通信线路中电力谐波干扰与防护研究

代文亮

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130012）

0 引 言

近年来，随着我国社会经济的高速发展，电力行业也随之蓬勃发展，并取得了不错的成绩，受到了人们的广泛关注，方便了人们的生活。同时，在电力系统运行过程中仍然存在着一定的问题亟待解决，如电力谐波干扰，致使电力系统内部出现能量污染，影响电力线路电流流动，其会对临近电力线路产生电压干扰问题，不利于通信线路的稳定运行，甚至破坏通信线路。基于此，应当加强对通信线路中电力谐波的研究，采取有效措施来规避电力谐波干扰，做好防护工作，从而保障通信线路的正常运行，提高通信安全。

1 电力谐波的相关内容

电力系统中的发电设备、用电设备等电气设备会产生谐波，这是因为发电机的转子产生的磁场并不是完善的正弦波，电压波形存在一定的失真。正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。谐波的来源主要有3个方面：一是发电源质量不高产生谐波；二是用电设备产生谐波；三是输配电系统产生谐波。电力谐波可以根据频率的不同进行分类，如2次谐波、3次谐波以及4次谐波等。一般情况下，通信线路中的电力谐波最多为21次。

谐波有着较为严重的危害，其不仅会降低电能生产效率、传输效率，不利于电能的有效利用，还会导致电气设备过热，出现振动现象，产生噪声，容易发生故障[1]。此外，谐波可引起电力系统局部并联谐振或是串联谐振，放大了谐波含量，导致电容器等设备烧毁，从而引起继电保护、自动装置出现错误动作等，影响电能计量。

2 通信线路中电力谐波的干扰和危害

通信线路中电力谐波的干扰和危害主要体现在以下几个方面。一是电力谐波会对通信线路的正常运行造成一定的干扰，影响通话质量，导致通话内容不够清晰。其原因是在通信线路中存在低频谐波，其产生了邻近效应，干扰了正常电压，电压较为混乱，不利于通信线路的正常运行，通话信号传输有异常。二是电力谐波会干扰通信设备，对其造成一定的损坏。其原因是在通信线路中，电力谐波会导致电压出现异常，不够稳定，致使部分设备无法正常运行。在某种情况下，设备需要承受的最大电压、电流远远超出其允许范围，这就会损伤设备，致使通信线路无法稳定运行[2]。三是通信线路中的电力谐波容易导致通信设备受损。其原因是在电力谐波的干扰下，即使所增加的电压没有超出设备的可承受范围，但是在某些频率谐波下通信线路电压会存在不稳定性，如若长期处于这种情况，则势必缩短通信设备的使用时间，属于不正常操作，情况严重者则会导致大批通信设备无法使用，需要更换，增加成本。（4）在一些特殊情境下，通信线路中的电力谐波干扰还会给工作人员带来一定的安全威胁，这是因为电力谐波会使电流、电压不稳定，容易导致通信设备过热，一些特殊的通信设备在过热后容易漏电等意外安全事故，不利于维护工作人员的安全，需要加强防护。

3 现阶段通信线路中电力谐波干扰的主要因素

目前，大部分通信线路都由端部设备和绞线组成，可能是1对绞线也可能是多对绞线，通信线路的简单模型如图1所示。在进行通信线路设计候，需要以地为参考依据，控制好各方面的电压。一般情况下，端部阻抗力比较高，但通信线路本身并没有太高的阻抗力。在通信线路中受电力谐波干扰会出现噪声状况，其形成因素有以下3点。一是受电力系统影响。这种影响与通信线路附近电力系统中音频分量的实际情况有关，也受电力回路中不平衡谐波电流、电压的相对大小影响。二是与通信线路耦合。这方面主要关系着通信系统中干扰电流、电压进入的耦合方式。三是通信线路上的影响。通信线路受噪声干扰影响的程度由通信线路、相关设备特性所决定。要注意的是，噪声由这3个因素产生，但在实际运用过程中完全消除噪声干扰只是一种理想状态[3]。

图1 通信线路的简单模型

4 通信线路中电力谐波的防护措施

4.1 增设过滤装置

为减少通信线路中的电力谐波干扰，应当增设过滤谐波装置，可在一定程度上加强对通信线路的防护。当前使用较多的过滤装置是交流滤波装置，该装置可于交流电作用下过滤谐波，使用原理是吸收谐波源附近的谐波电压，或是降低连接点的谐波电压，尤其适用于高频率电压，如5次谐波、7次谐波[4]。通过增设滤波装置，能够对通信设备起到有效的保护作用，避免通信线路发生异常，为通信线路提供重要的安全保障，而且具有降低谐波污染的作用。

