交流输电线路与电信线路的电磁耦合 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：交流输电线路与电信线路的电磁耦合

定价：60.00元

作者：张文亮

出版社：中国电力出版社

出版日期：2013-06-01

ISBN：9787512341340

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.459kg

编辑推荐

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内容提要

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　　本书依据科研成果、实践经验及外相关资料，从电磁场基本理论出发，系统全面地阐述了交流输电线路对电信线路的电磁耦合机理、数理模型和计算方法、电磁影响限值、保护措施、相关的测量技术等内容。共8章，包括交流输电线路时变电流产生的电磁场及感性、阻性、容性耦合，导线对地电压和电流分布，金属导体的低频磁屏蔽作用等。

目录

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作者介绍

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　　张文亮，原中国电力科学研究院院长，现为国家电网公司总经理助理。于永清，原中国电力科学研究院院长，已退休。陆家榆，中国电力科学研究院高压所所长。

文摘

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序言

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《架空线路的互感效应与电磁兼容性分析》 前言 在现代电力与通信基础设施的建设中，架空线路的布置与运行是不可或缺的组成部分。然而，同一走廊下密集铺设的架空输电线路和通信线路，其间存在的电磁耦合效应，一直是困扰工程界的一大难题。这种耦合不仅会影响输电线路的稳定运行，更可能对通信线路的信号质量造成严重干扰，甚至在极端情况下引发安全隐患。本书旨在深入剖析架空线路间的电磁耦合机理，系统探讨其对输电和通信系统的影响，并在此基础上，提供一套全面、实用的电磁兼容性分析与防护方法。 本书的内容围绕架空线路电磁耦合这一核心主题展开，力求从理论到实践，从现象到本质，全面展现该领域的研究成果与工程应用。我们期望通过本书，为电力、通信、轨道交通等相关行业的工程师、研究人员以及高等院校师生，提供一本兼具学术价值与工程指导意义的参考书。 第一章：架空线路电磁耦合的基本原理 本章将奠定本书的理论基础，深入浅出地介绍架空线路电磁耦合的基本概念与物理机理。 1.1 电磁感应与互感 1.1.1 麦克斯韦方程组与法拉第电磁感应定律：回顾经典电磁理论，阐述交变磁场如何在线路中感应出电动势。 1.1.2 互感系数的定义与计算：详细介绍互感系数的概念，分析其与线路几何参数、介质特性等因素的关系。通过数学模型，推导不同几何构型下互感系数的计算方法，如平行长直导线、多导线系统等。 1.1.3 耦合的类型与特点：区分电磁感应耦合、静电耦合等主要耦合方式，分析其在不同场景下的表现形式和影响程度。 1.2 线路参数的电磁耦合效应 1.2.1 线路的电感与互感：解释电力线路和通信线路的电感特性，并重点阐述它们之间的互感效应如何产生。 1.2.2 线路的电容与互容：分析线路的对地电容和相间电容，以及它们之间存在的互容效应，及其对信号传播的影响。 1.2.3 线路的电阻与漏导：虽然电阻与漏导主要影响能量损耗，但在分析耦合时，也需考虑其对感应电流、电荷分布的影响。 1.3 耦合效应的传播与衰减 1.3.1 耦合路径的分析：识别电磁能量从一根线路传递到另一根线路的各种可能路径，包括直接耦合、通过大地回流耦合等。 1.3.2 耦合信号的传播模型：引入行波理论、多模传播理论等，分析耦合信号在通信线路中的传播特性，包括其幅度、相位、畸变等。 