线的抗干扰 信号线承担着检测信号和控制信号的信号线承担着检测信号和控制信号的 传输任务，信号传输的质量直接影响到整传输任务，信号传输的质量直接影响到整 个控制系统的准确性、稳定性和可靠性，个控制系统的准确性、稳定性和可靠性， 因此做好信号线的抗干扰是十分必要

30、的。因此做好信号线的抗干扰是十分必要的。 采用光电隔离的方法，可以消除共模干采用光电隔离的方法，可以消除共模干 扰。扰。 使用屏蔽线时，屏蔽层只一端接地。使用屏蔽线时，屏蔽层只一端接地。 因为若两端接地，由于接地电位差在屏蔽因为若两端接地，由于接地电位差在屏蔽 层内会流过电流而产生干扰，因此只要一层内会流过电流而产生干扰，因此只要一 端接地即可防止干扰。端接地即可防止干扰。 无论是为了干扰，都还应该做到以下几点：无论是为了干扰，都还应该做到以下几点： （1）输入线路要尽量短。）输入线路要尽量短。 （2）配线时避免和动力线接近，信号）配线时避免和动力线接近，信号 线与动力线分开配线，把信号线放在

31、有屏线与动力线分开配线，把信号线放在有屏 蔽的金属管内，或者动力线和信号线分开蔽的金属管内，或者动力线和信号线分开 距离要在距离要在40cm以上。以上。 （3）为了避免信号失真，对于较长距离）为了避免信号失真，对于较长距离 传输的信号要注意阻抗匹配。传输的信号要注意阻抗匹配。 （4)在使用以单片机、在使用以单片机、PLC、计算机等、计算机等 为核心的控制系统中，编制软件的时候，为核心的控制系统中，编制软件的时候， 可以适当增加对检测信号和输出控制部分可以适当增加对检测信号和输出控制部分 的软件滤波，以增强系统自身的抗干扰能的软件滤波，以增强系统自身的抗干扰能 力。力。 5) 解决方法解决方法

32、1)对于系统原因对于系统原因,与厂商、研制单位共同研与厂商、研制单位共同研 究、分析现场资料究、分析现场资料,对系统的各个环节进行对系统的各个环节进行 完善完善,改进误码校验方法改进误码校验方法,提高传输质量。提高传输质量。 2)对于电磁干扰对于电磁干扰,采用以下方法采用以下方法:加屏蔽罩加屏蔽罩,监监 测电缆与动力电缆分钩吊挂测电缆与动力电缆分钩吊挂,并严格限定距并严格限定距 离离,将监测电缆的屏蔽层全部接地将监测电缆的屏蔽层全部接地,安装监测安装监测 装备时避开有强电场、强磁场的地方等。装备时避开有强电场、强磁场的地方等。 3)为监测监控装备设专用电源、专用开关为监测监控装备设专用电源、专

33、用开关, 从而确保监测监控系统供电的可靠性、稳从而确保监测监控系统供电的可靠性、稳 定性。定性。 4)完善技术规程和操作规程完善技术规程和操作规程,要求各操作工要求各操作工 严格按章操作严格按章操作,建立健全考核制度并严格考建立健全考核制度并严格考 核核,最大限度地杜绝人为因素造成的数据误最大限度地杜绝人为因素造成的数据误 码。码。 5)对瓦斯传感器及其它老化设备进行更新、对瓦斯传感器及其它老化设备进行更新、 改造、功能完善改造、功能完善,从硬件方面减少发生误码从硬件方面减少发生误码 的几率。的几率。 6)对系统软件进行修改、完善对系统软件进行修改、完善,如增加判断如增加判断 次数、根据不同状

