通信線路中電力諧波干擾與防護研究

代文亮

（吉林吉大通信設計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

近年來，隨著我國社會經濟的高速發(fā)展，電力行業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展，并取得了不錯的成績，受到了人們的廣泛關注，方便了人們的生活。同時，在電力系統(tǒng)運行過程中仍然存在著一定的問題亟待解決，如電力諧波干擾，致使電力系統(tǒng)內部出現(xiàn)能量污染，影響電力線路電流流動，其會對臨近電力線路產生電壓干擾問題，不利于通信線路的穩(wěn)定運行，甚至破壞通信線路?；诖耍瑧敿訌妼νㄐ啪€路中電力諧波的研究，采取有效措施來規(guī)避電力諧波干擾，做好防護工作，從而保障通信線路的正常運行，提高通信安全。

1 電力諧波的相關內容

電力系統(tǒng)中的發(fā)電設備、用電設備等電氣設備會產生諧波，這是因為發(fā)電機的轉子產生的磁場并不是完善的正弦波，電壓波形存在一定的失真。正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發(fā)生畸變產生諧波。諧波的來源主要有3個方面：一是發(fā)電源質量不高產生諧波；二是用電設備產生諧波；三是輸配電系統(tǒng)產生諧波。電力諧波可以根據頻率的不同進行分類，如2次諧波、3次諧波以及4次諧波等。一般情況下，通信線路中的電力諧波最多為21次。

諧波有著較為嚴重的危害，其不僅會降低電能生產效率、傳輸效率，不利于電能的有效利用，還會導致電氣設備過熱，出現(xiàn)振動現(xiàn)象，產生噪聲，容易發(fā)生故障[1]。此外，諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或是串聯(lián)諧振，放大了諧波含量，導致電容器等設備燒毀，從而引起繼電保護、自動裝置出現(xiàn)錯誤動作等，影響電能計量。

2 通信線路中電力諧波的干擾和危害

通信線路中電力諧波的干擾和危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面。一是電力諧波會對通信線路的正常運行造成一定的干擾，影響通話質量，導致通話內容不夠清晰。其原因是在通信線路中存在低頻諧波，其產生了鄰近效應，干擾了正常電壓，電壓較為混亂，不利于通信線路的正常運行，通話信號傳輸有異常。二是電力諧波會干擾通信設備，對其造成一定的損壞。其原因是在通信線路中，電力諧波會導致電壓出現(xiàn)異常，不夠穩(wěn)定，致使部分設備無法正常運行。在某種情況下，設備需要承受的最大電壓、電流遠遠超出其允許范圍，這就會損傷設備，致使通信線路無法穩(wěn)定運行[2]。三是通信線路中的電力諧波容易導致通信設備受損。其原因是在電力諧波的干擾下，即使所增加的電壓沒有超出設備的可承受范圍，但是在某些頻率諧波下通信線路電壓會存在不穩(wěn)定性，如若長期處于這種情況，則勢必縮短通信設備的使用時間，屬于不正常操作，情況嚴重者則會導致大批通信設備無法使用，需要更換，增加成本。（4）在一些特殊情境下，通信線路中的電力諧波干擾還會給工作人員帶來一定的安全威脅，這是因為電力諧波會使電流、電壓不穩(wěn)定，容易導致通信設備過熱，一些特殊的通信設備在過熱后容易漏電等意外安全事故，不利于維護工作人員的安全，需要加強防護。

3 現(xiàn)階段通信線路中電力諧波干擾的主要因素

目前，大部分通信線路都由端部設備和絞線組成，可能是1對絞線也可能是多對絞線，通信線路的簡單模型如圖1所示。在進行通信線路設計候，需要以地為參考依據，控制好各方面的電壓。一般情況下，端部阻抗力比較高，但通信線路本身并沒有太高的阻抗力。在通信線路中受電力諧波干擾會出現(xiàn)噪聲狀況，其形成因素有以下3點。一是受電力系統(tǒng)影響。這種影響與通信線路附近電力系統(tǒng)中音頻分量的實際情況有關，也受電力回路中不平衡諧波電流、電壓的相對大小影響。二是與通信線路耦合。這方面主要關系著通信系統(tǒng)中干擾電流、電壓進入的耦合方式。三是通信線路上的影響。通信線路受噪聲干擾影響的程度由通信線路、相關設備特性所決定。要注意的是，噪聲由這3個因素產生，但在實際運用過程中完全消除噪聲干擾只是一種理想狀態(tài)[3]。

圖1 通信線路的簡單模型

4 通信線路中電力諧波的防護措施

4.1 增設過濾裝置

為減少通信線路中的電力諧波干擾，應當增設過濾諧波裝置，可在一定程度上加強對通信線路的防護。當前使用較多的過濾裝置是交流濾波裝置，該裝置可于交流電作用下過濾諧波，使用原理是吸收諧波源附近的諧波電壓，或是降低連接點的諧波電壓，尤其適用于高頻率電壓，如5次諧波、7次諧波[4]。通過增設濾波裝置，能夠對通信設備起到有效的保護作用，避免通信線路發(fā)生異常，為通信線路提供重要的安全保障，而且具有降低諧波污染的作用。

