时间：2023-05-30 10:44:36
【关键词】漏泄同轴电缆；辐射模式；空间谐波；单模辐射；频带扩展
1.引言
漏泄同轴电缆是移动通信系统中用来代替天线以改善特定区域内电磁波场强的一种导波结构。它可以用于一般通信天线难以发挥作用的区域，特别是在移动通信系统中分立天线无法提供足够场强覆盖的区域，如隧道、矿井、地下建筑物、商场或其他电磁波难以到达的区域，并可广泛应用于微波通信、航天、船舶等领域。随着人们对闭域空间通信质量的要求不断提高，漏泄同轴电缆的应用范围将进一步扩大。进入90年代后，漏泄同轴电缆的应用向更高的宽频带方向发展[1]，因此对漏泄同轴电缆频带的扩展问题成为今后研究的主要方向。
2.漏泄同轴电缆概述
漏泄同轴电缆（Leaky Coaxial Cable）简称漏泄电缆通常又简称为泄漏电缆或漏缆，其结构与普通的同轴电缆基本一致，只不过它是根据特定的电磁理论，在同轴电缆的外导体表面上按照一定的规律周期性或非周期性的配置一系列的开槽口，每个开槽口都相当于一个电磁波辐射源，沿着其垂直方向可以辐射具有均匀稳定电磁场的电波[2]。由此可以知道它主要由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体三部分组成。漏泄同轴电缆同时具有传输线和辐射天线的双重特性，所以它不仅能沿着其轴向传输电信号，还能沿着其径向辐射电磁波。工作原理为：横向电磁波通过同轴电缆从发射端传至电缆的另一端。当电缆外导体完全封闭时，电缆传输的信号与外界是完全屏蔽的，电缆外没有电磁场，或者说，测量不到有电磁辐射。同样地，外界的电磁场也不会对电缆内的信号造成影响。然而通过在同轴电缆外导体上所开的槽孔，电缆内传输的一部分电磁能量发送至外界环境。同样，外界能量也能传入电缆内部。外导体上的槽孔使电缆内部电磁场和外界电波之间产生耦合。
3.辐射模式理论
3.1 辐射型漏泄电缆的辐射模式
漏泄同轴电缆按其能量耦合到外部空间的机理，可分为辐射型和耦合型两种类型，它们的几何结构各有不同。在此主要研究辐射型漏泄电缆的辐射模式。
辐射型漏泄同轴电缆是指在外导体上开的槽孔的间距与波长（或半波长）相当，该槽孔结构使得在槽孔处信号产生同相叠加。设开槽的周期为P，漏泄电缆的开槽结构与柱坐标如图1所示。
图1 漏泄电缆的开槽结构与柱坐标
周期性开槽口将电缆内部传输的能量耦合出很少的部分，在电缆外部形成表面波或者辐射波，它们沿z向的传播规律与在电缆导体内传播的导行波基本一致。如果用表示电缆周围的电场强度，则可以表示为：
其中式中：为电缆导体内的导行波的纵向传播常数，为导行波的衰减系数，是电缆内介质的相对介电常数，式中省略了时间因子。式中的为与径向传播常数以及径向参数和周向参数有关的函数，忽略纵向衰减的影响；为开槽后总的周期函数。
由Floquet定理可以知道，无限长的周期性结构中，各周期相应点的场只相差一个复的常系数，因此式（1）中的必须是周期为的周期性函数，将其展开为傅里叶级数为：
式中：，式（3）说明在周期性开槽的同轴电缆周围存在着无限多的空间谐波分量[3]，它们类似于导波结构中的传播模式，故将其称为模式。
3.2 单模辐射产生条件
电磁波的径向传播常数和纵向传播常数满足下列关系：
其中，，这里的c为自由空间中的电磁波传播速度。只有时才能产生辐射波，由式（7）可以得到空间谐波的模式图，如图2所示。当时，开始进入-1次模式辐射区，此时有-1次空间谐波向外辐射，直到2时-2次模开始辐射。当时，电磁波以表面波的形式存在，当时，高次模辐射开始出现[4]，此时会有高次空间谐波向外辐射。
通常情况下，在频率范围（，）内只存在-1次谐波的辐射，因而在此频率范围内的辐射就称之为单模辐射。如图（2）可知此时的单模辐射频带在和2之间，频带宽度为。
由于高次模辐射的各高次谐波之间会相互干扰，使得电磁场强出现很大的波动，如果能将高次模辐射区的高次谐波抑制掉，那么单模辐射频带将会增大。
4.倾斜开槽漏泄电缆频带扩展方法
对于倾斜开槽的漏泄电缆，接收天线主要接收它辐射的垂直极化分量，这里我们只考虑电磁场的垂直化向分量[5]。
从上述的单模辐射产生条件可以知道当频率超过单模辐射所在的频率范围时将会出现高次谐波的辐射，高次谐波的辐射会干扰-1次谐波的辐射场，使漏泄电缆沿线电波衰落严重[6]。因而，要想扩展单模辐射的带宽，就必须抑制-1次空间谐波辐射带宽内的高次谐波，抑制阶数越多，带宽越宽。抑制高次谐波可以采用在电缆的外导体上开一系列新的槽，然后通过调整新旧槽之间的位置的方法来抑制掉相应的高次谐波[7]。下面以倾斜开槽漏泄电缆为例来研究其频带扩展的具体方法，首先在原开槽附近增加新的开槽，而且要使新的开缝与z轴成的倾角与原来相反，且令，如图3所示。
此时其Z向周期函数为：
从式（8）可以看出当m=-2，-4，-6….时，，偶次模式都为0，即偶次谐波已被消去。那么由图（2）可以看出，如果能将-3次的谐波也抑制掉，则单模辐射频带将会变为（虚线框内的高次谐波被抑制掉后），带宽将扩大到4。下面将具体介绍抑制-3次谐波以实现其频带扩展的方法。
如上所述我们知道要抑制掉-3次谐波，需要在图3结构中的开槽附近处开一系列的新缝隙，此时我们可以将原来缝隙产生的沿Z方向的周期性函数用表示，它与式（2）相同；而新的用表示，它可由下式表示：
显然，只要为零，即可抑制掉m次高次空间谐波。此时有：