34、态位设置特殊标志次数、根据不同状态位设置特殊标志,根据根据 不同标志设置不同提示不同标志设置不同提示,对故障进行辩识后对故障进行辩识后 对其进行对其进行“过滤过滤”处理等。处理等。 目前使用的监控系统传感器信号向分站传目前使用的监控系统传感器信号向分站传 输大都采用输大都采用2001000Hz频率制式，分站频率制式，分站 采用脉冲计数方式工作，抗干扰防卫能力采用脉冲计数方式工作，抗干扰防卫能力 很差，遇有线路接触不良或电磁干扰就会很差，遇有线路接触不良或电磁干扰就会 造成假象信号。煤矿井下特殊狭小的现场造成假象信号。煤矿井下特殊狭小的现场 环境，传感器连线与动力电缆很难分开铺环境，传感器连线与

35、动力电缆很难分开铺 设，有些地方干脆就是挂在同一个电缆挂设，有些地方干脆就是挂在同一个电缆挂 钩上，大型电器设备启动和停止时会释放钩上，大型电器设备启动和停止时会释放 出极其强烈的电磁脉冲辐射，强干扰脉冲出极其强烈的电磁脉冲辐射，强干扰脉冲 能在瞬间完全淹没传感器信号，结果就造能在瞬间完全淹没传感器信号，结果就造 成了成了“冒大数冒大数”现象。现象。 井下分站和地面计算机根本无办法识别这井下分站和地面计算机根本无办法识别这 些干扰信号，常使系统频频发生误报警，些干扰信号，常使系统频频发生误报警， 造成难以克服的造成难以克服的“大数干扰大数干扰”，这种干扰，这种干扰 问题普遍存在于目前使用的各种

36、系统中。问题普遍存在于目前使用的各种系统中。 为了克服脉冲干扰，许多系统都采用软件为了克服脉冲干扰，许多系统都采用软件 干扰滤除方法，即把传感器多次采集结果干扰滤除方法，即把传感器多次采集结果 进行比较，经过多个采集周期后才能确认进行比较，经过多个采集周期后才能确认 超限信息的超限信息的“有效性有效性”，为了加强滤除干，为了加强滤除干 扰能力，需要反复进行多次过滤，结果但扰能力，需要反复进行多次过滤，结果但 带来的是系统反应迟钝，使真实超限的数带来的是系统反应迟钝，使真实超限的数 据迟迟不能被反映，根本无法达到煤矿安据迟迟不能被反映，根本无法达到煤矿安 全监控标准全监控标准30秒的最低要求。秒

37、的最低要求。 如：现场大耗能设备多，特别是大功率感如：现场大耗能设备多，特别是大功率感 性负载的启停往往会使电网产生几百伏甚性负载的启停往往会使电网产生几百伏甚 至几千伏的尖脉冲干扰；工业电网欠压或至几千伏的尖脉冲干扰；工业电网欠压或 过压，常常达到额定电压的过压，常常达到额定电压的35左右，这左右，这 种恶劣的供电有时长达几分钟、几小时，种恶劣的供电有时长达几分钟、几小时， 甚至几天；甚至几天； 各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电 缆，信号会受到干扰，特别是信号线与交缆，信号会受到干扰，特别是信号线与交 流动力线同走一个长的管道中干扰尤甚；流动力线同走一

38、个长的管道中干扰尤甚； 多路开关或保持器性能不好，也会引起通多路开关或保持器性能不好，也会引起通 道信号的窜扰；道信号的窜扰； 空间各种电磁、气象条件、雷电甚至地磁空间各种电磁、气象条件、雷电甚至地磁 场的变化也会干扰传感器的正常工作；场的变化也会干扰传感器的正常工作； 防雷技术与措施防雷技术与措施 一一 雷电侵袭监控系统前端的途径雷电侵袭监控系统前端的途径 雷电袭击外场建筑物设置的避雷针、地面雷电袭击外场建筑物设置的避雷针、地面 金属突出物、高压电塔等一切与大地有直金属突出物、高压电塔等一切与大地有直 接联系或接地的导电体后引起的雷电电磁接联系或接地的导电体后引起的雷电电磁 脉冲感应过电压，

