论文部分内容阅读
【摘 要】 地下综合管廊是一项新型工程，合理解决管廊内高压电缆和电信电缆同舱敷设的电磁兼容问题，对于综合管廊具有极大的推广与经济意义。本文结合工程实例对同舱敷设220kV高压电力电缆和电信电缆的干扰影响进行了数值分析，并提出了有效的防护措施。
【关键词】 综合管廊;高压电缆;电磁干扰
Research for the protection and EMC between high voltage cable circuit and telecommunication cable in utility tunnel
Yin liwen ，JIANG Yun-peng
Capital Engineering & Research Incorporation Limited， Beijing 100176
【Abstract】 Utility tunnel （city comprehensive pipe tunnel） is the new space of civil engineering. It will benefit more in economics and promotion of Utility tunnel to solve the EMC problems which occurred between high voltage cable circuit and telecommunication cable in tunnel. This paper analyzed the EMC problem above and proposed several effective measures.
【Key Words】 Utility tunnel; high voltage cable circuit; EMC
引言：
綜合管廊是在城市地下建造的将供水、供热、电力、通信等市政公用管线，集中敷设在一个构筑物内，实行统一规划、设计、施工和管理的市政公用隧道空间。它可以有效避免道路重复开挖，同时延长了管线的使用寿命，并为城市发展预留了宝贵的地下空间;建设综合管廊可以极大的推动新型市政基础设施建设，提升城市基础设施的现代化水平。
国内综合管廊利用市政道路的中分带、非机动车道以及道路旁绿地，布置在这些路面板块下方。由于中分带、非机动道板块受制于道路横断面限制不会很宽，若管廊断面横向过宽进入机动车道则有可能造成路面不均匀沉降，引发车辙现象。另外，综合管廊的单位造价相对较高，不同断面与地质条件下造价可到3～5万/米。因此，通过断面优化，合理布设管廊内的各管线具有深远的经济意义。
国内纳入管廊的市政管线主要为供水、供热、电力、通信四种。根据文献[1][2]要求，热力管线不得与电缆同舱敷设。由于传统的通信电缆大多为同轴电缆，通常认为和电力电缆之间存在严重干扰，不宜直接共舱敷设。这样管廊就会设置为电力舱、通信+水舱、和热力舱的三舱结构，使得横断面尺寸增加，导致造价的大幅上升。如果可以有效将强电电缆对弱电电缆存在干扰控制在允许范围内，则就可将电力电缆与通信电缆归入一个舱室，从而优化断面。
1、电力电缆与电信电缆同舱的综合管廊
以某综合管廊工程为例，管廊为新区新建220kV变电站联络电缆通行路由，每座新建220kV变电站主变规模近期3×240MVA，220kV远期容载比不低于1.6，系统接地形式为中性点直接接地。管廊电舱敷设有220kV联络电缆3回，每回3根单芯电缆，坦平排列。电缆选用铝护套交联聚乙烯绝缘铜导体电缆，截面2500mm2，额定电流1500A，单相短路电流40kA。管廊内电信电（光）缆敷设在金属线槽内，与220kV电缆分布在电舱两侧，检修通道1m，220kV电缆距离最近的电信电缆大于1.5m。详见附图。
2、综合管廊干扰指标与分析
以下将以理论计算的方法对电力电缆对金属线槽内的电信电缆干扰进行数值分析。依据文献[3][4]的要求，着重从电力电缆短路对通信电缆的危险影响及干扰影响进行分析论证。
2.1综合管廊干扰指标
由于管廊内敷设的电信电（光）缆均为，带护套的电缆形式，依据文献[3][4]，在电力电缆故障时，电信电缆线路由于磁感应引起的危险纵电动势允许值，或，—电缆直流试验电压，V;—电缆交流试验电压，V;
因此，危险电压允许校验值取600V，此允许值也满足高可靠电力线路对电信明线线路纵电势允许值（650V）。由于管廊内有多条电缆与电信线路接近，因此危险电压除考虑短路电流影响外，需同时计算非故障电缆分布电流影响。
在电力电缆正常运行时，电信电缆线路由于磁感应引起的危险纵电动势允许值为60V。
依据文献[3][4][5]，中性点直接接地电力电缆对电信电缆的干扰影响，主要考虑高次谐波的杂音干扰影响。干扰影响允许值为4.5mV。