由式（13）可以知道当m=-3时，则。故要想抑制掉-3次高次谐波，还需要在原有结果基础上进一步增加新的开缝，而且新的开槽相距于原有开槽的距离应该满足式（13）的关系式，即整体向右平移。这种方法可以精确有效地抑制高次谐波，进而使单辐射频带的带宽变大。开槽后所得结构如图4所示。
图4 抑制-3次模式的倾斜开槽漏泄电缆的结构
此时总周期函数为：
由式（14）可知当m=-3时，，故-3次分量为0，此时-3次模就被抑制掉了，单模辐射频带变为，带宽为原来带宽的4倍，与未进行扩展前带宽大大地扩展了。
可以设想，如果继续增加槽孔数目，单模辐射的带宽也将随之继续增加。但是，槽孔的数目不能无限制的增加。因为，当一个周期内的槽孔数目过多时，槽孔间的距离非常小，会导致彼此间的干扰增大，以致漏泄同轴电缆无法传输信号[8]。此外，由于受限于漏缆介质层的介电常数，所以有时候通过上述方法得到的单模辐射频带不能满足实际通信的要求，因此如果要进一步扩大频带，就需要考虑多模辐射频带，通常只要辐射场满足波动范围不超过一定的范围，仍然可以利用多模辐射频带。由和可知：
若小于所需频段的频段比，则可以通过改变高次模电波的辐射方向来减小辐射场的波动范围，通常标准系统中的允许的场波动小于25dB，只要满足该要求，则对应的多模辐射频段可用[9]。
5.结语
本文在辐射模式理论的基础上，主要对倾斜开槽漏泄电缆单模频带扩展问题进行了理论研究，提出了倾斜开槽的泄漏同轴电缆单辐射频带扩展的方法，为以后宽频带泄漏同轴电缆的设计提供了理论依据。
参考文献
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[7]王均宏，简水生.漏泄同轴电缆辐射模式分析及高次模抑制[D].北方交通大学，2000.
【关键词】 无线通信 泄漏电缆 天线 越区切换
1 概述
目前，中国各个城市都进入了高速发展的进程中，地铁建设也迎来了全面开花的建设高潮，各个省会城市都在争先恐后的开始进行地铁和轻轨的规划、建设、扩建。由于地下轨道和高架轨道的成本差异以及多方面的考虑，大部分城市的地铁格局都采用了市区地下隧道连接市郊地面高架轨道的方式。要保持在列车全程行驶中，通信信号的连接流畅和平滑切换，对列车的通信控制系统提出了更高的要求。
2 越区切换
切换是指在蜂窝系统中，移动台从一个基站或者信道切换到另外一个基站或者信道的全过程，这个过程也称之为自动链路转移。切换过程中，不仅仅要识别新的基站，还要进行话音与信号信令的重新分配。要保证切换的平滑顺畅，切换的全过程需要保证在用户不被察觉的前提下进行。切换的目的主要是：（1）保证用户的通话质量；（2）平衡各个小区之间的话务量。
3 在出现故障的情况下进行转移
越区切换通常发生在移动台从一个基站覆盖小区进入到另一个基站覆盖小区的情况下，为了保持通信的连续性，将移动台与当前基站之间的链路转移到移动台与新基站之问的链路。切换发生的门限值是在系统安装时进行初调的，且初始参数设置取决于系统性能要求，不能随意改变。列车在行进过程中，势必不停的重复越区切换的过程，频繁而有规律的越区切换是地铁车载无线通信系统中一个特有的现状。
在分析漏泄无线通信系统越区时，采用具有滞后余量和门限规定的相对信号强度准则：仅允许移动用户在当前基站的信号电平低于规定门限，且新基站的信号强度高于当前基站一个滞后余量时，进行越区切换。以及移动台辅助的越区切换控制策略：每个移动台监测从周围漏缆基站中接受到的信号能量，包括功率、距离和话音质量，这三个指标决定切换的门限。并将这些检测数据报告给旧基站进行计算且与切换门限值进行比较，然后再决定何时进行越区切换以及切换到哪一个基站。
因此，选用四个门限电平值[1]：A1，A2，B1，B2。移动台在空闲状态的时候，接收到的本基站信号低于可用电平值A1，而相邻的基站此时的信号高于本基站信号的值大于预定电平值A2，移动台可以进行重选基站；如果移动台处在通话状态中，接收到的本基站电平值低于可用电平B1，此时相邻基站的信号高于本基站信号的值大于预定值B2，移动台会立即进行重选。这种切换，是为了使移动台在通话过程中，尽量减少不必要的切换次数，信号仍然可用的时候，减少切换次数，尽量保持在原基站中。
3 隧道内的漏缆连接方式
在隧道环境中，多种因素都可能产生快速衰落，而泄漏电缆是最常规的选择，泄漏电缆的铺设方式和型号选择关系着列车行进过程中信号的稳定程度；而切换区域的设置和泄漏电缆的尾端连接方式越区切换的效果影响很大，直接关系到无线网络的服务质量。地面轨道如果也全程铺设泄漏电缆，无疑增加了建设成本，而全向天线容易遇到信号门限问题，无疑成为了一个两难的选择。即使选择全程漏缆覆盖，车站站厅部分多采用功分器、耦合器加全向小天线的方式作场强覆盖，用户势必需要在移动的列车和站厅天线之间切换，因此行进过程中会遇到多种复杂的状况。
而地铁移动通信系统还有一个特点是全部在地下，而且大部分在隧道里面。在隧道内部，列车在高速运行的过程中，如何进行平滑的越区切换就成为了一个重要的问题。由于地铁隧道区间是链状覆盖网，一般基站频率复用都采用隔站复用，因此列车行进方向的切换（本小区与邻小区）位于区间中部，而此时列车的车速也达到最高，同时列车又是金属外壳[2]。此外，普通的移动网络不同地方是，地铁交通沿线（无论的地上还是地下）小区的重叠区域比较单一，在同一个地理位置上通常不会存在两个以上的小区覆盖，这无形中又给切换带来了困难。
一般情况下，地铁无线通信进行正常切换需要6S，如果要进行越区切换需要计算的时间应该是2倍，因此为12S，这是为了保证一次切换不成功立即进行第二次切换[3]。所以漏泄无线通信一般选取下列隧道内越区切换参数：