39、这个感应电压感应到监脉冲感应过电压，这个感应电压感应到监 控系统的（来自机房输出的低压信号）电控系统的（来自机房输出的低压信号）电 源线路、控制线路、信号线路等，造成过源线路、控制线路、信号线路等，造成过 电压破坏监控系统内部电路，信号输入口电压破坏监控系统内部电路，信号输入口 和控制信号输入口。和控制信号输入口。 二二 监控系统防雷监控系统防雷 监控系统防雷保护，雷电具有极大的破监控系统防雷保护，雷电具有极大的破 坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可 高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后 果体现于下列三种层次：果体现于下

40、列三种层次：设备损坏，人设备损坏，人 员伤亡；员伤亡；设备或元器件寿命降低；设备或元器件寿命降低；传传 输或储存的信号、数据（模拟或数字）受输或储存的信号、数据（模拟或数字）受 到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动 作而暂时瘫痪或整个系统停顿。作而暂时瘫痪或整个系统停顿。 传输线路的防雷传输线路的防雷 a) 监控系统主要是传输信号线和电源线。监控系统主要是传输信号线和电源线。 室外的电源可从终端设备处引入，也可从室外的电源可从终端设备处引入，也可从 监视点附近的电源引入。监视点附近的电源引入。 b) 控制信号传输线和报警信号传输线一般控制信号传输线和报警信号

41、传输线一般 选用芯屏蔽软线，架设（或敷设）在前端选用芯屏蔽软线，架设（或敷设）在前端 与终端之间与终端之间。 三三 防雷措施防雷措施 （1) 传输干线全部更换屏蔽线，井筒电缆钢传输干线全部更换屏蔽线，井筒电缆钢 用丝凯装线，并且从井底到机房不要设接用丝凯装线，并且从井底到机房不要设接 头，直达机房，电缆的屏蔽网（包括铠装头，直达机房，电缆的屏蔽网（包括铠装 钢丝）上下两头分别可靠接地，特别是地钢丝）上下两头分别可靠接地，特别是地 面干线尽可能避免架空走线，必须走明线面干线尽可能避免架空走线，必须走明线 时要用钢绞线吊挂，钢绞线两端可靠接地。时要用钢绞线吊挂，钢绞线两端可靠接地。 （2）有条件的

42、话地面线路可以考虑采取埋）有条件的话地面线路可以考虑采取埋 地走线方案，穿入钢管作防护外皮埋入地地走线方案，穿入钢管作防护外皮埋入地 下能取得良好防雷性能。下能取得良好防雷性能。 （3）如果实在没有条件使用屏蔽电缆，把）如果实在没有条件使用屏蔽电缆，把 四芯电缆中的二根剩余芯线，在井上井下四芯电缆中的二根剩余芯线，在井上井下 分别良好接地，也可有效吸收感应能量获分别良好接地，也可有效吸收感应能量获 得明显的保护作用得明显的保护作用 （4）传输线终端的井上下分别加装避雷器，）传输线终端的井上下分别加装避雷器， 不可以只安装地面，忽略井下。安装线路不可以只安装地面，忽略井下。安装线路 避雷器，可以

43、得到很好的保护效果，千万避雷器，可以得到很好的保护效果，千万 不要拆掉避雷器运行系统！不要拆掉避雷器运行系统！ （5）避雷器的保险管被击断后，要换上相）避雷器的保险管被击断后，要换上相 同容量的备用保险管，当地购买不到相同同容量的备用保险管，当地购买不到相同 规格保险管尽快与厂家联系，切不可以用规格保险管尽快与厂家联系，切不可以用 大容量的代换。大容量的代换。 （6）信号传输线不要同动力电缆挂在同一）信号传输线不要同动力电缆挂在同一 侧邦上，更不要挂在同一个电缆钩子上，侧邦上，更不要挂在同一个电缆钩子上， 否则动力电缆发生瞬间短路的浪涌电流会否则动力电缆发生瞬间短路的浪涌电流会 在传输线上感应

