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)計時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問題，并組織專家對原《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計規(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)，但雷電的危險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安全值內(nèi)，然后再傳到中心站計算機(jī)和分站計算機(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)計方案

    3.1 音頻耦合變壓器電路功能及設(shè)計注意事項
    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)計該音頻耦合變壓器時，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)計注意事項
    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，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，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(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(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)場解決起來較易實現(xiàn)，是一種既簡單可行，又經(jīng)濟(jì)安全的解決方案。