（1）启动越区切换时候进行测算的门限值应当高于接受的移动台灵敏值10～15dB；
（2）本小区与切换对象小区信号质量相差：5～10dB；
（3）本小区与相邻小区信号质量单次计算总时间：5～10s。
由于地铁隧道是一个封闭的地下圆柱形空间，隧道效应使高频信号衰减很快，为了保证隧道内的信号均匀分布，隧道内都使用漏泄同轴电缆（LCX）。保证在隧道内漏泄无线信号的顺利切换的一个有效手段就是正确设计场强的覆盖，也就是要从以下两方面考虑选用系统及设备的参数[4]。
（1）合理设置越区切换区域以保证98%以上区域各信号的最弱电平为-85dB，也就是说保证移动通信可通率大于等于98%；
（2）隧道区间中点的漏泄电缆尾端联通，使两边基站来的信号尽量形成较多的重叠区[5]。
因此在施工中，隧道内采用泄漏电缆直通进行覆盖，在基站切换点泄漏电缆加装终端负载，两泄漏电缆间距很小，一般约为0.5m[6]。
4 天线的信号覆盖方式
地铁内的无线信号分为公网和专网两个部分。
拿南京地铁举例，专网信号使用的是800m信号频段，以区别于公网无线频段。专网的终端设备包括车辆上安装的车载无线台，各个车站控制室安装的固定无线台，以及工作人员手持无线台。车辆在隧道中，通过铺设无线漏缆进行信号覆盖，在泄漏电缆无法覆盖的区域，则加装定向天线来进行覆盖。
因此，列车进出隧道的区域，隧道内的信号与地面信号进行越区切换，因为需要一个足够的重叠区域才能保证车载移动台不掉话。一般选择在隧道口加装一个定向天线，将隧道内的信号向外辐射一段区域。一般情况下，信号切换需要6～12s，当列车运行速度为80km/h时，12秒内将行进267m，因此需要267m的覆盖区域。[7]
而专网无线集群通信，更多的直接在地面轨道两边继续铺设泄漏电缆来进行无线信号覆盖，这样虽然在成本上有所上升，却减少了越区切换的次数，加强了通话的稳定性。
此外在站厅一般还需要用全向小天线进行信号覆盖。车站控制室的固定台一般会直接外接一个专网天线，站台层与站厅层按照信号覆盖区域进行信号覆盖。
公网系统还需要在各个出入口通道内加装公网天线进行信号覆盖。
5 结语
地铁交通的现状主要以地下线路为主。结合现在各个城市的地铁轨道辐射线路，更多的城市地铁采用了市中心地下隧道，向市郊延伸时采用高架地面轨道的方式。因此隧道内泄漏无线通信以及地面天线无线信号覆盖成为无线通信系统中一个重要的命题。越区切换的质量将直接影响到列车的安全运行以及乘客的乘坐体验。地形的多样性对无线系统通信的施工提出了更高的要求，在实际中应该综合考虑各种情况，以信号的稳定安全为首先，实现通信系统的高效、安全、稳定。
参考文献：
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[3]龚小聪.地铁移动通信系统切换设计思考[J].都市快轨交通，2006（1）：91-93.
[4]周杭.地铁民用无线通信系统切换分析和解决对策[J].现代城市轨道交通，2008（2）：18-20.
中天日立射频电缆有限公司漏泄同轴电缆的成功研发及使用，将大大降低在隧道及大型建筑物内无线网络建设的成本，从而推动我国通信产业的进一步发展。
移动通信产业的发展，反映出人们日常生活中对无线通信需求在不断的增加.移动用户的需求是：随时随地都能使用高质量的移动通信;同时，随着我国轨道交通、隧道、建筑大楼和大型、复杂的场馆建筑内无线网络的快速发展，漏泄同轴电缆因保证了信号覆盖的不间断，需求量大幅上升。
为了适应通信产业发展的需要，漏泄同轴电缆应运而生，成为3G产业发展不可缺少的一种产品。漏泄同轴电缆主要用于一般通信天线难以发挥作用的领域，特别是在移动通信系统分立天线无法提供足够的信号覆盖的区域。
漏泄同轴电缆所要达到的功能就是在其经过的路线的任何一点实现三个功能：a)传输电磁波；b)向外发射电磁波；c)接收外面特定的电磁波。
根据市场的需求，中天日立射频电缆有限公司抓住机遇，投入大量的人力、物力，研发出宽频带用的物理发泡聚乙烯漏泄同轴电缆，广泛应用于无线电波无法有效直接传播到的地方，比如隧道、大型建筑物、地铁、地下停车场、地下室、矿井以及高速公路、铁路等特殊环境，受到市场欢迎。
坐落于江苏南通部级经济技术开发区的中天日立射频电缆有限公司，成立于2004年12月，一期投资1500万美元，系中天科技股份有限公司、日立电线株式会社与南京邮电大学合资创办，是一家致力于移动通信用射频同轴电缆及配套附件开发、生产的专业公司。
母公司江苏中天科技股份有限公司系中国通信行业上市公司、部级重点高新技术企业，专业生产各类高品质通信光缆、光纤复合架空地线、海底光电缆等通信电缆光缆，已成为我国光电线缆品种最齐全的公司，“特种光缆找中天”成为业界共识。日立电线株式会社系日立制作所全资公司，是世界著名射频电缆生产厂商，拥有40多年制造经验，产品畅销全世界。南京邮电大学在电子、信息技术系统领域具有很深的研究，是我国大规模系统培养通信科技人才的高等院校。
依托中天科技的品牌知名度、南京邮电大学雄厚的科研背景和日立电线株式会社40多年的线缆制作经验，同时聘请国内外资深射频电缆专家加盟，这些专家在通信行业工作平均时间在25年以上，拥有十分丰富的专业研发、制造、管理经验，这一切为中天日立射频电缆有限公司积累了创新推动发展的软实力。因此，该公司在新品研发、生产、检测、管理、市场开拓等具有过硬的综合实力，具备耦合型和辐射型两种类型漏泄电缆的研发、生产能力。
