直流輸電線路對市話通信系統(tǒng)的影響允許值分析

熊萬洲，趙遠(yuǎn)濤，萬龍弋，張青海

(1.中南電力設(shè)計院，武漢市430071;2.武漢東湖學(xué)院，武漢市430212)

0 引言

直流輸電線路對市話通信系統(tǒng)(HYA電纜接入)的影響主要包含:通信線路及終端設(shè)備的安全、維護(hù)人員的人身安全、通信傳輸質(zhì)量的安全，對于危險影響、干擾影響的允許值，各部門界定該限值的差異較大。為確保市話通信系統(tǒng)設(shè)備和人身安全，提高通信傳輸質(zhì)量、降低防護(hù)費用、便于工程協(xié)調(diào)，統(tǒng)一輸電線路影響市話通信系統(tǒng)的危險影響、干擾影響允許值非常必要。

市話通信系統(tǒng)是接近用戶的部分，由銅芯雙絞線市話通信電纜連接交換設(shè)備、接入網(wǎng)設(shè)備相關(guān)部分和總配線架、終端設(shè)備等組成。多年來，我國市話通信系統(tǒng)使用的設(shè)備材料、技術(shù)指標(biāo)不斷改進(jìn)，基本已與國際接軌，通信行業(yè)根據(jù)國際電信聯(lián)盟(international tele-communications union，ITU)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，制定了多項新的技術(shù)要求和規(guī)范。

1 危險影響允許值

危險影響指電信線路遭受直流輸電線路感應(yīng)產(chǎn)生的電壓和電流，足以危害電信運行維護(hù)人員的生命安全;損壞電信線路或設(shè)備;引起構(gòu)筑物火災(zāi)以及鐵路信號設(shè)備誤動而危及行車安全。目前各行業(yè)的技術(shù)規(guī)范新老版本交叉重疊、表述方式及觀點存在差異，使得各設(shè)計、運行單位認(rèn)識不盡統(tǒng)一。

1.1 人身安全

(1)交流輸電線路故障時電信維護(hù)工作人員的人身安全電壓允許值，一直處在不斷的修訂之中，我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)最近一次修訂［2］是根據(jù)ITU-T規(guī)范K.33 －1996［1］進(jìn)行，新版 ITU-T 規(guī)范 K.68—2008 又明確了該允許值，指出輸電線路故障持續(xù)時間的安全電壓允許值見表1［3］。

表1 人身安全電壓允許值Tab.1 Allowable voltage value for personal safety

(2)直流輸電線路故障時，文獻(xiàn)［4］最先提出了人身安全電壓允許值為3 kV，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接受了這一建議［5-6］。

1.2 終端設(shè)備安全

市話通信系統(tǒng)終端設(shè)備過電壓允許值取決于終端保護(hù)設(shè)備的耐受性。為了防止過電壓與過電流的危險影響，市話通信系統(tǒng)終端設(shè)備安裝有2級保護(hù)，第1級指用于轉(zhuǎn)移進(jìn)入設(shè)備的過強(qiáng)傳播能量的措施及物理裝置，第2級安裝在設(shè)備內(nèi)特別設(shè)計的保護(hù)裝置［7-9］。

文獻(xiàn)［3，10］指出輸電線路故障持續(xù)時間的安全電壓允許值見表2，文獻(xiàn)［2］也采用了隨故障持續(xù)時間不同而變化的允許值。

表2 ITU-T K.53設(shè)備安全電壓允許值Tab.2 Allowable voltage value of ITU-T K.53 safety

1.3 市話電纜安全

在市話通信系統(tǒng)中，大部分采用銅芯聚烯烴絕緣擋潮層聚烯烴護(hù)套作為市內(nèi)通信電纜，HYA系列電纜導(dǎo)體與屏蔽絕緣電氣強(qiáng)度、直流試驗電壓Ud需達(dá)到式(1)要求［11-12］:

(1)交流輸電線路故障狀態(tài)下，電信電纜芯線上的磁感應(yīng)電動勢E應(yīng)符合式(2)規(guī)定［2］:

根據(jù)式(1)、(2)可得:

(2)直流輸電線路故障狀態(tài)下，E應(yīng)符合式(4)規(guī)定［6］:

根據(jù)式(1)、(4)可得

1.4 綜合考慮允許值

由以上分析可知:(1)允許值與輸電線持續(xù)故障時間的相關(guān)性較大;(2)針對不同對象表述，允許值數(shù)據(jù)相差較大。由于輸電線持續(xù)故障時間t≤0.2 s，綜合考慮選取較低的值，即1 030 V作為交流輸電線對市話通信系統(tǒng)危險影響的允許值。

