直流輸電線路對電信線路干擾影響的評估計算

熊萬洲，萬龍弋，趙遠(yuǎn)濤，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

國家能源局?jǐn)M對電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T 5340—2006《直流輸電線路對電信線路危險影響防護(hù)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》進(jìn)行修訂，根據(jù)修訂要求，須增加干擾影響計算、允許值及防護(hù)評估等內(nèi)容。

直流輸電線路對電信線路干擾影響的計算過程復(fù)雜、參數(shù)選取困難，只能求得實際情況數(shù)量級的近似值，當(dāng)前各文獻(xiàn)對計算公式的簡化方法也不統(tǒng)一。本文提出應(yīng)根據(jù)當(dāng)前直流輸電線路和電信線路的運行方式、電氣特性等特點，對各分量進(jìn)行簡化或取舍，達(dá)到工程評估計算的目的。

1 干擾影響綜述

1.1 干擾影響各分量

(1)輸電線路對電信線路干擾影響的計算，國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門的ITU-T導(dǎo)則的歷年版本都進(jìn)行了介紹，列出了詳細(xì)的計算公式及計算參數(shù)［1］。根據(jù)文獻(xiàn)［2］對干擾影響計算進(jìn)行了描述，干擾影響各分量可展開，如圖1所示。

圖1 干擾影響各分量展開圖Fig.1 Each components of interference effect

在圖1中，干擾影響各分量的含義如下。

1)平衡分量:輸電線路相導(dǎo)線幾何位置對電信線路不對稱，引起的對電信線路干擾分量;

2)剩余分量:輸電線路電氣指標(biāo)對地不平衡，引起的對電信線路干擾分量;

3)環(huán)路效應(yīng)影響:電信線路雙電話線幾何位置對輸電線路不對稱，引起的對電信線路干擾分量;

4)不平衡影響:電信線路雙電話線電氣指標(biāo)對地不平衡，引起的對電信線路干擾分量。

具體計算時，將根據(jù)輸電線路和電信線路的運行方式、電氣特性、相對位置關(guān)系對上述各分量進(jìn)行計算、簡化或取舍。交流輸電線路影響雙線電話回路的計算，文獻(xiàn)［3］主要考慮了3個分量的影響。

(2)對于直流輸電線路對電信線路干擾影響的計算，文獻(xiàn)［4］介紹了各分量(包含感性耦合、容性耦合)的詳細(xì)計算方法及公式。后期的研究成果認(rèn)為:在一般情況下，容性耦合比感性耦合產(chǎn)生的干擾要小，因此前者可以忽略［5］;干擾影響主要由諧波電流引起，而諧波電壓引起的干擾影響一般可以忽略［6］。

1.2 計算公式簡化

在進(jìn)行直流輸電線路設(shè)計時，對鄰近通信線路的計算結(jié)果要求準(zhǔn)確，但在計算中精確獲取部分計算參數(shù)存在一定難度，所采用的某些參數(shù)精度不高，如視在大地電導(dǎo)率、電信線路的敏感性等，并且對一些客觀的環(huán)境假定也趨于理想的情況。所以，即使采用最經(jīng)典的數(shù)學(xué)公式計算，計算結(jié)果也只是對影響程度1個數(shù)量級的評估。為簡化計算，本文對干擾影響進(jìn)行如下設(shè)定。

(1)忽略環(huán)路效應(yīng)影響，理由為:

1)電信線路雙電話線的間距遠(yuǎn)小于與輸電線路相對位置的間距;

2)電信線路如為電纜，且銅芯雙絞線成扭絞布置，則節(jié)距極小。

(2)忽略靜電感應(yīng)影響，理由為:

1)當(dāng)前電話回路的電信線路主要為HYA系列電纜，外屏蔽層有效抑制了靜電感應(yīng);

2)長期工程計算表明，即使是無屏蔽的電信線路，容性耦合相對感性耦合產(chǎn)生的干擾極小，當(dāng)相對位置的間距保持在50 m以上時，容性耦合產(chǎn)生的干擾迅速下降。