该物理发泡聚乙烯绝缘漏泄电缆采用全新的工艺，采用全新的发泡、氩弧焊、轧纹和纵包开槽设备，切削一组合适的外导体槽孔，使电缆周围沿信号传输方向具有强度相对均匀的射频信号，实现信号在分立天线盲区的长距离输送，满足无线宽带的需求。
关键词:福厦铁路;GSM-R系统;光纤直放站;弱场补强;无线覆盖
中图分类号:U285文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)18-0124-03
铁路无线列车调度通信系统是铁路行车指挥系统的重要组成部分,在保障行车安全、提高运输效率方面发挥着重要作用,其通信质量的好坏直接关系到铁路的行车安全。无线列调通信中,由于地形影响,导致机车与车站问的无线信号衰减太大,使机车与车站间无法有效通信,这种区域称为盲区,或弱场区。在无线列调系统工程设计中,应根据实际情况科学合理地选用弱场区覆盖方案,保证良好的场强覆盖,以满足列车调度的高可靠性要求。
一、福厦铁路介绍
福厦铁路作为《中长期铁路网规划》的重点建设项目,是我国铁路“十五”规划“八纵八横”路网主骨架之一,也是我省第一条高速铁路。福厦铁路北起福州,经福清、莆田、泉州、晋江,到达厦门,全长273km。
福厦铁路是福建省第一条城际间快速客货运通道,具有速度快、高密度、大能力、安全、舒适、节省运费等优势,将有效改善沿线地区交通和投资环境,更加充分发挥区域优势、港口优势和开放优势,加快海峡西岸经济区建设。
二、铁路GSM-R系统
铁路GSM-R(GSM for Railway)系统是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统,针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点,为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。从集群通信的角度来看,GSM-R是一种数字式的集群系统,能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R能满足列车运行速度为0～500km/h的无线通信要求,安全性好。GSM-R可作为信号及列控系统的良好传输平台,正在试验中的ETCS欧洲列车控制系统 (也称FZB)和另一种用于160km以下的低成本的列车控制系统 (FFB),都是将GSM-R作为传输平台。
GSM-R中文全称为铁路移动通信系统标准,是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统,是中国首次从欧洲引进的移动通信铁路专用系统,它除了能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修通信等语音通信功能外,还能够满足列车运行速度每小时500km的无线通信要求。
GSM网络优化解决的主要问题有:信道拥塞率高、呼叫成功率低;越区切换失败率高,掉话严重;通话质量低、有串音;移动台占用话音信道后呼叫释放、出现振铃后无通话、移动台接通后单边通话;设备完好率较低;中继电路的配置与实际话务不相符、电路群的每线话务量差别较大等。
三、场强覆盖方式
一般地说,GSM-R网络的场强覆盖是在沿铁路轨道方向安装定向天线,形成沿路轨大椭圆形小区,但在话务量较大而速度要求较低的编组站内采用扇形小区覆盖,而在人口密度不高的低速路段和轨道交织处一般是无CTCS (ChineseTrain Control System)系统的农村地区采用全向小区覆盖。铁路带状的特点.决定了铁路场强覆盖采用线状覆盖方式。
场强覆盖往往和具体的地理位置分布相关,根据具体的地理环境和基站的实际情况可以进行许多方面调整。改善下行链路的信号覆盖,可以采用提高基站的发射功率、增加天线的挂高、调整天线的水平角或垂直角和安装直放站等措施。一般来说,上述各种方法需综合使用,才能达到满意的覆盖。当某些基站或小区信号强度提高时,还应综合考虑其他问题,尤其是相邻小区的同邻频干扰问题。若上行链路的接收信号不是很好,可以考虑在基站的天线塔上安放塔顶放大器或降低馈线和跳线的损耗,以增强天线的接收信号强度。
四、弱场补强方案
根据GSM-R应用环境的特点,一般地,对于山体阻挡及路堑等弱场强区,可采用增加光纤直放站的解决方案:对于隧道弱场强区,可采用增加光纤直放站、漏缆+天线的解决方案;对于特大桥隧,可采用光纤直放站及漏缆+天线的组合解决方案:对开阔地域,既可采用基站,也可采用无线直放站或光纤直放站的解决方案。目前,对弱场处理的方案较多,既可采用单独方案解决,也可采用组合方案解决。目前解决区间弱场区主要有以下方式:(1)布放中继器及架设漏泄电缆;(2)布放无线中继台设备;(3)布放光直放站设备;(4)感应通信方式“400M+400k”。
(一)布放中继器及架设漏泄电缆方式
场强覆盖系统采用异频双工、半双工方式解决铁路隧道内弱场覆盖的技术是目前最常用的解决方案之一。系统由洞口中继器、洞内中继器、漏泄电缆及其相应配件组成。当隧道长度超过漏泄电缆的最大限制长度时,必须在隧道内设置洞内中继器,以放大漏缆传输信号。因此,组网时根据隧道长度和所用漏泄电缆性能的不同,有中小型隧道和长大隧道两种方案:前者,在隧道口设置洞口中继器,隧道内壁挂漏泄电缆;后者,在隧道口设置洞口中继器,隧道内设置一个或多个洞内中继器,隧道内壁挂漏泄电缆。洞口中继器通过天线接收到来自车站台的信号后,传送到漏泄电缆,完成隧道内的场强覆盖。隧道内的移动台发射的信号波由漏缆和中继器通过天线发送给车站台。本方案场强覆盖效果好,易于控制,技术成熟。但漏泄电缆造价较高,维修困难,只能应用于收发异频的系统。