44、出数千伏电压，能量非常在传输线上感应出数千伏电压，能量非常 强大。强大。 （7）避雷器的接地线要良好接地，特别是）避雷器的接地线要良好接地，特别是 安装在井下的避雷器尤其重要安装在井下的避雷器尤其重要。 （8）雷电大作时，特别在机房附近落雷时，）雷电大作时，特别在机房附近落雷时， 建议关闭地面主计算机，然后拔下主机和建议关闭地面主计算机，然后拔下主机和 接口的电源插头，接有局域网的也要拔下接口的电源插头，接有局域网的也要拔下 网线插头，这样可以有效的保护计算机不网线插头，这样可以有效的保护计算机不 被雷电击毁，但不能保护井下设备，只停被雷电击毁，但不能保护井下设备，只停 电不拔下插头，主机照样

45、容易被雷击毁。电不拔下插头，主机照样容易被雷击毁。 （9）计算机外壳接地不能改善防雷性能，）计算机外壳接地不能改善防雷性能， 恰恰相反，机器外壳悬空能有效阻断放电恰恰相反，机器外壳悬空能有效阻断放电 通路，更有利于防雷。通路，更有利于防雷。 （10）改用光纤信号传输，可以彻底杜绝）改用光纤信号传输，可以彻底杜绝 线路雷击损坏。线路雷击损坏。 举例举例1： 1系统防雷击能力系统防雷击能力 在使用管理过程中发现在使用管理过程中发现,夏天雷雨季节期间夏天雷雨季节期间 监测监控系统相对容易发生故障。一方面监测监控系统相对容易发生故障。一方面, 夏季的高温、潮湿会影响到设备的绝缘、夏季的高温、潮湿会影响

46、到设备的绝缘、 电缆的屏蔽、电缆的老化电缆的屏蔽、电缆的老化,从而影响信号的从而影响信号的 传输传输,造成数据的不准确；而更为严重的是造成数据的不准确；而更为严重的是, 有时因为雷电会造成部分区域通讯中断、有时因为雷电会造成部分区域通讯中断、 数据丢失、毁坏系统重要模块数据丢失、毁坏系统重要模块,甚至造成中甚至造成中 心站主机毁坏导致系统瘫痪心站主机毁坏导致系统瘫痪。 2 原因分析原因分析 发生这些现象后发生这些现象后,对现场进行了详细查看对现场进行了详细查看,对毁坏对毁坏 的模块进行详尽地研究与认真分析的模块进行详尽地研究与认真分析,认为是由于系认为是由于系 统电子设计问题致使部分监测系统存

47、在着不同程统电子设计问题致使部分监测系统存在着不同程 度的防雷能力缺陷。当携带有很大能量的雷电击度的防雷能力缺陷。当携带有很大能量的雷电击 中系统防雷能力较薄弱的通讯传输线路中系统防雷能力较薄弱的通讯传输线路,尤其在击尤其在击 中有一定高度的架空传输线路后中有一定高度的架空传输线路后,尽管监测监控传尽管监测监控传 输线路使用的全是屏蔽线缆输线路使用的全是屏蔽线缆,并要求做可靠接地并要求做可靠接地 (如果屏蔽效果不好如果屏蔽效果不好,接地质量较差则更危险接地质量较差则更危险),但雷但雷 电的危险能量仍能窜入线路中电的危险能量仍能窜入线路中,并进入正在运行的并进入正在运行的 设备设备,这样这样,轻

48、则造成设备、线缆损坏轻则造成设备、线缆损坏,发生通讯中发生通讯中 断、数据丢失等上述现象断、数据丢失等上述现象,重则造成系统瘫痪重则造成系统瘫痪,更更 为严重的还有可能因设备损坏造成电火花外漏为严重的还有可能因设备损坏造成电火花外漏,由由 电火花引起井下瓦斯和煤尘的爆炸。电火花引起井下瓦斯和煤尘的爆炸。 3解决方案解决方案 针对这些现象以及形成原因针对这些现象以及形成原因,对其他兄弟矿井正在对其他兄弟矿井正在 使用的多种安全生产监测监控系统的防雷技术进使用的多种安全生产监测监控系统的防雷技术进 行了全面的调查研究行了全面的调查研究,并与一些厂家进行了技术研并与一些厂家进行了技术研 讨讨,最后提