2.2综合管廊干扰计算方法
危险电压中短路电流对通信电缆的感应电压计算如下：
——危险电压，V;
——矢量算子;
——工频，Hz;
——电力电缆与通信电缆的互感，H/km;
——电力电缆与通信电缆平行长度，km;
——通过电缆导体的单相短路电流，A;
——电力电缆对故障电流的屏蔽系数;
——综合屏蔽系数;
危险纵电压（正常运行时由负荷电流对通信电缆感应电压的矢量和）
——纵电压，V;
——由负荷电流感应的纵电压，V;
——由以大地为回路电缆金属护套电流感应的纵电压，V; ——由零序电流感应的纵电压，V。
（由负荷电流感应的纵电压，在电力电缆金属护套非交叉互联接地时的计算公式）
——工频，Hz;
——通过各相导体的工频电流与通信电缆的互感，H/km;
——通过各相导体的工频电流与通信电缆的互感的矢量和，H/km;
——通过导体的负荷电流，A;
——与通信电缆平行电缆线路总长度，km;
——电力电缆的屏蔽系数;
——综合屏蔽系数;
——以大地为回路电缆金属护套电流，A;
——正常运行时通过电缆的零序电流，A;
——电力电缆对零序电流的屏蔽系数;
杂音电压（正常运行时高次谐波（800Hz）电流对通信电缆感应杂音电压的矢量和）
——杂音电压，mV;
——由负荷中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压，mV;
——由以大地为回路电缆金属护套中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压，mV;
——由高次谐波零序电流对通信电缆的感应杂音电压，mV。
由负荷中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压，电力电缆金属护套非交叉互联接地时
—高次谐波频率，取800Hz;
—高次谐波为800Hz时各相对通信电缆的互感，H/km;
—高次谐波为800Hz时通过各相导体的工频电流与通信电缆的互感的矢量和，H/km;
—负荷电流中的高次谐波等值干扰电流，A;
—与通信电缆平行电缆线路总长度，km;
—对800Hz高频谐波电流的综合屏蔽系数;
——零序电流的等值干扰电流，A;
——对800Hz高次谐波零序电流的屏蔽系数;
——对800Hz高次谐波电流的综合屏蔽系数;
——通信线路的杂音敏感系数;
——矢量算子;
2.3综合管廊干扰数值计算
（1）电力电缆故障时，危险电压计算
，，计及其余非故障电缆影响，满足要求。
（2）电力电缆正常运行时，纵电压计算
由负荷电流感应的纵电压，电力电缆金属护套非交叉互联接地时
，
由以大地为回路金属护套电流感应的纵电压
，
由零序电流感应的纵电压，，
纵电压的矢量和，
，满足要求
（3）干扰影响杂音电压计算
由负荷中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压（金属护套非交叉互联接地时）
，
由以大地为回路金属护套中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压
，
由高次谐波零序电流对通信电缆的感应杂音电压
，
杂音电压
因此，在本管廊工程中，电舱内同时敷设高压电力電缆与电信电缆是满足要求，并且可行的。
3、防护措施
在管廊工程的实施中，还可以从电力电缆布设、接地系统及加强屏蔽等多个方面采取更多有效的抗干扰措施。
（1）同回路的单芯三相电力电缆应紧靠布置或采用“品”字形布置方式;
（2）同回路高压电力电缆应使用交叉互联的方式;
（3）管廊结构钢筋纵向主钢筋均通过在伸缩缝处焊接联通，每隔一定距离采用环形钢筋连接纵向钢筋，保证钢筋的可靠电气连接;
（4）通过分别于封闭线槽和电缆支架可靠连接的通长接地体，保证电气屏蔽系统可靠接地;
（5）采用封闭式金属线槽可以形成可靠的法拉第笼，抗干扰能力进一步提高;
（6）电信缆线尽可能采用无金属回路光缆线路;
（7）管廊内部自用通信传输系统采用频分复用技术，是的电磁干扰影响因素减低;
4、结束语
目前，综合管廊的建设正进入一个较快发展的时间段。在随着城市用电量的不断增长，电缆的输送容量及供电可靠性要求的提高，针对综合管廊内的电缆敷设问题进行专门的设计及经验总结，在解决电缆输送容量及安全运行需求的同时，提高电力综合管廊的使用效率及城市道路地下空间的资源利用率，是有十分重要的意义的。
参考文献：
[1] GB50217-2009电力工程电缆设计规范.
[2] GB50838-2012城市综合管廊工程技术规范.
[3] GB6830-1986电信线路遭受强电线路危险影响的容许值.