系统由I型中继器(洞口中继器)、Ⅱ型中继器(洞内中继器)、漏泄电缆及其配件组成。系统采用漏泄电缆外泄信号的方式实现弱场区的覆盖。I型中继器一般设置在离车站较近的地方,以保证车站电台的射频信号电平能够启动I型中继器进入工作状态;射频信号经I型中继器放大之后由漏泄电缆外泄,达到覆盖弱场区的目的;当弱场区长度超过漏泄电缆的最大长度时,必须设置Ⅱ型中继器,以放大漏泄电缆的传输信号。I型中继器通过天线与车站电台传递无线射频信号。当I型中继器接收到来自车站电台的下行信号时,将信号传送到漏泄电缆,经过信号外泄完成弱场区的场强覆盖;弱场区的移动电台发射的电波由漏泄电缆和中继器通过天线发送给车站电台。
由于弱场区地形的不同,中继器、漏缆可以有多种组合方式。(1)I型中继器(1台)+漏缆;(2)I型中继器(1台)+Ⅱ型中继器+漏缆;(3)I型中继器(多台)+Ⅱ型中继器+漏缆。
当弱场区地形比较多变时,比如经过一段山丘或隧道之后,有1km左右的开阔可视地段,接着又是隧道或者山丘,Ⅱ型中继器通过天线发出的射频信号覆盖开阔地段,同时,此射频信号开启下一个I型中继器。这种组合节省漏缆,降低了投资成本。工程中同一个半区间中继器的数量不易过多,最多不超过8个。
漏泄电缆过长,末端就会出现弱场;漏泄电缆过短,则会增加投资成本。所以,工程设计中应该权衡上下行信号的链路平衡,合理取定漏泄电缆的长度。
漏缆长度理论值计算公式为:
d=(Pt-L1-L2-Δ-ΔL-Vmin-M-S1)/S2(单位:km)
其中:
Pt――发射功率;
Ll――中继器馈线损耗;
L2――机车天线馈线损耗;
Δ――各种接头损耗,A=3dB;
ΔL――避雷器插入损耗,AL=0.3dB;
Vmin――机车最小可用电平(或中继器输入电平);
M――设计储备量,M=6.5dB;
S1――漏缆耦合损耗;
S2――漏缆传输损耗(单位:dB/km)。
(二)布放无线中继台设备方式
系统由一个或多个区间互控中继台配合适当的天线,通过4芯(或2芯)电缆通道与相应车站台构成链状网。区间互控中继台供电可通过4芯电缆中的2芯(或同一2芯电缆通道)由相应的车站台远供,也可由本地供电。每个车站台单方向最多可控制15个互控中继台,最长距离不超过20km。
互控中继台无线信道采用异频单/双工方式。当车站台发起呼叫机车台的下行呼叫时,通过4芯(或2芯)电缆通道将信号传输到其连接的所有区间互控中继台(从距车站台最近的互控中继台起编号为1～n)上,并一起发射呼叫信息;位于互控中继台覆盖范围内的机车台在所接收到的无线信号中选择最强的信号作为接收呼叫,并为应答车站台发起上行呼叫,设其中第1TI(1
(三)布放光直放站设备方式
系统由光直放站近端机(光近端机)、光直放站远端机(光远端机)、光纤和网管设备等组成。光近端机应设置在车站内距离车站电台较近的位置,通过射频耦合器与车站电台进行射频信号传递;通过光纤和光远端机连接;通过RS232、RS422或音频四线接口与网管设备连接。下行方向,车站电台发射的信号经耦合器进入光近端机进行电光转换,通过光纤传送至光远端机,光远端机把接收到的光信号转换为射频信号后通过天线发往移动台;上行方向,光远端机把移动台发射的无线射频信号转换为光信号,通过光纤传送至光近端机,光近端机对信号进行光电转换后,通过耦合器将射频信号馈入车站电台。直放站网管是为监测光纤直放站设备而开发的网管系统,能够提供光近端机、光远端机和模块等的故障报警,以及对直放站的相关参数进行设置。网管终端一般设置在无线检修所或者无线检修工区。
光直放站设备组网比较简单,其方式为:(1)一拖一方式,即一个光近端机连接一个光远端机;(2)一拖多方式,即一个光近端机连接多个光远端机。此时光近端机与光远端机之间可以星型连接,也可以共线连接。
(四)布放感应通信方式“400M+400k”
系统由“400M+400k”感应电台及过相装置构成。组网时设置车站台、机车台和手持台,并在接触网分相处设置过相装置。“400M+400k”感应电台是400MHz频段和400kHz频段合为一体的电台,两频段同时发射、同时接收,按二路话音输出方式工作。如果其中一路话音输出不能满足话音质量指标要求,将自动关闭。400kHz号的传输方式是利用波导感应原理,将400kHz信号感应到电力接触网导线上,利用接触网做波导线传输信号,它在区间内通信覆盖率达100%。在平原地区以及车站的多股道无电区,以400MH频段为主,利用两频段传输之间的互补,形成“400M+400k”的合体电台。
其优点是工程造价比漏缆方式低,适用于多路堑、多隧道的山区电气化铁路,但必须依靠电气化铁路的接触网设备才能进行传输,有一定的局限性。天线不易小型化,产品选择余地小。该方式一直没有大范围使用。
随着无线通信技术的不断发展,将会有更先进的技术用于解决无线列调的弱场区场强覆盖。但是,任何相关技术应用于实际工程时都有优劣之分,不管选择哪种方案解决弱场区问题,都应综合考虑线路地形、技术、经济等具体因素并进行比较,以选用适合工程的最佳解决方案。
参考文献
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[关键词]电力电缆 预防性试验 直流耐压试验 影响 建议
中图分类号：G24.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0076-01