(3)感性耦合電流剩余分量產(chǎn)生的干擾所占權(quán)重最大。

在我國近30年的直流輸電線路工程設(shè)計實踐中，普遍采用等效干擾電流法來分析直流輸電線路感性耦合對鄰近通信線路的干擾影響。

2 等效干擾電流方法

2.1 總等效干擾電流

根據(jù)上述分析，對音頻雙線電話回路干擾影響，可利用感性耦合簡化計算公式，則總噪聲計電動勢［7］為

式中:e為由等效干擾電流(感性耦合)產(chǎn)生的音頻雙線電話回路總噪聲計電動勢，mV;ebI為直流輸電線路電流平衡分量(平模分量)感應(yīng)產(chǎn)生的雙線電話回路不平衡影響噪聲計電動勢分量，mV;erI為直流輸電線路電流剩余分量(地模分量)感應(yīng)產(chǎn)生的雙線電話回路不平衡影響噪聲計電動勢分量，mV。

對于ebI、erI及平模分量和地模分量，合并為總等效干擾電流。由式(1)可推導(dǎo)出總等效干擾電流Ieq與剩余等效干擾電流Idqr和平衡等效干擾電流Idqb的關(guān)系為

式中:Zmr為直流雙極大地回路與雙線電話回路(800 Hz)的感性耦合阻抗，Ω/km;Zmb為極導(dǎo)線與雙線電話回路(800 Hz)的感性耦合阻抗，Ω/km。

當(dāng)直流輸電線路和電話線路的間距保持一定距離時，即 Zmb/Zmr＜0.05［8］，直流輸電線路的平衡等效干擾電流可以忽略，Ieq≈Idqr。

2.2 等效干擾電流的協(xié)調(diào)

在實際工程設(shè)計中，對于直流輸電線路允許的等效干擾電流沒有統(tǒng)一的計算標(biāo)準(zhǔn)，其取決于高壓直流輸電線路的設(shè)備性能、工作狀態(tài)以及電信、電力部門的設(shè)計原則。等效干擾電流的大小還取決于高壓直流系統(tǒng)的接線方式、濾波系統(tǒng)的配置及運行狀態(tài)，在單極運行中，由于大地模式電流較高，此時電話干擾顯著高于雙極運行的情況。

對電話回路干擾影響程度及感應(yīng)防護(hù)協(xié)調(diào)是一個復(fù)雜的問題，與直流濾波器的性能直接相關(guān)。在具體工程建設(shè)中，下列2個基本問題是相互關(guān)聯(lián)的:(1)遭受有害干擾的有線通信回路數(shù)目、與電信部門協(xié)調(diào)的防護(hù)方案、在受影響通信線路上采取的補(bǔ)救措施的總費用;(2)實施直流濾波器設(shè)計方案后的干擾水平、制造技術(shù)難度以及濾波器設(shè)計方案的費用。這就構(gòu)成了造價、性能比的選擇問題，應(yīng)首先確定有線通信回路的數(shù)目及特性，然后計算每條通信回路的感應(yīng)干擾大致水平，要求每個受干擾區(qū)域的參數(shù)計算精度要高。

直流濾波器設(shè)計方案的變化，將直接引起直流輸電線路諧波電流分布的變化，諧波標(biāo)準(zhǔn)的確定需要綜合優(yōu)化。

翻譯后的作品具有明顯異國情調(diào)是指“源文本的語言和文化特征只做了很少改動或未經(jīng)改動就轉(zhuǎn)移到目標(biāo)文本中，結(jié)果目標(biāo)文本看起來有一種明顯的‘外國’味兒”（轉(zhuǎn)引自譚載喜，2005，p.72）

目前國際上還沒有對特高壓直流線路的諧波指標(biāo)和直流濾波性能作出具體要求，在我國現(xiàn)有直流工程中，均以直流線路等效干擾電流作為直流諧波性能的衡量指標(biāo)。直流線路等效干擾電流是一個中間指標(biāo)，直流濾波最終的性能標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以不影響周圍通信線路的通信質(zhì)量為前提，使周圍通信線路上的干擾限制在可接受的水平。如果不綜合考慮各項因素，單純地提高濾波器的性能，往往導(dǎo)致投資較大效果卻不明顯［9］。