1 030 V是交流有效值，對于直流輸電線路而言，計算的感應(yīng)電壓為峰值，則允許值為(即1 456 V)作為直流輸電線路對市話通信系統(tǒng)危險影響的允許值。

2 電話噪聲的允許值

2.1 ITU國際標(biāo)準(zhǔn)

(1)文獻(xiàn)［13］中指出:連接電話用戶的電話局到國際電話交換局的一個或幾個部分的線路，受全部電力線路磁場和電場感應(yīng)產(chǎn)生的雜音電動勢不應(yīng)超過1 mV，這是用戶話機(jī)通話時在線路終端的值，這個值是假設(shè)電信裝置安裝在盡可能完全對地平衡的回路里，符合最新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);通信線路的縱向變換損耗為60 dB，敏感系數(shù)λ=1‰［13］。在規(guī)定通信線路雜音干擾電動勢允許值的同時，也規(guī)定了通信線路必須滿足的要求。

(2)文獻(xiàn)［10］中規(guī)定，在電信線路的任何終端，一對芯線的2條導(dǎo)線之間的長期允許感應(yīng)噪聲電壓為 0.5 mV［10］。

(3)文獻(xiàn)［3］中規(guī)定:由于干擾結(jié)構(gòu)中所有施加感應(yīng)為電力設(shè)備在正常工作條件下共同產(chǎn)生，感應(yīng)電信設(shè)備線對2條線間的感應(yīng)噪音電壓在任何終端處均為0.5 mV，該電壓將降低感應(yīng)電信設(shè)備的話音質(zhì)量［3］。

(4)文獻(xiàn)［14］中規(guī)定:行政部門普遍使用噪聲計加權(quán)進(jìn)行噪聲測量，由全部電力線影響連接客戶中繼線到內(nèi)部交換機(jī)所產(chǎn)生的噪聲雜音計電壓不超過0.5 mV，這個值為客戶終端測量值［14］。

(5)在以上ITU-T導(dǎo)則和建議中，雜音允許值早期規(guī)定為1 mV，近期規(guī)定為0.5 mV;在規(guī)定雜音允許值的同時，指出電信設(shè)備之間的失衡—縱向變換損耗，必須符合文獻(xiàn)［15］的要求。

2.2 國家標(biāo)準(zhǔn)及文件

(1)文獻(xiàn)［16］中規(guī)定:通過電力線的磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)，在用戶話機(jī)線路端產(chǎn)生的雜音縱電動勢，在國際通話時應(yīng)不超過1 mV［16］。由于該規(guī)定的應(yīng)用條件是“在國際通話時”，因此在實際工程中很難界定和評估，基本沒有執(zhí)行力度。

(2)我國在20世紀(jì)90年代前，通信線路及通信技術(shù)發(fā)展不平衡，雖然在《通信線路遭受強(qiáng)電線路干擾影響的允許值》(送審稿)中規(guī)定:對于全國各大區(qū)、省(自治區(qū)、直轄市)、地區(qū)(市)以及沿海特區(qū)和開放城市的電話回路，感應(yīng)雜音計電動勢允許值為1 mV。但這個標(biāo)準(zhǔn)最終未能獲得批準(zhǔn)。

(3)文獻(xiàn)［17］是個原則性的聯(lián)合文件，在當(dāng)前的工程建設(shè)協(xié)調(diào)中還發(fā)揮著一定作用，其中規(guī)定:一般電話回路內(nèi)(主要指架空明線)由各種干擾線路感應(yīng)而引起的雜音電動勢總和不應(yīng)超過4.5 mV［17］。但文獻(xiàn)［17］至今沒有新版本。

2.3 通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

(1)文獻(xiàn)［18］中規(guī)定:當(dāng)強(qiáng)電線路正常運行時電纜線路遭受電磁耦合影響值不大于1 mV(在話機(jī)端上測量)［18］。

(2)文獻(xiàn)［19］中規(guī)定:強(qiáng)電設(shè)施與通信線路接近時，對于電纜線路中的音頻業(yè)務(wù)回路(通信線路維護(hù)人員的使用的音頻電話回路)，產(chǎn)生的干擾雜音計電壓值不宜超過 3.5 mV［19］。

2.4 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

(1)文獻(xiàn)［2］按市話和農(nóng)話及使用性質(zhì)(由于架空明線基本拆除，表述方式發(fā)生了一定變化)，規(guī)定縣電話局至縣及以上電話局的電話回路噪聲計電動勢允許值為 4.5 mV［2］。

(2)文獻(xiàn)［20］考慮到隨著電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，普遍采用了“本地電話網(wǎng)”的概念，取消了以前的通信線路級別及地域的劃分，在表述方式上進(jìn)行了一些調(diào)整，比文獻(xiàn)［2］對允許值的規(guī)定更加嚴(yán)格。文獻(xiàn)［20］中指出，本地電話網(wǎng)的電話回路音頻雙線電話回路的雜音電動勢允許值為4.5 mV。