前言
电力电缆在运行中不但长期承受电网电压，而且还会经常遇到各种过电压，如操作过电压、雷击过电压、故障过电压等。预防性试验可以提前发现电力电缆的某些缺陷，它是保证电力电缆安全运行的重要措施之一。如果我们在做预防性试验时，不按《电力设备预防性试验规程》去试验，则起不到预防性试验作用，而且还会带来电力电缆隐患。
一、预防性试验项目、方法和要求
根据中华人民共和国电力行业标准《电力设备预防性试验规程》规定，交联聚乙烯绝缘电力电缆预防性试验需作如下试验项目。
1、电缆主绝缘绝缘电阻测量：用2500伏或5000伏兆欧表测量，读取1分钟以后的数据，对于三芯电缆，当测量一根芯的绝缘电阻时，应将其余二芯和电缆外皮一起接地。运行中的电缆要充分放电后测量，每次测量完都要采用绝缘工具进行放电，以防止电击。绝缘电阻数值自行规定。试验周期：重要电缆1年，一般电缆3年。
2、电缆外护套绝缘电阻测量：就是测量钢铠对地的绝缘电阻值，它主要检查电力电缆的外护套有无破损。采用500伏兆欧表测量。当每千米的绝缘电阻低于0.5兆时，采用下面介绍方法判断外护套是否进水。试验周期：重要电缆1年，一般电缆3年。
3、电缆内衬层绝缘电阻测量：就是测量铜屏蔽层对钢铠的绝缘电阻值，它主要检查内衬层有无破损，采用500伏兆欧表测量。当每千米绝缘电阻低于0.5兆欧时，采用下面介绍方法判断内衬层是否进水。试验周期：重要电缆1年，一般电缆3年。
电缆内衬层和外护套破坏进水的确定方法：
受水长期浸泡的电力电缆或受外力破坏而又未完全破损的电力电缆，其外护套绝缘电阻、内衬层绝缘电阻均有可能下降至规定值以下，因此不能仅根据绝缘电阻的降低来判断电缆是否进水，要根据不同金属在电解质中形成原电池原理进行分析判断。
缆铜屏蔽层接触并可能会腐蚀铜屏蔽层，应尽快安排检修。
4、铜屏蔽层电阻和导体电阻比测量：当铜屏蔽层电阻与导体的电阻之比数据与投运前数据增加时，表明铜屏蔽层的电阻增大，铜屏蔽层有可能被腐蚀；当该比值与投运前相比减少时，表明导体连接点的接触电阻有增加的可能。试验周期：投运前，新作终端或中间接头后，内衬层破损进水后。
5、电缆主绝缘直流耐压试验：电缆试验电压按表一规定，加压时间5分钟，不击穿。耐压5分钟的泄漏电流不应大于耐压1分钟的泄漏电流。试验周期：新作终端或中间接头后。
二、电缆直流耐压试验与电缆泄漏电流的区别
电缆泄漏电流的测量与直流耐压试验在发现绝缘缺陷的原理上是有区别的。一般来说直流耐压试验对于暴露介质中的气泡和机诫损伤等局部缺陷等比较灵敏，而泄漏电流能够反映介质整体受潮与整体劣化情况。两者在试验中又密不可分，泄漏电流实际上是直流耐压试验中得到的。测量泄漏电流的微安表在试验回路的不同位置和试验的高压引线是否采用屏蔽线等因素，都会影响泄漏电流的数值，所以在测量泄漏电流的过程中，判断不是电流的具体数值，而是泄漏电流的变化趋势。电压升高的每一阶段，都必须注意观察电流随时间变化的趋势，一条良好的电缆，在电压上升的每一阶段，电容电流和吸收电流先叠加在泄漏电流上，指示表上的电流一定剧增，随着时间下降，电压稳定1分钟后的稳定电流只是电压初期上升的10%----20%，在这就是泄漏电流。如果电缆整体受潮，则电流在电压上升的每一阶段几乎不能随时间下降，严重时反而上升，这种电缆是不能轻易投运的。泄漏电流值随时间的延长有上升现象，是绝缘缺陷发展的迹象。良好的绝缘在试验电压下的稳态泄漏电流值随时间的延长保持不变，有的略有下降。
三、直流耐压试验对交联电力电缆的影响
交联聚乙烯绝缘材料是交联聚乙烯塑料经交联工艺而生成的，属整体型绝缘材料，其介电常数为2.1―2.3，且一般不受温度变化的影响。在直流电压下，绝缘层中的电场强度是按照绝缘电阻率的正比例分配的，且绝缘电阻率分布是不均匀的（在交联聚乙烯塑料生产过程中，因工艺原因不可避免的在主料中有杂质存在，他们具有较小的绝缘电阻率，且沿绝缘层径向分布，分布不均匀），所以交联聚乙烯绝缘在交、直流电压下电场分布是不同的，导致了击穿特征的不一致。直流耐压试验不仅不能有效地发现交联聚乙烯绝缘材料中的水树枝等绝缘缺陷，而且由于空间电荷的作用，使原来存在的绝缘内部弱点进一步发展、扩大，使绝缘性能逐渐衰减形成绝缘内部劣化的积累效应，容易造成电缆在交流电压作用下，某些不应发生问题的地方投运不久就发生放炮。此外，电缆的某些部分，如电缆头、中间头，在交流电压下，存在某些缺陷，在直流耐压试验时却不会击穿。
四、实际预试情况
现在我们做电缆预防性试验基本是将运行的电缆按计划一年停运一次，电缆附件安装工艺中的金属层按传统接地方式连接，因此电缆试验的项目主要有两项内容，电缆主绝缘绝缘电阻测量，电缆主绝缘直流耐压试验，通常将电缆按（表一）规定加试验电压，如果电缆受潮或外、内层绝缘损坏就可能将电缆击穿，然后查找故障点、修复，在用同样的试验电压加压5分钟，正常后投入运行，如仍击穿或泄漏电流不正常，在进行一次查找故障点、修复，直到电缆完全正常。这种过程有许多不利因素，第一，电缆耐压击穿后停电修复时间很长，对一个企业来说，损失是无法估量的，第二，预防性试验往往集中进行，要在很短的时间对所管辖的电缆进行试验，不仅劳动强度大，而且难以对每条电缆都进行仔细分析。第三，电缆预防性试验每次都做直流耐压试验，将产生绝缘内部劣化的积累效应，加速电缆绝缘老化，缩短电缆的使用寿命。
五、建议
预防性试验既然属于防止设备损坏、保证设备安全运行的重要措施，那就应以《电力设备预防性试验规程》规定和要求进行全面、认真地试验，既不能增加项目也不能减少项目。