1.3.3 屏蔽与衰减机制：探讨各种屏蔽措施（如屏蔽线、屏蔽网）的作用原理，以及耦合信号在不同传输介质中的衰减规律。 第二章：电磁耦合对架空输电线路的影响 本章将聚焦于电磁耦合效应如何影响电力输电线路本身，包括其运行稳定性、电能质量等方面。 2.1 外部干扰源引起的感应电压与电流 2.1.1 周围线路的运行状态：分析临近输电线路、接触网、高压电缆等产生的交变磁场，如何通过互感作用在目标输电线路中感应出电压和电流。 2.1.2 大气过电压与雷电感应：探讨雷电发生时，强烈的电磁脉冲如何与输电线路发生耦合，产生瞬态过电压，威胁设备安全。 2.1.3 工业频段的电磁干扰：分析附近工业设备、大功率电机等产生的工频或谐波电磁场对输电线路的影响。 2.2 耦合效应导致的运行问题 2.2.1 谐波注入与电能质量下降：通信线路或电力线路中的非线性设备产生的谐波，可能通过耦合注入到输电线路中，导致电压波形畸变，影响电能质量。 2.2.2 保护系统误动与拒动：外部感应电流或电压的异常变化，可能导致继电保护装置产生误判，例如非故障时的误跳闸，或故障时的拒不动作，严重威胁电网安全。 2.2.3 线路稳定性问题：在特定耦合条件下，感应产生的附加电流或电压可能对输电线路的动态稳定性产生不利影响，甚至引发失步。 2.3 绝缘协调与过电压防护 2.3.1 耦合感应过电压的特性分析：根据不同的耦合场景，对感应过电压的幅值、持续时间、冲击波前进行详细分析。 2.3.2 绝缘水平的评估与校核：根据感应过电压的特性，重新评估输电线路的绝缘水平，确保其满足安全运行的要求。 2.3.3 过电压防护装置的应用：介绍避雷器、接地装置等过电压防护措施在减缓耦合感应过电压方面的作用。 第三章：电磁耦合对通信线路的影响 本章将深入探讨电磁耦合对通信线路性能的负面影响，包括信号衰减、噪声干扰、数据误码等。 3.1 耦合产生的噪声与干扰 3.1.1 工频干扰与低频噪声：电力线路的工频（50Hz/60Hz）及其谐波，通过互感效应在通信线路中感应出相应的噪声信号，影响语音通信和低频数据传输。 3.1.2 瞬态干扰与脉冲噪声：雷击、断流、开关操作等引起的瞬态电磁场，会在通信线路上产生瞬时的高幅值噪声，可能导致数据丢失或误判。 3.1.3 谐波干扰与高频噪声：电力系统中的高次谐波、电力电子设备产生的宽带噪声，可能通过耦合耦合影响高速数据传输、射频信号等。 3.2 耦合对通信信号质量的影响 3.2.1 信噪比（SNR）下降：耦合产生的噪声会叠加在原始通信信号上，导致信噪比显著下降，使得接收端难以正确地识别信号。 3.2.2 信号衰减与幅度畸变：耦合效应可能导致信号能量的损耗，或者信号幅度在传输过程中发生不规则变化，影响信号的有效传输。 3.2.3 信号相位畸变与比特错误率（BER）升高：不均匀的耦合可能导致信号的相位发生改变，在数字通信中，这将直接导致比特错误率升高，影响通信的可靠性。 3.3 不同通信系统的耦合敏感性分析 3.3.1 电话线路的耦合问题：分析工频干扰对传统电话线路的语音质量影响，如嗡嗡声、杂音等。 3.3.2 数据传输线路的耦合干扰：探讨耦合对DSL、Ethernet等数据传输系统的影响，例如导致传输速率下降、连接不稳定。 3.3.3 光纤通信系统的抗干扰能力：虽然光纤本身不受电磁干扰，但其伴随的电缆（如供电线、控制线）可能受到耦合影响，间接影响光缆系统的正常工作。 第四章：架空线路的电磁兼容性分析方法 本章将系统介绍对架空线路电磁耦合进行定量和定性分析的常用方法。 4.1 数值计算方法 4.1.1 有限元法（FEM）：介绍如何利用FEM构建输电线路和通信线路的仿真模型，求解电磁场分布，并计算耦合参数。 4.1.2 有限差分时域法（FDTD）：分析FDTD在模拟瞬态电磁场耦合过程中的优势，以及如何用于分析雷电感应等问题。 4.1.3 边界元法（BEM）：讨论BEM在处理无限大区域电磁场问题时的效率，以及其在长距离线路耦合分析中的应用。 4.2 简化分析模型 4.2.1 准静态模型：在频率较低的情况下，引入准静态分析方法，简化计算，快速评估耦合效应。 