1 我國煤礦監(jiān)控系統(tǒng)防雷現(xiàn)狀分析

    隨著現(xiàn)代化管理意識的增強(qiáng)和以計(jì)算機(jī)為核心的煤礦安全監(jiān)控技術(shù)的日益成熟，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)在全國大中型礦井中已比較廣泛地得到應(yīng)用。這些系統(tǒng)從中心監(jiān)控微機(jī)系統(tǒng)、通訊設(shè)備、檢測設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備等的投資到安裝調(diào)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(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展上，生產(chǎn)廠家的注意力主要集中在監(jiān)測與控制的性能指標(biāo)上，對一些不常發(fā)生的系統(tǒng)安全問題則關(guān)注不夠，因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)沒能給予充分的重視。如系統(tǒng)自身防雷擊能力就不同程度地存在缺陷。近年來，行業(yè)主管部門注意到了這個(gè)問題，并組織專家對原《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行了修訂，對相關(guān)內(nèi)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(tǒng)，其固有隱患仍沒能得到解決。當(dāng)攜帶有大能量的雷電擊中系統(tǒng)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(zhì)量較差則更危險(xiǎn))，但雷電的危險(xiǎn)能量仍能竄入線路中，并進(jìn)入正在運(yùn)行的設(shè)備，輕則造成設(shè)備損壞，重則有可能因設(shè)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(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的防雷技術(shù)進(jìn)行全面的調(diào)查研究，并與一些廠家進(jìn)行了技術(shù)研討后提出了如下解決方案：在地面中心站機(jī)房外被避雷系統(tǒng)保護(hù)的區(qū)域距中心站有一定距離的范圍內(nèi)，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(gè)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(fù)責(zé)將雷電能量及瞬間電壓電流峰值限制在一個(gè)安全值內(nèi)，然后再傳到中心站計(jì)算機(jī)和分站計(jì)算機(jī)接口，這樣就可解決雷擊損壞設(shè)備的問題。使用兩個(gè)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(shè)計(jì)方案

    3.1 音頻耦合變壓器電路功能及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
    在該安全柵中，音頻耦合變壓器起著將本安側(cè)電路與非本安側(cè)電路隔離的作用。因此在設(shè)計(jì)該音頻耦合變壓器時(shí)，其通頻帶要保證監(jiān)控系統(tǒng)通訊信號正常通過，且一次側(cè)與二次側(cè)的匝數(shù)應(yīng)相同，以不影響原系統(tǒng)的通訊性能。
    3.2 過流過壓保護(hù)電路功能及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
    該安全柵電路采用了過流過壓雙重保護(hù)措施。
    其中R起著限流作用，當(dāng)本安側(cè)電流增大時(shí)，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(dāng)電壓峰值超出齊納二極管的峰值時(shí)，齊納二極管擊穿短路，將能量釋放。當(dāng)線路峰值電壓過去后，齊納二極管又恢復(fù)正常工作。值得注意的是，設(shè)計(jì)電路時(shí)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(shí)，該安全柵不影響系統(tǒng)的正常通訊。
    3.3 效果
    由于該安全柵具有較強(qiáng)的吸收雷電沖擊波的功能，只要電路參數(shù)設(shè)計(jì)合適，危險(xiǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)比較簡單，因此投資很少，現(xiàn)場解決起來較易實(shí)現(xiàn)，是一種既簡單可行，又經(jīng)濟(jì)安全的解決方案。