[4] DL/T5033-2006输电线路对电信线路危险和干扰影响防护设计规程
[5]李国征.电力电缆线路设计施工手册[M].中国电力出版社，2007
作者简介：尹力文，男，硕士，注册电气工程师，从事电气设计及研究工作。
【关键词】 综合管廊;高压电缆;电磁干扰
Research for the protection and EMC between high voltage cable circuit and telecommunication cable in utility tunnel
Yin liwen ，JIANG Yun-peng
Capital Engineering & Research Incorporation Limited， Beijing 100176
【Abstract】 Utility tunnel （city comprehensive pipe tunnel） is the new space of civil engineering. It will benefit more in economics and promotion of Utility tunnel to solve the EMC problems which occurred between high voltage cable circuit and telecommunication cable in tunnel. This paper analyzed the EMC problem above and proposed several effective measures.
【Key Words】 Utility tunnel; high voltage cable circuit; EMC
引言：
綜合管廊是在城市地下建造的将供水、供热、电力、通信等市政公用管线，集中敷设在一个构筑物内，实行统一规划、设计、施工和管理的市政公用隧道空间。它可以有效避免道路重复开挖，同时延长了管线的使用寿命，并为城市发展预留了宝贵的地下空间;建设综合管廊可以极大的推动新型市政基础设施建设，提升城市基础设施的现代化水平。
国内综合管廊利用市政道路的中分带、非机动车道以及道路旁绿地，布置在这些路面板块下方。由于中分带、非机动道板块受制于道路横断面限制不会很宽，若管廊断面横向过宽进入机动车道则有可能造成路面不均匀沉降，引发车辙现象。另外，综合管廊的单位造价相对较高，不同断面与地质条件下造价可到3～5万/米。因此，通过断面优化，合理布设管廊内的各管线具有深远的经济意义。
国内纳入管廊的市政管线主要为供水、供热、电力、通信四种。根据文献[1][2]要求，热力管线不得与电缆同舱敷设。由于传统的通信电缆大多为同轴电缆，通常认为和电力电缆之间存在严重干扰，不宜直接共舱敷设。这样管廊就会设置为电力舱、通信+水舱、和热力舱的三舱结构，使得横断面尺寸增加，导致造价的大幅上升。如果可以有效将强电电缆对弱电电缆存在干扰控制在允许范围内，则就可将电力电缆与通信电缆归入一个舱室，从而优化断面。
1、电力电缆与电信电缆同舱的综合管廊
以某综合管廊工程为例，管廊为新区新建220kV变电站联络电缆通行路由，每座新建220kV变电站主变规模近期3×240MVA，220kV远期容载比不低于1.6，系统接地形式为中性点直接接地。管廊电舱敷设有220kV联络电缆3回，每回3根单芯电缆，坦平排列。电缆选用铝护套交联聚乙烯绝缘铜导体电缆，截面2500mm2，额定电流1500A，单相短路电流40kA。管廊内电信电（光）缆敷设在金属线槽内，与220kV电缆分布在电舱两侧，检修通道1m，220kV电缆距离最近的电信电缆大于1.5m。详见附图。
2、综合管廊干扰指标与分析
以下将以理论计算的方法对电力电缆对金属线槽内的电信电缆干扰进行数值分析。依据文献[3][4]的要求，着重从电力电缆短路对通信电缆的危险影响及干扰影响进行分析论证。
2.1综合管廊干扰指标
由于管廊内敷设的电信电（光）缆均为，带护套的电缆形式，依据文献[3][4]，在电力电缆故障时，电信电缆线路由于磁感应引起的危险纵电动势允许值，或，—电缆直流试验电压，V;—电缆交流试验电压，V;
因此，危险电压允许校验值取600V，此允许值也满足高可靠电力线路对电信明线线路纵电势允许值（650V）。由于管廊内有多条电缆与电信线路接近，因此危险电压除考虑短路电流影响外，需同时计算非故障电缆分布电流影响。
在电力电缆正常运行时，电信电缆线路由于磁感应引起的危险纵电动势允许值为60V。
依据文献[3][4][5]，中性点直接接地电力电缆对电信电缆的干扰影响，主要考虑高次谐波的杂音干扰影响。干扰影响允许值为4.5mV。
2.2综合管廊干扰计算方法
