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高压输电线路电力通信系统的抗干扰技术研究

2025-03-01 34 上传者：管理员

摘要：电力系统中高压输电线路既是能量传递的“动脉”，又担负着传递信息的重任。在智能电网飞速发展的今天，要求电力通信系统既要高效可靠地传递控制指令，保护信号和计量数据，又要保证这些信息不受复杂电磁环境的干扰，维持通信准确实时。然而，由于高压输电线路及其周围环境的独特性，电力通信系统不得不面对多种可能的干扰因素，包括电磁干扰、雷电干扰，以及其他电力线路和通信设备产生的信号干扰等，这就直接关系到通信质量与可靠性，进而引起人们对于抗干扰技术的迫切要求。所以研究和应用行之有效的抗干扰技术来保障电力通信系统平稳运行就成了电力行业急需解决的一个重点问题。基于此，本篇文章将对高压输电线路电力通信系统抗干扰技术进行多方面的论述，希望可以为相关的研究提供一定的参考建议。

关键词：
强电磁辐射
抗干扰技术
电力通信系统
电晕放电
高压输电线路
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高压输电线路自身发生的电晕放电和电弧会产生强电磁辐射,给附近通信设备造成直接扰动,通信设备还极为容易受到其他外部干扰源的干扰,这些外部信号与电力通信频带重叠,会造成信号失真或丢失｡并且,高压输电线路经常在露天环境中运行,容易受到雷电的侵袭,雷电引起的瞬态过电压及电磁脉冲不但威胁着通信设备的安全,而且可能会以传导或者辐射等形式对通信链路造成干扰｡随着智能电网对于实时性和准确性的要求越来越高,常规抗干扰手段已经很难满足需要,迫切需要发展新的高效智能化抗干扰技术｡所以,对高压输电线路电力通信系统抗干扰技术进行研究既是促进电力系统通信质量提高的关键所在,更是实现智能电网有效管理,确保电网安全可靠运行的重要依据｡

1、高压输电线路电力通信系统干扰的来源

1.1电磁干扰

在电力通信系统中,电磁干扰被认为是最常见的干扰因素之一｡高压输电线路自身是一个强电磁场源,它所发出的电磁辐射将干扰邻近通信设备｡除此之外,像变压器和电机这样的其他电气设备也可能释放电磁辐射,对通信系统产生一定的干扰｡这些干扰会造成通信信号质量降低,导致数据传输错误和通信中断｡为降低电磁干扰影响,可通过屏蔽和滤波来增强通信设备抗干扰能力｡

1.2自然环境干扰

在自然环境下,雷电､风暴､地震等自然灾害都会给电力通信系统带来严重冲击｡如雷电会产生强电磁脉冲破坏通信设备,风暴会造成线路的破裂和设备的破坏,这些自然环境因素在影响通信质量的同时,也会对人员及设备安全构成威胁｡在电力通信系统设计中,需充分考虑自然环境因素并采取必要防护措施以增强其抗灾能力｡

1.3网络架构问题

不合理的网络架构同样会造成通信干扰｡如通信网络设计中没有充分考虑电磁兼容性,造成不同器件的相互干扰,或网络拓扑结构太复杂,造成信号传输路径太长和衰减太大的问题｡为优化网络架构,降低干扰,在网络设计中需综合考虑各方面因素并采取合理的网络拓扑结构及路由策略｡

2、高压输电线路电力通信系统的抗干扰技术

2.1电磁干扰的抑制

2.1.1滤波技术

滤波技术就是抑制电磁干扰行之有效的方法之一｡通信系统设置滤波器可过滤掉干扰信号的高频成分并保留有用信号｡滤波器有硬件滤波与软件滤波之别｡硬件滤波器一般都是设计成特定频率特性,能物理地屏蔽干扰信号传播的线路｡软件滤波采用数字信号处理算法,在数字领域内对信号进行滤波处理,以消除干扰｡

2.1.2屏蔽技术

屏蔽技术是通过设置金属屏蔽层或者屏蔽网把干扰源从通信线路中分离出来,有效地降低电磁干扰带来的影响｡屏蔽层能够对干扰信号进行反射或者吸收,使通信线路不受干扰｡另外选用适当的屏蔽材料以及设计出合理的屏蔽结构对改善屏蔽效果至关重要[1]｡

2.1.3平衡传输技术

平衡传输技术是采用双绞线或者差分信号传输,使干扰信号对两条传输线路造成的干扰互相抵消,以提取有用通信信号｡该技术尤其适合长距离传输及高速通信场景,可显著增强通信系统抗干扰能力｡

2.2雷电干扰的防护

2.2.1避雷针和避雷线

避雷针､避雷线等雷电防护装置最为常规｡当雷电天气发生时,避雷针能优先把雷电流吸引到地面以下,使周围的建筑物及设备不受雷击｡避雷线一般被安装在高压输电线之上,其主要功能是拦截雷电活动,并将其有效地引入地面,以防止雷电对通信线路产生不良影响｡两种设备通过将雷电能量分散并传递出去,有效地减少雷电给通信系统带来的危害｡但它们又有一些局限性,如需定期进行保养与检验才能保证性能的稳定与可靠[2]｡