4.2 加裝補償裝置

加裝補償裝置也是通信線路中電力諧波的防護措施之一，通過動態(tài)無功補償方式來提升線路對諧波的承受能力，以保障通信線路的正常運行。目前，使用最多的是動態(tài)無功補償裝置，其不同于交流濾波裝置，主要是檢測通信線路，并對其進行電流、頻率無功的實時動態(tài)補償，使之能夠承受電力諧波的干擾，有效防護。動態(tài)無功補償裝置的優(yōu)勢在于其具有較高的效率，自動化水平較高，能夠取得較好的應用效果，可有效保證通信質量[5]。

4.3 應用非線性用電設備

在電力系統(tǒng)運行過程中，部分設備或是負荷的非線性特性會產生電力諧波，為了避免電力諧波對通信線路的影響，應當有效把控非線性用電設備的使用情況，做好檢查工作，降低電力諧波干擾。需要注意的是，應當根據實際情況來選擇適宜的非線性用電設備，不斷完善有關于電力諧波管理的法律法規(guī)，為通信線路的正常運行提供有效防護[6]。

4.4 隔離電力諧波

為有效防護通信線路中的電力諧波干擾，可采取隔離電力諧波的方式進行處理，這種方式的操作較為簡單，而且比較直接，能夠取得不錯的防護效果。非線性設備的應用與電力諧波產生有著一定的聯(lián)系，就非線性設備本身而言，其產生的電力諧波并不大，但是所產生的電力諧波在經過變壓器后便會產生較大的干擾性，嚴重影響通信線路的運行安全[7]。在這種情況下，應當隔離變壓器產生的電力諧波，以免其干擾通信線路。該方式的不足在于并不能從根本上解決電力諧波的干擾問題，但是防護效果最直接，而且所需要耗費的成本也比較低。

4.5 多種方式結合應用

在通信線路中想要減少電力諧波的干擾，僅依賴于某一種防護措施遠遠不夠，雖然各個方式都能夠起到一定的抗干擾作用，避免電力諧波對通信線路造成較大的影響，但由于各方式的應用原理不同，解決電力諧波干擾問題的能力也有所不同，若是將這些方式有效結合在一起應用，則能夠取得更好的抗干擾效果。針對不同頻率的電力諧波，選擇適宜的防護方式，可對這些防護方式進行主次分析。以某一種防護方式為主，其余輔助防護，能夠提升通信線路電力諧波的防護效率[8]。

5 通信線路電力諧波噪聲的耦合途徑

5.1 回路感應

在通信線路的運行過程中，如若發(fā)生回路電磁感應，那么感應電壓將直接作用于金屬通信線形成的回路中，端部會出現(xiàn)橫向電壓。在架空線路設計過程中，如果按照正規(guī)要求來使用換位法，則能夠在使用電纜絞線時消除線路中的電磁感應現(xiàn)象。一般情況下，回路電磁感應并不會導致通信線路出現(xiàn)過大的噪聲，但是要確保所采用的方式、設計都要符合標準規(guī)定[9]。另外，如果通信線路中存在交叉的情況，或是通信線、電力線之間相隔過近，則會導致通信線路中回路感應產生較大的噪聲。

5.2 縱向電磁感應

縱向電磁感應示意如圖2所示。一旦在通信線路中出現(xiàn)縱向電磁感應，感應電動勢便會沿著通信線路方向產生?？v向電磁感應產生的原因在于受電力線路中殘余電流磁場影響，磁力線與通信線相連，從而產生縱向感應電動勢?？v向電磁感應也是導致通信線路出現(xiàn)噪聲的主要原因。在接近架空輸電線和通信線相結合位置的空間時，容易引發(fā)的電力諧波干擾來自于平均電流耦合，周圍其他空間部分的干擾源則是大地回路、殘余電流[10]。

圖2 縱向電磁感應示意

5.3 縱向靜電感應

縱向靜電感應一般產生于導線和大地之間，一旦導線、大地間出現(xiàn)感應電動勢，便會引發(fā)縱向靜電感應。在對縱向靜電感應進行研究和觀察時，最簡單的方式便是了解單根電力線與通信線以及單根通信線之間的電容分布情況。另外，通信線路中的終端阻抗相對于電容阻抗來說要更低一些，這能夠在一定程度上促使感應電壓下降。通常來說，在一些靠近高電壓輸電線路的長途通信線路中，容易發(fā)生縱向靜電感應。

5.4 傳導耦合

在電力系統(tǒng)運行過程中，因不平衡因素的存在，會導致殘余電流流入中線，多點接地中線系統(tǒng)中部分殘余電流會在流經中線后重新回至變壓器，部分電流會流經大地返回，這部分的殘余電流會導致接地極附近大地電位升高。影響傳導耦合的干擾因素主要有以下兩點：一是流經多點接地中線系統(tǒng)，會產生較大的噪聲電流；二是沒有使用鉛包電纜，接地電阻造價高，通信交換局的接地電阻比較高。

6 結 論

總而言之，應當加強對通信線路中電力諧波的研究，明確電力諧波對通信線路造成的干擾和危害，了解電力諧波的形成，并對其影響因素進行相應的分析，以此采取有效的防護措施降低干擾，尋找通信線路電力諧波的耦合途徑，旨在保障通信線路的穩(wěn)定運行。同時，須科學設計電力線路和通信線路，減少干擾性，以推動現(xiàn)代電力系統(tǒng)的長遠發(fā)展，優(yōu)化通信線路設計，從而降低電力諧波，實現(xiàn)經濟效益最大化。