危险电压中短路电流对通信电缆的感应电压计算如下：
——危险电压，V;
——矢量算子;
——工频，Hz;
——电力电缆与通信电缆的互感，H/km;
——电力电缆与通信电缆平行长度，km;
——通过电缆导体的单相短路电流，A;
——电力电缆对故障电流的屏蔽系数;
——综合屏蔽系数;
危险纵电压（正常运行时由负荷电流对通信电缆感应电压的矢量和）
——纵电压，V;
——由负荷电流感应的纵电压，V;
——由以大地为回路电缆金属护套电流感应的纵电压，V; ——由零序电流感应的纵电压，V。
（由负荷电流感应的纵电压，在电力电缆金属护套非交叉互联接地时的计算公式）
——工频，Hz;
——通过各相导体的工频电流与通信电缆的互感，H/km;
——通过各相导体的工频电流与通信电缆的互感的矢量和，H/km;
——通过导体的负荷电流，A;
——与通信电缆平行电缆线路总长度，km;
——电力电缆的屏蔽系数;
——综合屏蔽系数;
——以大地为回路电缆金属护套电流，A;
——正常运行时通过电缆的零序电流，A;
——电力电缆对零序电流的屏蔽系数;
杂音电压（正常运行时高次谐波（800Hz）电流对通信电缆感应杂音电压的矢量和）
——杂音电压，mV;
——由负荷中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压，mV;
——由以大地为回路电缆金属护套中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压，mV;
——由高次谐波零序电流对通信电缆的感应杂音电压，mV。
由负荷中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压，电力电缆金属护套非交叉互联接地时
—高次谐波频率，取800Hz;
—高次谐波为800Hz时各相对通信电缆的互感，H/km;
—高次谐波为800Hz时通过各相导体的工频电流与通信电缆的互感的矢量和，H/km;
—负荷电流中的高次谐波等值干扰电流，A;
—与通信电缆平行电缆线路总长度，km;
—对800Hz高频谐波电流的综合屏蔽系数;
——零序电流的等值干扰电流，A;
——对800Hz高次谐波零序电流的屏蔽系数;
——对800Hz高次谐波电流的综合屏蔽系数;
——通信线路的杂音敏感系数;
——矢量算子;
2.3综合管廊干扰数值计算
（1）电力电缆故障时，危险电压计算
，，计及其余非故障电缆影响，满足要求。
（2）电力电缆正常运行时，纵电压计算
由负荷电流感应的纵电压，电力电缆金属护套非交叉互联接地时
，
由以大地为回路金属护套电流感应的纵电压
，
由零序电流感应的纵电压，，
纵电压的矢量和，
，满足要求
（3）干扰影响杂音电压计算
由负荷中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压（金属护套非交叉互联接地时）
，
由以大地为回路金属护套中的高次谐波电流对通信电缆的感应杂音电压
，
由高次谐波零序电流对通信电缆的感应杂音电压
，
杂音电压
因此，在本管廊工程中，电舱内同时敷设高压电力電缆与电信电缆是满足要求，并且可行的。
3、防护措施
在管廊工程的实施中，还可以从电力电缆布设、接地系统及加强屏蔽等多个方面采取更多有效的抗干扰措施。
（1）同回路的单芯三相电力电缆应紧靠布置或采用“品”字形布置方式;
（2）同回路高压电力电缆应使用交叉互联的方式;
（3）管廊结构钢筋纵向主钢筋均通过在伸缩缝处焊接联通，每隔一定距离采用环形钢筋连接纵向钢筋，保证钢筋的可靠电气连接;
（4）通过分别于封闭线槽和电缆支架可靠连接的通长接地体，保证电气屏蔽系统可靠接地;
（5）采用封闭式金属线槽可以形成可靠的法拉第笼，抗干扰能力进一步提高;
（6）电信缆线尽可能采用无金属回路光缆线路;
（7）管廊内部自用通信传输系统采用频分复用技术，是的电磁干扰影响因素减低;
4、结束语
目前，综合管廊的建设正进入一个较快发展的时间段。在随着城市用电量的不断增长，电缆的输送容量及供电可靠性要求的提高，针对综合管廊内的电缆敷设问题进行专门的设计及经验总结，在解决电缆输送容量及安全运行需求的同时，提高电力综合管廊的使用效率及城市道路地下空间的资源利用率，是有十分重要的意义的。
参考文献：
[1] GB50217-2009电力工程电缆设计规范.
[2] GB50838-2012城市综合管廊工程技术规范.
[3] GB6830-1986电信线路遭受强电线路危险影响的容许值.
[4] DL/T5033-2006输电线路对电信线路危险和干扰影响防护设计规程
[5]李国征.电力电缆线路设计施工手册[M].中国电力出版社，2007
作者简介：尹力文，男，硕士，注册电气工程师，从事电气设计及研究工作。