煤礦安全監控系統的防雷措施

     1 我國煤礦監控系統防雷現狀分析

    隨著現代化管理意識的增強和以計算機為核心的煤礦安全監控技術的日益成熟，煤礦安全生產監控系統在全國大中型礦井中已比較廣泛地得到應用。這些系統從中心監控微機系統、通訊設備、檢測設備和執行設備等的投資到安裝調試，其資金投入少則幾十萬元，多則幾百萬元。但是，目前在煤礦安全生產監控系統發展上，生產廠家的注意力主要集中在監測與控制的性能指標上，對一些不常發生的系統安全問題則關注不夠，因此在電路設計時沒能給予充分的重視。如系統自身防雷擊能力就不同程度地存在缺陷。近年來，行業主管部門注意到了這個問題，并組織專家對原《煤礦監控系統總體設計規范》進行了修訂，對相關內容提出了明確要求。但是很多較早安裝并正工作在煤礦中的系統，其固有隱患仍沒能得到解決。當攜帶有大能量的雷電擊中系統防雷能力較薄弱的通訊傳輸線路，尤其在擊中有一定高度的架空傳輸線路后，盡管傳輸線路使用的是屏蔽線纜，并要求做可靠接地(如果屏蔽效果不好，接地質量較差則更危險)，但雷電的危險能量仍能竄入線路中，并進入正在運行的設備，輕則造成設備損壞，重則有可能因設備損壞造成電火花外漏，由電火花引起井下瓦斯和煤塵的爆炸。

    2 防雷措施的解決方案

    通過對我國煤礦正在使用的多種安全生產監控系統的防雷技術進行全面的調查研究，并與一些廠家進行了技術研討后提出了如下解決方案：在地面中心站機房外被避雷系統保護的區域距中心站有一定距離的范圍內，加裝一級安全柵；在井下和地面分站到中心站的通信線路上，在距分站距離較近的安全地帶也加裝一級安全柵，用這兩個安全柵來吸收線路上傳來的雷電能量，即讓雷電能量首先沖擊安全柵，由安全柵負責將雷電能量及瞬間電壓電流峰值限制在一個安全值內，然后再傳到中心站計算機和分站計算機接口，這樣就可解決雷擊損壞設備的問題。使用兩個安全柵的電路連接方法如圖1所示。安全柵電路原理圖見圖2。

圖1 防雷擊安全柵電路連接示意圖

圖2 安全柵電路原理圖

    3 安全柵電路設計方案

    3.1 音頻耦合變壓器電路功能及設計注意事項
    在該安全柵中，音頻耦合變壓器起著將本安側電路與非本安側電路隔離的作用。因此在設計該音頻耦合變壓器時，其通頻帶要保證監控系統通訊信號正常通過，且一次側與二次側的匝數應相同，以不影響原系統的通訊性能。
    3.2 過流過壓保護電路功能及設計注意事項
    該安全柵電路采用了過流過壓雙重保護措施。
    其中R起著限流作用，當本安側電流增大時，R上壓降增加，限制輸出電流。該電路采用齊納二極管限壓，當電壓峰值超出齊納二極管的峰值時，齊納二極管擊穿短路，將能量釋放。當線路峰值電壓過去后，齊納二極管又恢復正常工作。值得注意的是，設計電路時所選擇的齊納二級管其峰值擊穿電壓要大于通信信號的峰值電壓，保證電路在正常工作時，該安全柵不影響系統的正常通訊。
    3.3 效果
    由于該安全柵具有較強的吸收雷電沖擊波的功能，只要電路參數設計合適，危險能量就能在安全柵上基本吸收掉，沒能被吸收的剩余能量，即使傳到中心站和分站，也不能構成威脅。因此，該方法能夠較好地解決雷擊危害問題。從電路原理可以看出，其結構比較簡單，因此投資很少，現場解決起來較易實現，是一種既簡單可行，又經濟安全的解決方案。