矿井动力电缆对监测信号电缆串扰的不确定性分析
发布时间：2021-02-20 05:29
煤矿井下空间狭小、大型机电设备相对集中,导致井下动力电缆和监测信号电缆间距离较近。当煤矿井下监测信号电缆与动力电缆并行铺设时,动力电缆上的浪涌骚扰或者谐波骚扰会在信号电缆上产生感应电压和感应电流,可能覆盖来自各传感器的监控信号,导致信息失真,严重时甚至会给电气设备安全及人员安全造成威胁。由于矿井下真实的电磁环境及空间条件较为复杂,输入参数存在着很大的不确定性,目前关于屏蔽电缆串扰计算的研究主要是针对确定性输入参数。因此,研究矿井动力电缆对监测信号电缆串扰的不确定性分析具有一定的实际意义。本文主要的研究内容及成果如下:首先,论文详细论述了基于时域有限差分方法（FDTD）求解传输线串扰模型的计算步骤,建立了屏蔽电缆传输线的串扰模型,简述了基于FDTD的屏蔽电缆串扰的求解方法,对屏蔽电缆的转移阻抗和电感电容矩阵的计算表达式进行了补充说明。其次,针对矿井下实际的电气环境及空间要求介绍了矿井下浪涌、谐波骚扰的来源与数学表达式,详细说明了矿井下动力电缆与监测信号电缆的布局情况及其分类,选取实际矿用的电缆电气参数进行串扰响应计算,分别得到了在浪涌和谐波两种骚扰源下动力电缆对监测信号电缆的串扰随参数变...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2.1双导体传输线串扰示意图
2屏蔽电缆串扰模型的建立与求解70),(),(),(ttzIILtzRztzV(2.1)0),(),(),(ttzVVCtzGztzI(2.2)式中：z表示传输线的纵向方向，R为双传输线单位长度上恒定的电阻(Ω/m)，L为双传输线单位长度上恒定的电感(H/m)，G为双传输线单位长度上恒定的导纳(S/m)，C为双传输线单位长度上恒定的电容(F/m)。对于大部分绝缘的传输线其分布导纳G≈0，因此可以忽略导纳G。考虑到无损情况时单位长度的电阻R也可以忽略。单位长度电感参数矩阵由式（2.3）和式（2.4）确定[57]。kkkkrhl2ln20(2.3)klklkldDlln20(2.4)式中：为自由空间的磁导率，也就是m，lkk为导线k的自电感，lkl为导线k和导线l之间的互电感，hk、rk分别为第k根导线距地面的高度和导线半径，dkl为第k根导线和第l根导线之间的距离，Dkl为第k根导线和第l根导线镜像间的距离。双传输线系统及其在地平面内的镜像截面图如下所示。前述所述的hk、dkl、Dkl等参数均可以在实际情况中如图测量得到。图2.2双传输线系统及其在地平面内的镜像截面图单位长度电容参数矩阵C是通过电位系数矩阵K的逆矩阵获得，如式（2.5）。1KC(2.5)电位系数矩阵K中的各个元素求解公式如下式。)4/()/41ln(02ikkiikdhhK(2.6)
西安科技大学全日制硕士学位论文8)2/()/2ln(0iiiiahK(2.7)式中：为传输线周围的介电常数，无损介电质时F/m。2.1.2基于FDTD求解传输线方程时域有限差分方法（FDTD）的主要思想是基于Maxwell旋度方程，使用Yee单元网格对空间电磁场进行切分，采用被中心差分法离散了时间变量的电磁方程，通过时间与空间交替推进，逐步求解电磁场相关方程[57,59]。通过上一小节可以得到理想情况下无损的双导体传输线方程。0,,zttzIlztV(2.8)0,,ttzVcztzI(2.9)首先，根据时域有限差分方法的思想将传输线均分为Ndz段，每一段传输线长度为z，则传输线均分位置示意图如图2.3所示。图2.3传输线均分位置示意图然后，将求解的时间也划分为Ndet个时间段，每一段的时间长度为t。为了保证离散化的稳定性和二阶计算精度，将Ndz+1个点电压V1，V2，…，VNdz，VNdz+1与Ndz个点电流I1，I2，…，INdz做如图2.4所示的交织顺序。传输线方程式（2.8）经过上述空间和时间上的中心差分之后近似变成下式（2.10）。02/12/3111tIIlzVVnknknknk(2.10)式中：k=1，2，…，Ndz，同样的式（2.9）也近似变成下式（2.11）。02/12/3111tIIlzVVnknknknk(2.11)式中：k=2，3，…，Ndz。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双曲线截断混沌多项式展开的地磁感应电流敏感度分析[J]. 刘青,崔茜凯,马龙雄,查虹丽,周宁馨. 强激光与粒子束. 2019(07)