3 工程評估計算

3.1 基本公式

為便于工程評估計算，由式(1)～(2)可推導(dǎo)出直流輸電線路對雙線電話回路的感應(yīng)噪聲計電動勢［5-7，10-11］為

式中:e為由等效干擾電流(感性耦合)產(chǎn)生的音頻雙線電話回路總噪聲計電動勢，mV;λ為通信線路的敏感系數(shù)，反映了雙線對地的不平衡度，mV/V(‰);Zm為輸電線路與通信線路(800 Hz)的互感阻抗，此時Zm=Zmr，Ω/km;lp為平行接近長度，km;Ieq為總的等效干擾電流，mA;Km為屏蔽系數(shù)。

3.2 衰減系數(shù)

文獻(xiàn)［12-13］討論了電信線路干擾傳播效應(yīng)的衰減系數(shù)，文獻(xiàn)［14］最早規(guī)定在干擾計算中計入傳播效應(yīng)的衰減系數(shù)，文獻(xiàn)［3，15］繼續(xù)沿用了這一系數(shù)。電信線路對電磁干擾的衰減是客觀存在的，關(guān)鍵在于式(3)中的敏感系數(shù)是否已經(jīng)包含了衰減系數(shù)。

文獻(xiàn)［16］將敏感系數(shù)分為全接近段敏感系數(shù)和微小接近段敏感系數(shù)，給出了理論表達(dá)式并對相關(guān)特性進(jìn)行了敘述。全接近段敏感系數(shù)除了與電信線路本身的物理電氣性能有關(guān)外，還與電信線路的長度有關(guān);微小接近段敏感系數(shù)與雙回電信線路單根導(dǎo)線的干擾雜音電動勢轉(zhuǎn)化為橫向干擾雜音電壓的過程有關(guān)，這個橫向干擾雜音電壓將沿雙回電信線傳輸，傳輸過程中電壓幅值衰減，相位也發(fā)生了變化［12］。

對于敏感系數(shù)的測量，文獻(xiàn)［1］只給出測試接線推薦方案，并沒有規(guī)定被測試線的長度，因此敏感系數(shù)是一個統(tǒng)計量［17］;對于敏感系數(shù)的定義，早期版本與現(xiàn)在也有不同。如果認(rèn)為敏感系數(shù)為電信線路全段敏感系數(shù)，則不宜再考慮衰減系數(shù)［17］;如果認(rèn)為敏感系數(shù)為電信線路微小段敏感系數(shù)，則應(yīng)考慮衰減系數(shù)［12］。

敏感系數(shù)的最新定義為:電信設(shè)備之間的失衡—縱向變換損耗，必須符合文獻(xiàn)［18］的要求，計算方法為

式中:LCL為電信設(shè)備之間的失衡—縱向變換損耗，dB;EL為電話回路中縱向噪聲計電動勢，mV;Ud為電話回路中橫向噪聲計電壓，mV。從文獻(xiàn)［18］規(guī)定的縱向變換損耗計算公式及測量方法可以看出，計算范圍不僅包含了電信線路全段，還包含了所連接的電信設(shè)備，因此式(3)不需再考慮衰減系數(shù)［19］。

4 結(jié)語

根據(jù)直流輸電線路對電信線路干擾的影響機(jī)制，以及我國當(dāng)前電信線路HYA電纜的電氣特性，采用等效干擾電流方法來評估計算是行之有效、完全滿足計算精度要求的，并且在計算中無需考慮電信線路全長傳播效應(yīng)衰減系數(shù)，因此推薦式(3)列入正在編制修訂的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

［1］ITU-T Directives concerning the protection of telecommunication line against harmful effects from electric power and electrified railway line［S］.

［2］ITU-T Directives Volume II-Calculating induced voltages and currents in practical cases［S］.

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