电缆附件安装工艺中的金属层要改变传统接地方法，应采用下述方法去做。做交接试验时，要留好第一手资料，以后的预防性试验数据要和交接试验数据进行比较。当电缆主绝缘绝缘电阻数值、电缆外护套绝缘电阻数值、电缆内衬层绝缘电阻数值、铜屏蔽层电阻和导体电阻之比数值，与交接试验数据进行比较且数据变化不大又都在合格范围时，就不应再作直流耐压试验。当判断出电缆外护套和内衬层破损进水或新制作终端头和新制作中间接头，以及处理电缆铜屏蔽层后，才需对电缆做直流耐压试验。这样就可以最大限度的保护电缆，延长电缆的使用寿命。
电缆附件中金属层的接地方法：
关键词：电力电缆；直流耐压；直流泄漏
摘 要：文章对电力电缆试验进行了简单分析，重点分析了高压直流加压对交联电力电缆作用和副作用的产生和原因。
关键词：电力电缆；直流耐压；直流泄漏
在现在农网中受出线空间的限制等影响，各电压等级的交联电力电缆的使用越来越多。为了解电缆运行状态，必须对其进行性能测试试验。对一些试验项目进行了简单介绍，对一些试验项目的优势与缺点进行了简单分析。
交联电力电缆的常规试验项目主要有绝缘电阻测试、直流泄漏测试、直流耐压测试、交流耐压测试、电缆护套测试等。在做试验项目时要了解试验项目的正确方法、现场的测试环境与安全情况，及影响试验的各种因素。更要理解试验项目的作用。因为是高压试验项目，所以试验时首先应注意安全（包过人身安全、试验设备安全和被试设备的安全），其次应注意影响电缆测试值的各种因素。如在做电缆绝缘电阻测量时，首先应了解电缆是电容设备在加压后会储存大量的电荷，测试完成后应充分的放电并接地。并了解测试时温度、湿度、电缆剩余电荷对电缆绝缘电阻测量值的影响。应尽量的多做一些试验项目，以进行综合性判断。
在电力电缆试验中主要的常规测试有主绝缘电阻测试（包过吸收比和极化指数）、电缆外护套绝缘电阻值和内衬层绝缘电阻、直流泄漏测试、直流耐压、交流耐压等。如需了解电力电缆的特出情况，就需要在做一些特出的试验。如电缆故障测试等。
在试验之前首先要了解我们试验目的是什么，我们对电力电缆试验的目的是检查电缆是否合格，有何隐患，以便及时处理确保设备的安全运行，我们在做每一项试验之前，我们都应知道该试验项目能发现电力电缆的什么类型的缺陷，不能发现电力电缆的什么类型的缺陷。因为判断电力电缆是否合格，不能只凭单项试验数据来判定，电力电缆是否合格需要多个试验项目的数据，来分析判断。
如电力电缆的绝缘电阻测试：他能够发现电缆的贯穿性绝缘缺陷，对电力电缆的整体性受潮、绝缘下降反应敏感，但不能发现一些间断性绝缘缺陷和高阻性绝缘缺陷。如绝缘介质中的气泡、杂质等。但直流耐压试验对发现绝缘介质中的气泡、杂质等，是十分有效的。然而该试验项目并不适合与交联聚乙烯电力电缆，这又是因为什么呢？让我们来分析一下。
直流耐压试验的主要作用在于检验电缆的耐压强度。因为直流耐压试验加压比较高，可以发现一些别的试验项目不能发现的电缆缺陷。如非贯穿性缺陷、高阻性绝缘故障、绝缘介质中的气泡等。电缆的直流击穿强度交流的二倍，所以电缆可以承受更高的直流电压。这就可以揭露一些低电压下不能发现的电缆隐患。如绝缘介质中的气泡、杂质等。很多情况下，我们用兆欧表检测电缆绝缘良好，而在直流耐压试验中发生绝缘击穿，可见直流耐压是检测高压电缆绝缘缺陷的有效手段。虽然直流耐压可以检测出一些不易发现的设备缺陷，但对高压交联绝缘电力电缆加压试验时，由于交流与直流电的特性差别，会给交联绝缘电力电缆带来一些伤害。
直流耐压试验为何会在交联聚乙烯绝缘电缆时产生副作用。是因为直流电压与交流电压下的电场分布特性不同引起的。我们先看一下直流耐压试验可能给高压交联聚乙烯绝缘电缆带来哪些伤害。
（1）高压交联聚乙烯绝缘电缆的有些缺陷是直流耐压试验很难发现的。如交联聚乙烯绝缘中的水树枝等绝缘缺陷。
（2）在交流电压作用下某些不应发生的问题，在直流耐压试验时却发生了击穿或留下缺陷，我们工作中就遇到过有些正常运行的高压电力电缆，在做过直流耐压试后投运不久就发生击穿事故。
（3）高压直流耐压试验会在交联聚乙烯材料中产生电荷累积效应，将加快绝缘老化，缩短电力电缆的使用寿命。
（4）由于高压直流耐压试验时的电压会高于平时运行电压几倍，会影响附近的其他电气设备。
交联聚乙烯电缆的预防性试验往往集中在很短的时间对所管辖的电缆进行试验，不仅劳动强度大，而且难以对每条电缆都进行仔细分析；高压电力电缆的交流耐压试验设备沉重复杂、试验环境要求较高且影响其他检修工作、试验时间较长，对周围的安全环境要求高，短时间内很难对所管辖的全部电缆进行试验。但长期用五、六倍电压做预防性耐压试验也是不合理的。
电缆泄漏电流的测量与直流耐压试验反应的电力电缆缺陷类型是不一样的。泄漏电流主要是反映介质整体受潮与整体劣化情况。直流耐压试验主要反应介质中的气泡和机械损伤等局部缺陷等。
依据泄漏电流判断绝缘状况时，应注意以下几点：
（1）在测量泄漏电流的过程中电压升高的每一阶段都必须注意观察电流随时变化的趋势。
（2）良好的绝缘在试验电压下的稳态泄漏电流值随着时间的延长应保持不变，有的略有下降。
为了保证泄漏电流测试值的准确性需要注意下列事项：
（1）试验加压时由于试验电压高（特别是35kV以上电压等级的电缆）通过被试电缆表面及周围空间的泄漏电流相当大，极大的影响着被试电缆的测试值。为保证测量数值的准确性，必须在测量时对电缆的两端加适当的屏蔽。我们在日常工作中就遇到过很多案例，如：某10kV高压柜出线电缆试验，电缆的一端在高压柜内，另一端在配电室，由于空间狭小在电缆没加屏蔽时测量值高达48uA，而再给电缆两端加上屏蔽再次试验时，其测量值下降到3uA。由此可见在电缆两端加适当的屏蔽，测试值的影响。
