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

2、用的各类电器装置及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

3、不断地上下波动，而频率也在一定范围内变化。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

4、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，a -间距离的一半，丫 一-线路中心点到观察 点间的距离，11间导磁系数，3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

5、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、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

6、，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、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

7、,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 250v， 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

8、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