目前對本地電話網(wǎng)的電話回路噪聲計電動勢采用4.5 mV的允許值，依然是進(jìn)行輸電線路設(shè)計的主要依據(jù)。

2.5 近期研究成果及文獻(xiàn)

(1)文獻(xiàn)［21］按電話回路性質(zhì)對雜音電動勢允許值進(jìn)行了表述:長途電話為1.0 mV;本地電話為4.5 mV。

(2)文獻(xiàn)［22］中提出:新時期、新條件下電話回路雜音電動勢水平不超過2 mV。

(3)文獻(xiàn)［25］根據(jù)目前我國電力線路走廊通道與通信線路相對位置關(guān)系的普遍情況，探討了將4.5 mV允許值標(biāo)準(zhǔn)提高到1.0 mV、放寬直流濾波性能指標(biāo)或取消濾波器、工程協(xié)調(diào)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較問題。

研究結(jié)論表明:如果放寬直流濾波性能指標(biāo)(等效干擾電流Ieq限制為2 200～3 500 mA)，同時提高干擾影響雜音電動勢的控制標(biāo)準(zhǔn)(1.0 mV)，計算分析表明，需改造的通信線路條數(shù)明顯增加，電力建設(shè)項目的改造費用也明顯增加［26-27］。

(4)文獻(xiàn)［28］中指出:我國人口眾多，電力和通信行業(yè)發(fā)展較快，高壓電力系統(tǒng)與通信系統(tǒng)鄰近的可能性更大，為降低工程造價，同時保證通信系統(tǒng)的質(zhì)量，對于公用電話回路音頻干擾限值，建議雜音電動勢小于1～2 mV。

2.6 與國際接軌的預(yù)期

上述分析表明，我國電話雜音允許值不僅數(shù)值相差大，且對名稱表述(噪聲計電動勢、噪聲計電壓)也不相同。

早在編制文獻(xiàn)［29］時，就對干擾影響允許值與國際接軌進(jìn)行了預(yù)期，在條文說明中強(qiáng)調(diào):如果敏感系數(shù)達(dá)到1‰、噪聲計電動勢允許值為1 mV與敏感系數(shù)為4‰、噪聲計電動勢允許值為4.5 mV基本是對等的;當(dāng)電信設(shè)備、電信線路達(dá)到“盡可能對地完全平衡，符合最新式設(shè)備的要求”時，與國際標(biāo)準(zhǔn)1 mV接軌比較容易;但必須注意到，對架空電信明線，特別是敏感系數(shù)為5‰～6‰的架空農(nóng)話線要求與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌則困難較大［29］。2006年修訂該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，又強(qiáng)調(diào)了該觀點［2］。

目前我國架空電信明線全部淘汰，必須兼顧通信系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的利益，恰當(dāng)?shù)剡x取能被各方所接受的干擾影響雜音電動勢的控制值。除技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析外，與各行業(yè)主管部門認(rèn)知程度、產(chǎn)業(yè)經(jīng)營政策有關(guān)，還需行政審批許可，是個復(fù)雜長遠(yuǎn)的問題。

2.7 干擾影響標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議

為推進(jìn)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的修訂編制工作，對該允許值提出以下新的表述方式。

音頻雙線電話回路噪聲計電動勢允許值應(yīng)符合下列規(guī)定:

(1)基本噪聲計電動勢允許值為2 mV。

(2)考慮電話回路縱向變換損耗性能的噪聲計電動勢值見表3。

表3 電話回路噪聲計電動勢允許值Tab.3 Allowable value of electromotive force of noise meter in telephone circuit

3 結(jié)語

我國地域廣闊、人口密集，各地電信建設(shè)水平參差不齊，確定直流輸電線路影響市話通信系統(tǒng)允許值，必須總結(jié)以往工程設(shè)計規(guī)范和運營實施狀況，參考國際最新、最先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)及科技研究成果，同時要考慮我國目前通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和線路抗干擾能力所能達(dá)到的技術(shù)水平，以達(dá)到確保市話通信系統(tǒng)設(shè)備及人身安全、降低防護(hù)費用、便于工程協(xié)調(diào)的目的。本文主要提出了下列2點建議:

(1)對市話通信系統(tǒng)危險影響電壓(或縱電動勢)允許值，采用1 456 V(峰值);

(2)對音頻雙線電話回路的干擾影響，基本噪聲計電動勢允許值應(yīng)小于2 mV。

該建議值雖然比目前電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［2-20］嚴(yán)格，但較ITU-T標(biāo)準(zhǔn)寬松，這樣取值符合我國國情，可供工程設(shè)計及規(guī)程編制參考。

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