交流變頻係統對安全監控係統的諧波汙染及抑製措施
馮新軍,王學鋒,劉井旭,張凱華,張宏軍
(鄭煤集團公司告成煤礦,河南登封452477)
摘 要:對交流變頻調速係統在運行時對礦井安全監控係統的汙染現象、汙染的原因,從直觀到理論進行了03manbetx
,並提出了一些切實可行的抑製諧波汙染的措施。
中圖分類號:TD76 文獻標識碼:C 文章編號:1003-496X(2006)01-0051-02
變頻調速因具有無級調速、節約電能、起動時對電網衝擊小等優點,在礦山中得到廣泛應用。但是告成煤礦在應用交流變頻調速技術時,遇到了一些新的問題,如發現變頻係統對其周圍附近的安全監控係統中電子設備存在著汙染現象,具體特征是,當變頻絞車(告成礦21下山新裝一台變頻絞車)運行時,礦井安全監控係統多次出現瓦斯超限或瓦斯突出的假象(係統顯示瓦斯濃度最高達95.72%,而實際檢測瓦斯濃度最高不到0.5%)。告成煤礦屬瓦斯突出礦井,21下山因監控係統不穩定而被迫停止掘進。後經認真03manbetx
,找出了礦井安全監控係統不穩定的原因所在———交流變頻係統高次諧波汙染,並製定了有效的抑製措施。
1 測試與03manbetx
1.1 測試
在安全監控係統出現異常情況後,礦通風管理部門與監控廠家共同對整個監控係統進行了仔細檢查,發現監控係統各部件均無故障現象。後來通過對整個礦井的采掘活動、機電運輸設備運行情況進行了摸排,發現監控係統誤報的時間段與21下山變頻絞車調試運行時間段非常吻合,初步懷疑監控係統誤報是由該變頻係統運行引起。為驗證,利用人工測試瓦斯與監控係統監測相對比的方法,對21下山一岩巷掘進頭的瓦斯情況進行了測試試驗,發現在變頻絞車運行時,人工測量的瓦斯含量數據與監控係統顯示的數據存在著很大差別,其中一次在絞車運行時測量的數據如表1所示。
經過多天的連續或間斷試驗,上述數據差距現象在每次變頻絞車運行時均有類似情況出現,而變頻絞車一旦停止運行,監控係統顯示的數據與人工測量的數據相差無幾,即監控係統恢複正常。於是判斷礦井安全監控係統的數據誤報與交流變頻絞車運行有關。
1.2 03manbetx
變頻絞車及安全監控係統在未改造前接線方式
如圖1所示。
由變頻器的基本組成及工作原理知,變頻器在理想狀態下一般輸出的是若幹kHz高壓正弦波,但是因變頻器供電的異步電動機存在電流—轉矩特性,在變頻器輸出的波形中除了有基波外,還有若幹高次諧波。因在變頻器輸出線與地之間及電機與地之間都存在有分布電容,於是產生了高次諧波電流,該電流中含有很多奇次諧波成份。
變頻器產生的奇次諧波對外存在較大的幹擾,該高次諧波幹擾大體可分為以下3種類型:A:電源幹擾,幹擾電流通過電源竄入係統直接傳導幹擾。
B:感應幹擾,因感應通過信號輸入/輸出通道竄入係統形成的幹擾。
C:輻射幹擾,通過電磁波輻射竄入係統形成的幹擾。
根據當時係統實際組成情況可知,礦井安全監控係統被以上3種幹擾模式所籠罩(如圖1中虛線部分所示)。因此,若傳感器在上傳正常數據時被高次諧波幹擾,瓦斯分站上傳的正常瓦斯含量峰值上被另外疊加上一高次諧波,兩者相疊加後的峰值被上傳到瓦斯監控係統,係統必然顯示為瓦斯超限或瓦斯突出假象的高瓦斯峰值,該種假象的存在,安全監控人員很難分辨礦井瓦斯含量的真偽,給礦井安全帶來極大隱患,必須進行治理。
2 抑製諧波汙染的措施
2.1 改變外部環境抑製諧波汙染(1)在吊掛監測電纜與變頻絞車動力電纜時,要把二者分開吊掛,並且兩者吊掛間距應保持在
(2 )將變頻絞車進出變頻器的電纜及受幹擾的監測分站及傳感器所用電纜由礦用一般阻燃電纜更換為屏蔽電纜,並把屏蔽層可靠接地,以減少變頻器高次諧波的輻射幹擾和感應幹擾。
(3)將變頻絞車與監控係統分開供電,由原來的一個變壓器供電改為兩個不同變壓器或不同變電所供電。在變頻絞車變頻器附近單獨安裝一台變壓器供變頻絞車供電,以截斷高次諧波直接傳導幹擾電流途徑。
2.2 改造變頻器設備結構
(1)在變頻器電源側線路上加裝零序電抗器,以降低諧波對無線接收設備的幹擾。
(2)在變頻係統中加裝交流、直流電抗器,可抑製奇次諧波對電網的汙染。
(3)在變頻器的輸入和輸出端加裝LC低通濾波器,這樣抗幹擾效果更好。但是在加裝低通濾波器時,要注意分清是輸入端還是輸出端,因兩者結構是不同的。
2.3 提高監測係統自身的抗幹擾能力
(1)在軟件上主要采取抗幹擾措施:改進監視定時器電路,設置軟件陷井及地址攔截、軟件冗餘設計,對監測的數據進行軟件濾波等措施。
(2)在硬件上采取的措施。
①對監測分站及傳感器的外殼均進行屏蔽,並對屏蔽外殼可靠接地,以減少空間電磁輻射幹擾。
②為提高抗擊電源幹擾的能力,在監測係統電源中加裝交流穩壓器、隔離變壓器、低通濾波器、平滑濾波器和進行板上穩壓等辦法。可以改善電源波形,濾除變壓器次級輸出的高次諧波,減少高頻幹擾,還可以解決電源過壓和欠壓、降低直流電源的交流紋波電壓。
③對於一些通道幹擾,采取加裝光電耦合器等隔離元件的光電隔離辦法,這樣可以有效地抑製尖峰脈衝及各種高頻幹擾。對於信號頻率較高、傳輸距離較遠的輸入輸出通道,還應使用雙絞線傳輸,因雙絞線能使每一扭絞線段之間的電磁感應幹擾相互抵消。但在使用雙絞線時必須注意阻抗匹配,否則將有信號電磁波反射產生。除了采取以上措施外,還對一些電路板進行了更換,采用了地線、電源線印製較寬、大小適中、元器件布局合理的電路板;同時對係統布線進行了合理布置,將交流線、直流線、數字信號線、模擬信號線、感性負載驅動線等分別進行單獨打把,並盡量減少布線長度,以避免相互幹擾;另外還對高頻係統采用多點接地,增大接地線截麵等方法。
3 應用效果造成煤礦交流變頻調速絞車及監控係統經過上述改造後,消除了交流變頻調速係統運行對礦井電網、安全監測係統及井下無線通訊設施的汙染問題,使礦井安全監控係統誤報現象徹底根除,運行效果十分穩定。
作者簡介:馮新軍(1972-),男,河南省鄭州市人,工程師,本科學曆,現任鄭煤集團公司告成煤礦機電運輸部副部長,一直從事技術管理工作,曾發表論文多篇。
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