2.2.2过电压保护器

根据《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》YD/T5098-2001中规定的脉冲为10/350s是描述建筑物遭受直接雷击时的拟雷电冲击电流波,脉冲为10/350us波形的电荷量约为8/20us拟雷电冲击电流波电荷量的20倍｡具体计算如表1｡

表1供电线缆雷电流分流值表

过电压保护器就是用来限制电压上升的设备,它能在雷电这种极端天气情况下快速地过电,把过电压限制到安全的范围之内,以保护通信设备不被损坏｡这类设备一般都有响应快､散热高效等特点,能在很短的时间内吸收很多能量,把过剩的能量转换成热能或者电能｡但必须指出,过电压保护器在使用过程中,其性能受环境温度､湿度及其他因素影响较大,所以必须定期对其进行测试与维修[3]｡

2.2.3接地技术

接地技术也是确保通信系统安全工作的关键技术｡通过连接通信设备和大地,能够快速地把设备表面的静电荷或者雷电电流引入到井下,避免了对设备造成损坏或者对人造成触电｡一个好的接地系统要求保证接地点间电阻尽量小,从而降低接地电流给通信设备带来的冲击｡

2.3信号干扰的抑制

2.3.1频带分离技术

频带分离技术对抑制信号干扰具有很好的效果,该技术通过对不同信号频带的合理分割与分配来保证各个信号之间在某一频带上不产生干扰｡高压输电线路电力通信系统由于电力线路自身可能存在电磁干扰而影响通信信号传输质量,该技术显得格外重要｡频带分离技术利用准确的频率规划从电力线路中分离出电力通信信号和干扰信号以降低信号间相互影响｡通过对保护带宽及频率间隔的合理设定,可进一步降低相邻频段间的相互干扰｡另外,频带分离技术可与滤波技术相结合对传输信号预处理与后处理,以进一步增强其抗干扰能力｡

2.3.2数字信号处理技术

数字信号处理器(digitalsignalprocessor,DSP)技术采用多种算法对数字信号进行处理,包括滤波､编码､调制和解调等,从而显著增强了信号对干扰的抵抗力和传输的品质｡就电力通信系统而言,DSP技术能够运用到很多环节当中｡信号发送端DSP技术能够实现原始信号的编码调制处理,通过纠错编码与调制技术的应用,电力线路的噪声与干扰对其有了一定的抵御｡信号接收端,利用DSP技术可将接收信号解调解码处理｡通过使用盲源分离和自适应滤波两种算法,能够有效地抑制电力线路引起的干扰信号并恢复原通信信号｡另外,DSP技术与频带分离技术和自适应调制技术相结合,能够进一步增强通信系统抗干扰能力及传输性能｡在实践中,基于DSP技术,其结果主要由算法选择与参数设定决定｡所以有必要针对特定通信环境及干扰特性不断地优化调整DSP的算法｡

3、综合抗干扰策略

3.1二次侧抗干扰

光纤电流差动保护以及屏蔽电缆两端接地可以有效提高高压变电站内二次回路的抗干扰能力｡其中屏蔽电缆两端接地的抗干扰方式在高压变电站中应用得更为广泛｡电缆屏蔽线两端接地后,母线中暂态电流对于电缆的控制或包围会在第一时间被电缆屏蔽层所感应,并进行母线暂态电流屏蔽,用进行电流屏蔽时产生的磁通来抵消母线暂态电流产生的磁通,进而达到抗干扰的目的｡

3.2将多种技术有机结合,形成多层防护体系

相关工作人员要通过多种技术手段的综合运用,多维度地增强通信系统运行的稳定性与可靠性｡通过对这些技术进行合理配置,能够构建多层次,立体化防护体系来有效防御各种干扰与攻击,保障电力通信系统安全平稳地运行｡

3.3加强设备维修与监督

由于电力通信系统所涉及的设备较多,并且长期处于复杂环境下,易受各方面因素影响,发生故障或者性能降低｡为此,相关单位需要建立一套完整的设备维修及监督体系,并定期检验､保养及更新｡其中包括对设备运行状态进行检查,及时发现和处理可能出现的问题,以及对设备软件和硬件进行更新｡

4、结论

综上所述,高压输电线路电力通信系统抗干扰技术的研究,是一个比较复杂和重要的课题｡采用滤波技术､屏蔽技术､防雷技术和数字信号处理技术相结合的方法,可有效地抑制多种干扰源对系统的干扰｡在今后科技不断进步,智能化水平不断提高的情况下,我们相信电力通信系统将会变得更稳定,更可靠,从而为电力系统安全高效地运行提供强有力的保证｡

参考文献:

[1]柴志鑫,左亚南.光纤通信技术在电力通信中的有效运用[J].计算机产品与流通,2018(4):52.

[2]姜志鹏,顾斌,汤滟,等.波束成形技术在无线互联电力仪表抗干扰中的应用[J].现代电子技术,2015,38(23):31-33+36.

[3]王中心.基于现场总线技术的电力自动化抄表系统的设计与实现[D].郑州:郑州大学,2002.

文章来源:刘东辉,邵璞,李佳营,等.高压输电线路电力通信系统的抗干扰技术研究[J].灯与照明,2025,49(01):206-208.