近年来，随着我国电力事业的飞速发展，城市地下电缆隧道日益增加。机器人巡检自动化的发展为电缆隧道安全巡检提供了有效途径。然而，电缆隧道的特殊环境严重制约了传统天线系统的通信距离和质量，因此需在电缆隧道内沿线敷设漏泄电缆线路作为移动巡检机器人的通信线路。相对于架空线路，由于电缆隧道空间狭小，机器人通信线路与电力电缆线路共用公共走廊，2者不可避免要平行并且非常接近，电力电缆周围的电磁场会对通信线路造成影响。

本文从电磁场基本理论出发，推导出适用于电缆隧道内的电力线路对通信线路电磁影响的计算公式，供电缆隧道巡检机器人通信线路设计者参考。

主要内容

1 电力电缆线路与通信线路间的容性耦合计算

1.1 电缆隧道巡检机器人通信线路

与自由空间不同，电缆隧道空间狭长，存在拐角和岔口，加上隧道内铺设有大量的电力电缆与挂架，形成了一种闭域空间环境。这种特殊环境造成了传统天线系统无线通信距离短、信号衰减快、场强分布不稳定等问题。为了实现电缆隧道内巡检机器人的无线移动通信功能，可以采用漏泄电缆进行沿线敷设，并配合光纤干线实现长距离通信。此时将面临一个新问题，即电力线路的高电压在其周围空间形成电场，会对其邻近的机器人通信线路产生影响。因该影响通过两线路之间的互电容耦合，故称为容性耦合影响，或称电影响。

1.2 基于镜像法的容性耦合分析

用解析法直接求解电缆隧道内电位微分方程的定解问题比较困难，因此本文采用镜像法进行求解。

以圆形地下电缆隧道为例进行分析，如图1所示。设有一无限长细直导线1放置在电缆隧道内，且与圆柱隧道轴线平行，相距为b，隧道半径为

R>b，导线工作电压为U1，实导线1的线电荷密度为q1，镜像导线1′的线电荷密度为′q1，场点a到实导线1的距离为D1a，场点a到镜像导线1′的距离为D′1a，ε0、ε1分别为两介质的介电系数。

由于沿圆柱轴向的电荷分布具有均匀性，则实导线1在圆形隧道外的镜像是与轴平行的镜像导线1′，且应与实导线1和圆柱轴共面，设镜像导线1′的线密度为q′1 ，到圆柱轴心的距离为d。则如何求解满足边界条件的未知数q′1 和d是问题所在。

图1 实导线1在隧道内任一点a处产生的电势示意图

1.3单线电力电缆线路与通信线路间的容性耦合

单线电力电缆线路与巡检机器人通信线路的位置关系如图2所示。

设单线电力电缆线路导线1和机器人通信线导线a的工作电压分别为U1和Ua，其单位长度电荷分别为q1和qa，根据公式推导，可得在单位长度机器人通信线路上感应产生的电压Ua。

图2 单线电力线路与巡检机器人通信线路位置关系图

1.4三相电力电缆线路与通信线路间的容性耦合

设三相电力电缆线路各相工作电压分别为U1、U2、U3，其单位长度电荷分别为q1、q2、q3，机器人通信线路导线的工作电压为Ua，其单位长度电荷为qa，同样地根据公式推导，可得由三相电力电缆线路的容性耦合影响在通信线路上感应产生的电压Ua。

2 计算实例、现场测试及其分析

2.1容性耦合危险影响计算分析

电力电缆线路对巡检机器人通信线路的容性耦合危险影响，主要表现在隧道内作业人员接触通信线路导线时，感应电流通过人体放电引起触电。

2.1.1单线电力线路对通信线路危险影响分析

对于单线电力线路，单线间的容性耦合影响主要受通信线路与轴心距离a、电力线路与轴心距离b以及两轴心距间的夹角θ等影响。下面将计算分析当a和b保持不变时，不同夹角θ下的通信电缆感应电流。此时不同夹角θ下通信电缆感应电流I如图3所示。表1给出了不同夹角处通信电缆感应电流。

表1 不同夹角处通信电缆感应电流

图3 单线电力线路下通信电缆感应电流变化曲线

2.1.2三相电力线路对通信线路危险影响分析

三相电力线路与通信线路间的容性耦合影响受三相电力电缆布线方式、电力线路与轴心距离、通信线路与轴心距离以及两轴心距间的夹角θ等影响。三相导线布线方式如图4所示，典型布线方式下不同夹角θ的通信电缆感应电流如图5所示。

图4 3种布线方式示意图

图5 不同布线方式下通信电缆感应电流变化曲线

2.2计算实例及现场测试

220 kV某一回地下电缆隧道断面示意图见图6。图中左侧一回电缆C相右侧为工作人员的行走通道。电缆设计工作电压为220 kV，其中B相导线架设在距离轴心0.8 m处，其余两导线如图6所示。若通信电缆长度为500 m，此时不同夹角θ对通信电缆感应电流的影响如图7所示。

为了验证理论计算的正确性，在单回地下电缆隧道中进行了现场测试实验。电缆线路布线方式与北京某一回相同，测试时电缆线路电压为220 kV。漏泄通信电缆采用HLRHTMY(YZ)−50−42型号，长度为200 m，架设在距离轴心0.9 m处。试验中，分别测量通信电缆与B相电力电缆轴心距夹角为0°，10°，20°，40°，80°和100°处的感应电流。

实验所采用的测试方法如图8所示。漏泄通信电缆芯线一端接地，另一端接测试仪，可测得电力电缆线路电压在通信线路上产生的感应电流。

通信电缆感应电流现场测试结果与计算值如表2所示。

图6 220 kV某一回地下电缆隧道断面示意图

图7 电缆隧道通信电缆感应电流

图8 漏泄通信电缆感应电流测试方法示意图

表2 通信电缆感应电流现场测试结果与计算值

研究结论

1)单线电力线路对通信线路的容性耦合影响较大，通信电缆感应电流最大值出现在两轴心距夹角等于0处，且该电流最大值随着夹角的增大而指数衰减。

2)三相电力电缆不同的布线方式对通信电缆感应电流影响较大。对于垂直布线方式，通信电缆感应电流最大值出现在两轴心距夹角等于0处，其值在3种布线方式中最大，并随着夹角的增大而指数衰减。对于水平布线和三角形布线方式，通信电缆感应电流的变化趋势特性与垂直布线类似，其最大感应电流较垂直布线小。同时，三相电力线路对通信线路的容性耦合影响较单线电力线路来说有所降低，其中三角形布线方式和水平布线方式对减小感应电流有较好的效果，其次为垂直布线方式;但是通信电缆上的感应电流均超过国标规定的15 mA容许值，此时隧道内三相电力电缆线路对通信线路的容性耦合影响是有危害的。

3)通过分析电缆隧道电力电缆对通信电缆的容性耦合，能够为电缆隧道通信线路的设计提供依据，对电缆隧道机器人巡检自动化的发展有着很重要的意义。

原标题:学术研究 | 通信线路在电缆隧道内受何影响？