49、出了如下解决方案最后提出了如下解决方案: 在地面中心站机房外被避雷系统保护的区域距中在地面中心站机房外被避雷系统保护的区域距中 心站有一定距离的范围内心站有一定距离的范围内,加装一级安全栅加装一级安全栅;在入在入 井的主干通信线路上井的主干通信线路上,距分站距离较近的安全地带距分站距离较近的安全地带 也加装一级安全栅也加装一级安全栅,用这两个安全栅来吸收线路上用这两个安全栅来吸收线路上 传来的雷电能量传来的雷电能量,即让雷电能量首先冲击安全栅即让雷电能量首先冲击安全栅, 由安全栅负责将雷电能量及瞬间电压电流峰值限由安全栅负责将雷电能量及瞬间电压电流峰值限 制在一个安全值内制在一个安全值内,然后

50、再传到中心站计算机和分然后再传到中心站计算机和分 站计算机接口站计算机接口,这样就可解决雷击损坏设备的问题。这样就可解决雷击损坏设备的问题。 在本方案中在本方案中,音频耦合变压器起着将本安侧音频耦合变压器起着将本安侧 电路与非本安侧电路隔离的作用。电路采电路与非本安侧电路隔离的作用。电路采 用了过流过压双重保护措施。采用齐纳二用了过流过压双重保护措施。采用齐纳二 极管限压极管限压,发生雷击时发生雷击时,当瞬间电压峰值超出当瞬间电压峰值超出 齐纳二极管的峰值时齐纳二极管的峰值时,齐纳二极管击穿短路齐纳二极管击穿短路, 将能量释放。当线路峰值电压过去后将能量释放。当线路峰值电压过去后,齐纳齐纳 二

51、极管又恢复正常工作。二极管又恢复正常工作。 需要注意的是需要注意的是,为保证电路在正常工作时该为保证电路在正常工作时该 安全栅不影响监测监控系统的正常通讯安全栅不影响监测监控系统的正常通讯,在在 设计电路时设计电路时,所选择的齐纳二级管其峰值击所选择的齐纳二级管其峰值击 穿电压要大于通信信号的峰值电压。穿电压要大于通信信号的峰值电压。 4 应用效果应用效果 由于该安全栅具有较强的吸收雷电冲击波由于该安全栅具有较强的吸收雷电冲击波 的功能的功能,所以只要电路参数设计合适所以只要电路参数设计合适,雷击危雷击危 险能量就能够在安全栅上大部分被吸收掉险能量就能够在安全栅上大部分被吸收掉, 没有被吸收的

52、剩余能量，即使传到中心站没有被吸收的剩余能量，即使传到中心站 和分站和分站,也不至于构成威胁。因此也不至于构成威胁。因此,该方法能该方法能 够较好地解决雷击危害问题。而且投资很够较好地解决雷击危害问题。而且投资很 少少,现场解决起来较易实现现场解决起来较易实现,是一种既简单可是一种既简单可 行行,又经济安全的解决方案。又经济安全的解决方案。 举例举例2 小型煤矿不合理的电网结构造成的。小型煤矿不合理的电网结构造成的。 地方小型煤矿为了减少建设成本，绝大部分没有地方小型煤矿为了减少建设成本，绝大部分没有 设采区变压器，设采区变压器，380伏动力电源由地面直接引入伏动力电源由地面直接引入 井下，引入电缆的架空安装，将井下机电设备直井下，引入电缆的架空安装，将井下机电设备直 接暴露在大气放电感应的威胁之下，它和大型矿接暴露在大气放电感应的威胁之下，它和大型矿 井有采区变压器隔离的环境相比截然不同，大型井有采区变压器隔离的环境相比截然不同，大型 矿井的