[2]埋地管道HEMP响应的不确定度量化[J]. 刘青,王晨东,李湛宇,王英澜. 电工技术学报. 2019(09)
[3]不等高多导体传输线串扰特性的仿真与分析[J]. 叶志红,胡韬,姚顺雨,任秋林. 科学技术与工程. 2018(24)
[4]基于混沌多项式展开的地磁感应电流不确定性研究[J]. 崔茜凯,刘青,宁晓亮,祁文治,卫永鹏. 电网与清洁能源. 2018(06)
[5]矿井供电系统谐波治理方案研究[J]. 谭昆云. 技术与市场. 2018(02)
[6]基于多项式混沌方法的场线耦合响应不确定度量化[J]. 李湛宇,董宁,纪锋,巩少岩,陈宇浩,谢彦召. 强激光与粒子束. 2017(11)
[7]基于传输线方程的多根非平行传输线串扰分析[J]. 刘鑫,钟选明,叶志红,廖成. 现代电子技术. 2017(01)
[8]矿井供电谐波危害及治理探究[J]. 张亚峰. 山东煤炭科技. 2016(11)
[9]基于多项式混沌展开的水文模型参数敏感性分析[J]. 王春晓,陈敏,李永平. 水电能源科学. 2016(10)
[10]矿用钢丝绳监测系统电磁干扰性耦合规律研究[J]. 田劼,王红尧,温良,姚永辉. 煤炭学报. 2016(04)
博士论文
[1]谐波电压比例标准关键技术研究[D]. 周峰.华中科技大学 2019
硕士论文
[1]非均匀有耗多导体传输线串扰问题的研究[D]. 王晓萌.哈尔滨工程大学 2017
[2]线缆束耦合效应不确定性的仿真分析[D]. 王天昊.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于FDTD的煤矿井下信号线电磁干扰研究[D]. 王鹤晓.北京交通大学 2016
[4]基于BLT方程的电磁脉冲线缆耦合研究[D]. 朱文青.沈阳航空航天大学 2016
[5]基于时域有限差分法的多导体传输线研究[D]. 胡雪姣.北京邮电大学 2015
[6]煤矿瓦斯监控系统电磁兼容性研究[D]. 郝明.齐鲁工业大学 2014
[7]煤矿井下供电系统对安全监控系统的电磁干扰研究[D]. 夏宁.北京交通大学 2012
[8]煤矿井下电力电子设备电磁干扰的研究[D]. 王丹.上海交通大学 2009
[9]电磁拓扑中BLT方程的建立及应用研究[D]. 王宝和.国防科学技术大学 2006
本文编号：3042299
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图2.1双导体传输线串扰示意图
2屏蔽电缆串扰模型的建立与求解70),(),(),(ttzIILtzRztzV(2.1)0),(),(),(ttzVVCtzGztzI(2.2)式中：z表示传输线的纵向方向，R为双传输线单位长度上恒定的电阻(Ω/m)，L为双传输线单位长度上恒定的电感(H/m)，G为双传输线单位长度上恒定的导纳(S/m)，C为双传输线单位长度上恒定的电容(F/m)。对于大部分绝缘的传输线其分布导纳G≈0，因此可以忽略导纳G。考虑到无损情况时单位长度的电阻R也可以忽略。单位长度电感参数矩阵由式（2.3）和式（2.4）确定[57]。kkkkrhl2ln20(2.3)klklkldDlln20(2.4)式中：为自由空间的磁导率，也就是m，lkk为导线k的自电感，lkl为导线k和导线l之间的互电感，hk、rk分别为第k根导线距地面的高度和导线半径，dkl为第k根导线和第l根导线之间的距离，Dkl为第k根导线和第l根导线镜像间的距离。双传输线系统及其在地平面内的镜像截面图如下所示。前述所述的hk、dkl、Dkl等参数均可以在实际情况中如图测量得到。图2.2双传输线系统及其在地平面内的镜像截面图单位长度电容参数矩阵C是通过电位系数矩阵K的逆矩阵获得，如式（2.5）。1KC(2.5)电位系数矩阵K中的各个元素求解公式如下式。)4/()/41ln(02ikkiikdhhK(2.6)