4.2.2 等效电路模型：将复杂的耦合模型转化为等效电路，方便利用电路分析工具进行仿真和计算，预测耦合电压和电流。 4.2.3 经验公式与图表法：在缺乏详细参数的情况下，介绍常用的经验公式和图表，提供初步的耦合评估手段。 4.3 现场测量与监测技术 4.3.1 耦合电压与电流的测量：介绍用于测量线路上的耦合电压、电流的仪器和技术，如高阻电压表、电流探头等。 4.3.2 电磁场强度监测：阐述如何利用电磁场强度计监测线路附近的电磁环境，为耦合分析提供依据。 4.3.3 通信信号质量监测：介绍用于监测通信线路信噪比、比特错误率等关键指标的设备，评估耦合干扰的实际影响。 第五章：架空线路的电磁兼容性防护与优化 本章将提出一系列行之有效的防护措施，以减小或消除架空线路间的电磁耦合效应，提升电磁兼容性。 5.1 线路布局与走向的优化 5.1.1 最小化平行长度：在可能的情况下，尽量缩短电力线路与通信线路的平行走线长度，以降低互感。 5.1.2 增大线路间距：增加电力线路和通信线路之间的垂直和水平距离，显著削弱电磁耦合强度。 5.1.3 考虑线路交叉方式：分析采用交叉方式（如直角交叉）相较于平行方式，对耦合效应的影响。 5.2 屏蔽技术与接地系统改进 5.2.1 屏蔽线的应用：介绍通信电缆的屏蔽层如何有效阻挡外部电磁场，以及屏蔽层的接地要求。 5.2.2 屏蔽网罩的安装：在关键区域，采用屏蔽网罩对易受干扰的线路进行保护。 5.2.3 接地系统的优化：分析良好的接地系统如何导走感应电流，降低耦合电位，提高电磁兼容性。 5.3 线路参数的调整与补偿 5.3.1 采用高抗干扰通信线路：选用具有更高抗干扰能力的通信电缆，如屏蔽等级更高的电缆、光纤等。 5.3.2 信号滤波与均衡技术：在通信系统中引入滤波器和均衡器，滤除或补偿耦合产生的噪声和畸变。 5.3.3 耦合补偿装置：介绍一些特殊的补偿装置，用于抵消或减弱耦合产生的感应电压或电流。 5.4 线路运行管理与维护 5.4.1 规范运行操作：对电力线路和通信线路的开关操作、故障处理等进行规范，避免产生不必要的瞬态干扰。 5.4.2 定期巡检与故障排查：加强对线路设备的检查，及时发现和处理可能加剧耦合问题的隐患。 5.4.3 制定应急预案：针对可能发生的强耦合干扰事件，制定相应的应急预案，确保通信和电力系统的安全稳定运行。 第六章：特定场景下的电磁耦合案例分析 本章将通过实际工程案例，展示不同场景下电磁耦合的表现形式，以及相应的分析和防护方法。 6.1 城市密集区域的输电与通信线路耦合：分析城市地下管廊、高层建筑群中架空线路耦合的特点，以及解决方案。 6.2 铁路沿线电力与通信线路的电磁兼容性：研究电力机车、接触网对通信线路的干扰，以及如何保障行车安全与通信质量。 6.3 输电线与无线通信基站天线的电磁干扰：探讨大功率输电线对无线通信信号的潜在影响，以及优化布局的策略。 6.4 新能源领域（如风力发电场）的电磁耦合问题：分析风力发电机组产生的电磁辐射如何与附近通信线路发生耦合。 结论与展望 本书系统地阐述了架空线路电磁耦合的理论、影响、分析方法及防护措施。我们期望通过本书，能够帮助广大工程技术人员更深刻地理解电磁耦合的复杂性，掌握解决实际工程问题的有效手段。 展望未来，随着电网规模的不断扩大，通信技术的飞速发展，以及新技术的不断涌现，架空线路的电磁耦合问题将呈现出新的挑战。例如，智能化电网中的大量传感器网络、5G通信基站的密集部署，都将对电磁兼容性提出更高的要求。未来研究的方向将更加侧重于： 高频、宽带电磁耦合的精确建模与分析：尤其是在高速通信领域，对高频耦合效应的准确预测至关重要。 主动式电磁兼容控制技术：探索利用电磁场主动抵消技术，实现更高效的干扰抑制。 多物理场耦合分析：将电磁耦合与热、力学等其他物理场耦合效应相结合，进行更全面的系统评估。 基于大数据和人工智能的智能电磁兼容性管理：利用先进技术对电磁环境进行实时监测、预测和优化。 我们相信，通过持续的研究与工程实践，架空线路的电磁兼容性水平将不断提升，为构建安全、可靠、高效的现代基础设施提供坚实保障。