4.2 加装补偿装置

加装补偿装置也是通信线路中电力谐波的防护措施之一，通过动态无功补偿方式来提升线路对谐波的承受能力，以保障通信线路的正常运行。目前，使用最多的是动态无功补偿装置，其不同于交流滤波装置，主要是检测通信线路，并对其进行电流、频率无功的实时动态补偿，使之能够承受电力谐波的干扰，有效防护。动态无功补偿装置的优势在于其具有较高的效率，自动化水平较高，能够取得较好的应用效果，可有效保证通信质量[5]。

4.3 应用非线性用电设备

在电力系统运行过程中，部分设备或是负荷的非线性特性会产生电力谐波，为了避免电力谐波对通信线路的影响，应当有效把控非线性用电设备的使用情况，做好检查工作，降低电力谐波干扰。需要注意的是，应当根据实际情况来选择适宜的非线性用电设备，不断完善有关于电力谐波管理的法律法规，为通信线路的正常运行提供有效防护[6]。

4.4 隔离电力谐波

为有效防护通信线路中的电力谐波干扰，可采取隔离电力谐波的方式进行处理，这种方式的操作较为简单，而且比较直接，能够取得不错的防护效果。非线性设备的应用与电力谐波产生有着一定的联系，就非线性设备本身而言，其产生的电力谐波并不大，但是所产生的电力谐波在经过变压器后便会产生较大的干扰性，严重影响通信线路的运行安全[7]。在这种情况下，应当隔离变压器产生的电力谐波，以免其干扰通信线路。该方式的不足在于并不能从根本上解决电力谐波的干扰问题，但是防护效果最直接，而且所需要耗费的成本也比较低。

4.5 多种方式结合应用

在通信线路中想要减少电力谐波的干扰，仅依赖于某一种防护措施远远不够，虽然各个方式都能够起到一定的抗干扰作用，避免电力谐波对通信线路造成较大的影响，但由于各方式的应用原理不同，解决电力谐波干扰问题的能力也有所不同，若是将这些方式有效结合在一起应用，则能够取得更好的抗干扰效果。针对不同频率的电力谐波，选择适宜的防护方式，可对这些防护方式进行主次分析。以某一种防护方式为主，其余辅助防护，能够提升通信线路电力谐波的防护效率[8]。

5 通信线路电力谐波噪声的耦合途径

5.1 回路感应

在通信线路的运行过程中，如若发生回路电磁感应，那么感应电压将直接作用于金属通信线形成的回路中，端部会出现横向电压。在架空线路设计过程中，如果按照正规要求来使用换位法，则能够在使用电缆绞线时消除线路中的电磁感应现象。一般情况下，回路电磁感应并不会导致通信线路出现过大的噪声，但是要确保所采用的方式、设计都要符合标准规定[9]。另外，如果通信线路中存在交叉的情况，或是通信线、电力线之间相隔过近，则会导致通信线路中回路感应产生较大的噪声。

5.2 纵向电磁感应

纵向电磁感应示意如图2所示。一旦在通信线路中出现纵向电磁感应，感应电动势便会沿着通信线路方向产生。纵向电磁感应产生的原因在于受电力线路中残余电流磁场影响，磁力线与通信线相连，从而产生纵向感应电动势。纵向电磁感应也是导致通信线路出现噪声的主要原因。在接近架空输电线和通信线相结合位置的空间时，容易引发的电力谐波干扰来自于平均电流耦合，周围其他空间部分的干扰源则是大地回路、残余电流[10]。

图2 纵向电磁感应示意

5.3 纵向静电感应

纵向静电感应一般产生于导线和大地之间，一旦导线、大地间出现感应电动势，便会引发纵向静电感应。在对纵向静电感应进行研究和观察时，最简单的方式便是了解单根电力线与通信线以及单根通信线之间的电容分布情况。另外，通信线路中的终端阻抗相对于电容阻抗来说要更低一些，这能够在一定程度上促使感应电压下降。通常来说，在一些靠近高电压输电线路的长途通信线路中，容易发生纵向静电感应。

5.4 传导耦合

在电力系统运行过程中，因不平衡因素的存在，会导致残余电流流入中线，多点接地中线系统中部分残余电流会在流经中线后重新回至变压器，部分电流会流经大地返回，这部分的残余电流会导致接地极附近大地电位升高。影响传导耦合的干扰因素主要有以下两点：一是流经多点接地中线系统，会产生较大的噪声电流；二是没有使用铅包电缆，接地电阻造价高，通信交换局的接地电阻比较高。

6 结 论

总而言之，应当加强对通信线路中电力谐波的研究，明确电力谐波对通信线路造成的干扰和危害，了解电力谐波的形成，并对其影响因素进行相应的分析，以此采取有效的防护措施降低干扰，寻找通信线路电力谐波的耦合途径，旨在保障通信线路的稳定运行。同时，须科学设计电力线路和通信线路，减少干扰性，以推动现代电力系统的长远发展，优化通信线路设计，从而降低电力谐波，实现经济效益最大化。