浅谈低压电网噪音污染和谐波干扰

王德志/新疆水利水电学校

浅谈低压电网噪音污染和谐波干扰

王德志/新疆水利水电学校

本文分析了低压电网噪音污染和谐波干扰的原因，并提出了一些应对措施来改善这些问题。

低压电网噪音污染；谐波干扰

一、低压电网噪音污染和谐波干扰

低压电网谐波干扰源主要有：变频电器、节能灯、大功率电机(电梯、水泵等)。例如我们测到的四管日光灯最大干扰可以达到120dbμ v，干扰频率在90kHz左右游动。其他如节能灯、变频空调、劣质手机充电器……等，干扰发射也十分严重！而且是全频段干扰！它们将降低接收信噪比，导致通信失败。

低压电网的通信环境比较恶劣，而且波动范围很大，一般的加大发射信号幅度、提高接收灵敏度、改变调制方式、自动增益控制、多载波发射、跳频通信技术、分组传送……等技术措施，对于信道的剧烈波动的高衰减与广谱强干扰较难发挥作用。

二、信道衰减

对低压电网的现场实测，低压电网载波信道在500KHZ以下频段最大衰减可达120～130db（120db等于100万倍衰减）。假如单纯依靠物理层通信实现数据采集，载波通信芯片或模块的物理层通信能力至少要超过130db。

现在城市电网配电变压器出口大多采用低压电缆，而这条电缆上的衰减，往往就可以达到60db以上。加上低压电网的功率因数补偿电容的影响，在低压电网不采取任何一次回路隔离阻波技术措施条件下，这对载波通信芯片或模块的物理层通信能力，就是一个严峻的考验。而通过改善电网功率因数，实现节能降耗的目的，是当前的一大趋势。

造成衰减的原因包括：

1.线路衰减：其中包括电缆的分布电容造成的相间衰减、对地衰减，还有高频趋肤效应造成的线路阻抗衰减。

2.负载引起的线路衰减剧烈变化。

3.功放阻抗失配造成的衰减。

4.线路节点引起的高频信号反射，特别是线路类别变化的节点，反射更加严重，架空线与电缆接头可能造成80％信号功率反射（约7db衰减）。

5.多径衰落引起的高频信号衰减；

三、载波通信当中的阻抗匹配问题

中低压电网是最终用户电网，网上用户众多、结构复杂、负荷性质各异、随机性很强，对电力线载波来说是一个极不稳定的系统，造成这一状态的主要原因之一是载波阻抗匹配问题。欲想使载波稳定、可靠传输必需保障系统的稳定和阻抗的匹配。对高频载波而言低压电网上经常会出现低阻抗点，例如：在低压电网上挂有大量的像彩电、计算机等用开关式直流稳压电源的用电器，它们对高频载波呈现几欧至几十欧的阻抗，同样因阻抗失配而导致载波传输大幅衰落，特别是遇到微机室、网吧等这类用电器相对集中的场所它们近似接到一个节点上，其载波阻抗呈并连状态，可能低到近似短路。扩频较难解决阻抗匹配问题。

对高频载波而言，电网上存在许多低阻抗点，有的低到近似短路，每个低阻抗点是一个载波陷阱，它们严重的破坏了载波的正常传输，特别是遇到近似短路的低阻抗点时载波信号会被完全陷掉，形成一个载波“黑洞”。这些载波陷阱出现的时间、地点、分布状况完全是随机的无任何规律可循，所以利用扩频加中继转发的方法也较难实现长期稳定、可靠的通信。总之，对载波来说，低压电网是一个随机性很强的较不稳定系统。

四、利用载波扩频技术存在的局限性

电力线载波的频段为40kHz～500kHz，远程监控要求的数据传送速率一般不低于600波特，因此，扩频倍数受到一定的限制。

电力线上存在很强的高斯噪声，像大功率的变频电机产生的高频谐峰――峰值可达100～200伏，在这样强的高斯噪声环境下系统接收的噪声强度与接收带宽成正比。显然在电力线载波上扩频的同时噪声电平也同比增长即信噪比也同比降低，因此电力线载波实行扩频传输与窄带电力线载波相比效果改善不明显。

五、采用降低载波频率的措施存在的局限性

将载波频率降到音频波段则载波波长大大超过线路的长度，线路失去了长线特性，线路结构的影响也就很微弱了，同时频率降低ω值小电容的阻抗大了，载波陷阱了，影响也就小了。但是，降低频率带来以下问题：

信号耦合困难，信号耦合是电力线载波关键之一，它要求既要把信号的功率全部送到电力线上又要保证50Hz电力波窜不到载波设备里来。音频频段同50Hz隔离比较难，所以电力线载波频段一般定在40kHz以上。

没有完全消除低阻抗点，10KV线路上经常挂有分散补偿电容，它们的值一般都在几千至十几千乏；另如网吧一类计算机大量集中的地方线间电容可达几微法，这么大的电容对音频段的阻抗也是很小的，同样形成载波陷阱。

六、利用阻波法存在的局限性

电力线载波最常用、最有效的方法是阻波法，即在低阻抗点与线路间加装阻波器，利用阻波器的固有阻抗消除低阻抗点。但是在低压电网上用电设备数量庞大，拓扑结构非常复杂，加装阻波器是很困难的，成本高。

七、采用中继转发技术存在的局限性

在通信过程中由于阻抗失配和线路损耗使信号衰减，当信号小到影响正常传递时,利用转发法进行接力中继传送也是常用的有效方法，但它必须建立在稳定系统上。中低压电网对电力线载波来说是一个随机不稳定系统，因此，单靠中继措施较难达到目的。

八、载波信号随机的不可控的跨过变压器

理论上，载波信号是很难跨过变压器传输的，但在实际过程中，载波信号有时会出现随机的不可控的跨台区泄漏的现象。载波设备在各台区间同时工作时，有时存在相互串扰，大大降低了载波通信的成功率。

根据多年的经验，载波系统现场安装调试工程量较大，往往需要大量的现场设置工作。同时，一些载波系统存在路由级数的限制，导致系统规模有限。

综上所述，我们可以从以上几个方面来实现控制低压电网噪音污染和谐波干扰。

[1]GB/T14549-1993.电能质量公用电网谐波[S].

[2]高峰，董亚波．低压电力线载波通信中信号传输特性分析[J]．电力系统自动化.

[3]刘海涛，张保会，谭伦农．低压电网的窄带衰落特性研究[J]．西安交通大学学报.

[4]樊昌信，詹道庸，徐炳祥，等．通信原理[M]．北京：国防工业出版社，1995.