西安科技大学全日制硕士学位论文8)2/()/2ln(0iiiiahK(2.7)式中：为传输线周围的介电常数，无损介电质时F/m。2.1.2基于FDTD求解传输线方程时域有限差分方法（FDTD）的主要思想是基于Maxwell旋度方程，使用Yee单元网格对空间电磁场进行切分，采用被中心差分法离散了时间变量的电磁方程，通过时间与空间交替推进，逐步求解电磁场相关方程[57,59]。通过上一小节可以得到理想情况下无损的双导体传输线方程。0,,zttzIlztV(2.8)0,,ttzVcztzI(2.9)首先，根据时域有限差分方法的思想将传输线均分为Ndz段，每一段传输线长度为z，则传输线均分位置示意图如图2.3所示。图2.3传输线均分位置示意图然后，将求解的时间也划分为Ndet个时间段，每一段的时间长度为t。为了保证离散化的稳定性和二阶计算精度，将Ndz+1个点电压V1，V2，…，VNdz，VNdz+1与Ndz个点电流I1，I2，…，INdz做如图2.4所示的交织顺序。传输线方程式（2.8）经过上述空间和时间上的中心差分之后近似变成下式（2.10）。02/12/3111tIIlzVVnknknknk(2.10)式中：k=1，2，…，Ndz，同样的式（2.9）也近似变成下式（2.11）。02/12/3111tIIlzVVnknknknk(2.11)式中：k=2，3，…，Ndz。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双曲线截断混沌多项式展开的地磁感应电流敏感度分析[J]. 刘青,崔茜凯,马龙雄,查虹丽,周宁馨. 强激光与粒子束. 2019(07)
[2]埋地管道HEMP响应的不确定度量化[J]. 刘青,王晨东,李湛宇,王英澜. 电工技术学报. 2019(09)
[3]不等高多导体传输线串扰特性的仿真与分析[J]. 叶志红,胡韬,姚顺雨,任秋林. 科学技术与工程. 2018(24)
[4]基于混沌多项式展开的地磁感应电流不确定性研究[J]. 崔茜凯,刘青,宁晓亮,祁文治,卫永鹏. 电网与清洁能源. 2018(06)
[5]矿井供电系统谐波治理方案研究[J]. 谭昆云. 技术与市场. 2018(02)
[6]基于多项式混沌方法的场线耦合响应不确定度量化[J]. 李湛宇,董宁,纪锋,巩少岩,陈宇浩,谢彦召. 强激光与粒子束. 2017(11)
[7]基于传输线方程的多根非平行传输线串扰分析[J]. 刘鑫,钟选明,叶志红,廖成. 现代电子技术. 2017(01)
[8]矿井供电谐波危害及治理探究[J]. 张亚峰. 山东煤炭科技. 2016(11)
[9]基于多项式混沌展开的水文模型参数敏感性分析[J]. 王春晓,陈敏,李永平. 水电能源科学. 2016(10)
[10]矿用钢丝绳监测系统电磁干扰性耦合规律研究[J]. 田劼,王红尧,温良,姚永辉. 煤炭学报. 2016(04)
博士论文
[1]谐波电压比例标准关键技术研究[D]. 周峰.华中科技大学 2019
硕士论文
[1]非均匀有耗多导体传输线串扰问题的研究[D]. 王晓萌.哈尔滨工程大学 2017
[2]线缆束耦合效应不确定性的仿真分析[D]. 王天昊.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于FDTD的煤矿井下信号线电磁干扰研究[D]. 王鹤晓.北京交通大学 2016
[4]基于BLT方程的电磁脉冲线缆耦合研究[D]. 朱文青.沈阳航空航天大学 2016
[5]基于时域有限差分法的多导体传输线研究[D]. 胡雪姣.北京邮电大学 2015
[6]煤矿瓦斯监控系统电磁兼容性研究[D]. 郝明.齐鲁工业大学 2014
[7]煤矿井下供电系统对安全监控系统的电磁干扰研究[D]. 夏宁.北京交通大学 2012
[8]煤矿井下电力电子设备电磁干扰的研究[D]. 王丹.上海交通大学 2009
[9]电磁拓扑中BLT方程的建立及应用研究[D]. 王宝和.国防科学技术大学 2006
本文编号：3042299
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