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，趙遠濤，張青海

(1.中南電力設計院，武漢市 430071;2.武漢東湖學院，武漢市 430212)

0 引言

國家能源局擬對電力行業標準 DL/T 5340—2006《直流輸電線路對電信線路危險影響防護設計技術規定》進行修訂，根據修訂要求，須增加干擾影響計算、允許值及防護評估等內容。

直流輸電線路對電信線路干擾影響的計算過程復雜、參數選取困難，只能求得實際情況數量級的近似值，當前各文獻對計算公式的簡化方法也不統一。本文提出應根據當前直流輸電線路和電信線路的運行方式、電氣特性等特點，對各分量進行簡化或取舍，達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，國際電信聯盟電信標準化部門的ITU-T導則的歷年版本都進行了介紹，列出了詳細的計算公式及計算參數［1］。根據文獻［2］對干擾影響計算進行了描述，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:輸電線路電氣指標對地不平衡，引起的對電信線路干擾分量;

3)環路效應影響: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，將根據輸電線路和電信線路的運行方式、電氣特性、相對位置關系對上述各分量進行計算、簡化或取舍。交流輸電線路影響雙線電話回路的計算，文獻［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［4］介紹了各分量(包含感性耦合、容性耦合)的詳細計算方法及公式。后期的研究成果認為:在一般情況下，容性耦合比感性耦合產生的干擾要小，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

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

(1)忽略環路效應影響，理由為:

1)電信線路雙電話線的間距遠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，則節距極小。

(2)忽略靜電感應影響，理由為:

1)當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;

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生的干擾極小，當相對位置的間距保持在50 m以上時，容性耦合產生的干擾迅速下降。

(3)感性耦合電流剩余分量產生的干擾所占權重最大。

在我國近30年的直流輸電線路工程設計實踐中，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)感應產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)感應產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為極導線與雙線電話回路(800 Hz)的感性耦合阻抗，Ω/km。

當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 等效干擾電流的協調

在實際工程設計中，對于直流輸電線路允許的等效干擾電流沒有統一的計算標準，其取決于高壓直流輸電線路的設備性能、工作狀態以及電信、電力部門的設計原則。等效干擾電流的大小還取決于高壓直流系統的接線方式、濾波系統的配置及運行狀態，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防護協調是一個復雜的問題，與直流濾波器的性能直接相關。在具體工程建設中，下列2個基本問題是相互關聯的:(1)遭受有害干擾的有線通信回路數目、與電信部門協調的防護方案、在受影響通信線路上采取的補救措施的總費用;(2)實施直流濾波器設計方案后的干擾水平、制造技術難度以及濾波器設計方案的費用。這就構成了造價、性能比的選擇問題，應首先確定有線通信回路的數目及特性，然后計算每條通信回路的感應干擾大致水平，要求每個受干擾區域的參數計算精度要高。

直流濾波器設計方案的變化，將直接引起直流輸電線路諧波電流分布的變化，諧波標準的確定需要綜合優化。

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

目前國際上還沒有對特高壓直流線路的諧波指標和直流濾波性能作出具體要求，在我國現有直流工程中，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。直流線路等效干擾電流是一個中間指標，直流濾波最終的性能標準，應以不影響周圍通信線路的通信質量為前提，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)可推導出直流輸電線路對雙線電話回路的感應噪聲計電動勢［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，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。

3.2 衰減系數

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

文獻［16］將敏感系數分為全接近段敏感系數和微小接近段敏感系數，給出了理論表達式并對相關特性進行了敘述。全接近段敏感系數除了與電信線路本身的物理電氣性能有關外，還與電信線路的長度有關;微小接近段敏感系數與雙回電信線路單根導線的干擾雜音電動勢轉化為橫向干擾雜音電壓的過程有關，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，相位也發生了變化［12］。

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

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

式中:LCL為電信設備之間的失衡—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［18］規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備，因此式(3)不需再考慮衰減系數［19］。

4 結語

根據直流輸電線路對電信線路干擾的影響機制，以及我國當前電信線路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衰減系數，因此推薦式(3)列入正在編制修訂的電力行業標準。

［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］.

［3］DL/T 5033—2006輸電線路對電信線路危險和干擾影響防護設計規程［S］.北京:中國電力出版社，2006.

［4］中國電力科學研究院.葛洲壩—上海±500kV直流輸電線路對電信線路影響和防護研究報告［R］.北京:中國電力科學研究院，1984.

［5］龐廷智.直流輸電線路對電信線路的影響和防護［J］.電力技術，1985(4):23-26.

［6］龐廷智.直流輸電線路對電信線路影響的標準及計算［J］.電網技術，1999，23(11):50-53.

［7］DL/T 436—2005高壓直流架空送電線路技術導則［S］.北京:中國電力出版社，2005.

［8］IEEE Std 1124TM—2003 IEEE guide for the analysis and definition of DC-side harmonic performance of HVDC transmission systems［S］.

［9］熊萬洲.±800kV直流輸電等效干擾電流指標分析［J］.電網技術，2008，32(2):81-84.

［10］鄭勁，張小武，孫中明，等.特高壓直流輸電工程的諧波限制標準及濾波器的設計［J］.電網技術，2007，31(13):1-6.

［11］張小武，鄭勁，李妮，等.直流輸電工程等效干擾電流限值的研究［J］.武漢大學學報:工學版，2010，43(2):253-256.

［12］熊萬洲.電信線對電磁干擾的衰減［J］.南京郵電大學學報，1990，10(4):64-68.

［13］孫澤民，周宗魯.考慮傳播特性的音頻雜音計算方法［J］.電力技術，1990(11):60-66.

［14］CECS 67—94交流電氣化鐵道對電信線路雜音干擾影響的計算規程［S］.北京:中國工程建設標準化協會，1994.

［15］DL/T 5063—1996送電線路對電信線路干擾影響設計規程［S］.北京:中國電力出版社，1996.

［16］熊萬洲.電信線敏感系數的探討［J］.南京郵電學院學報，1989，9(1):90-94.

［17］連家驊.雙線電話回路音頻雜音電動勢計算中考慮回路衰耗的淺析［J］.電力技術，1990(8):55-59.

［18］ITU －T Recommendation K 10-1996 low frequency interference due to unbalance about earth of telecommunication equipment［S］.

［19］DL/T 5340—2006直流輸電線路對電信線路危險影響設計技術規定［S］.北京:中國電力出版社，2006.