（2）测量的微安表应接在高压端，这是因为绝缘良好的电缆泄漏电流一般都很小，但设备及高压引线的杂散电流却相对较大，对测试值影响显著。此时如将微安表接在低压端进行测量，势必将杂散电流一起计入测试值。会与真实的泄漏电流值产生很大的误差。必须将微安表接在高压端进行测量，并注意屏蔽后才能获得准确的试验结果。
由于交、直流电压下电场分布的不同，导致了击穿特征的不一致。在认识到直流耐压对电缆的伤害后，我们加强了对交联聚乙烯电缆的交流耐压试验，相比直流耐压试验，交流耐压试验加压较低，虽然没有直流耐压试验给电缆带来的伤害，由于容量的关系，交流加压设备一般沉重复杂，其中一些还需要动用如吊车等设备，这非常不利于试验工作的开展。
所以应电力电网发展的要求，我们大力开展在线监测和新的试验方法以替代不适合的试验项目。如我们开展的电缆内外护套的带电检测。我们根据电力电缆铜屏蔽层与铠装层上的感应电荷的特点，（电力电缆的接地方式为单端双接地）我们在电缆铜屏蔽层与铠装层的接地点上分别串入电流表或安装电流测试装置。当电缆正常运行时电缆铜屏蔽层与铠装层上的感应电荷只有一点接地，无法构成电流回路，其电流表中的电流没有显示或电流很小。但当电力电缆的外护套破损时，其破损点与接地点形成了两点接地，其感应电荷也在两点之间形成电流回路，这样串联在铠装层上的电流表中就有相应的电流通过。同理当电力电缆的内护套破损时，其破损点与接地点也形成了两点接地，其感应电荷也在两点之间形成电流回路，这样串联在铜屏蔽层上的电流表中就有相应的电流通过。这样我们通过检测电流表的变化，就可以检测电力电缆外护套与内衬层是否破损。
为了充分对电力电缆的检测，避免对交联电力电缆的伤害，除泄漏电流为依据判断电缆绝缘优劣外，一般预防性试验只进行下列项目。
（1）测量电缆主绝缘的绝缘电阻值。
（2）检查直埋电缆的外护套、内衬层有无损伤。
以上论述说明对交联电力电缆的试验项目必须有正确的理解和认识。否则会给电缆带来不必要的伤害，甚至影响电缆的安全运行。毕竟我们试验的目的是检查电缆是否有无缺陷，以保证电缆的安全运行。而不是伤害电缆。
参考文献
关键词：井上下；应急通讯；无线通讯网
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)09-2170-02
Application KTL109 Mine Dispatch And Emergency Communication System in Yushe Mining
LI Yan-hong
(Yushe Mining of Lu' an Mining Group Ltd, Changzhi 046103, China)
Abstract：KTL109 Mine dispatch and emergency communication system is a wireless communication networks which has much channel, it can meets the communication needs for manager, safety inspector, electric locomotive driver, engineering constructor when they taking part in moving operations. This system can make the communication transferring at any time between ground and underground within a certain range. So it can make the ground and underground really become a whole wireless communication system, which meeting the needs for underground dispatch and emergency communication .
Key words: ground and underground; emergency communication; wireless communication networks
1 概述
余吾煤业公司是一座隶属于山西潞安矿业集团公司的新建特大型现代化矿井，矿井于2002年9月开始建设，2007年5月12日正式投产，设计能力800万吨/年，属高瓦斯矿井。随着煤矿安全生产的需求及矿井自动化水平的逐步提高，该煤矿通过采用KTL109矿用调度与应急通讯系统实现了井上半径3-5km范围内移动人员随时与井下移动人员的无缝通讯。该系统共有井上基站、录音系统、井下信号覆盖三部分，具体包括井下六信道基站建设、全向高增益天线安装架设、射频电缆及相关附材安装、调度录音系统安装调试、井下漏泄电缆的敷设、井下中继器、分配器、电源安装调试和系统信号测试等方面。
2 KTL109矿用多信道无线调度应急通讯系统特性
2.1 系统设备
井上基站是本系统功能的核心，系统基站安装在联建楼通讯机房。井上基站由六个信道机、合路器、分路器、耦合器功分器、发射天线、接收天线及隔离机组成。如图1所示。
调度录音系统由调度录音交换机、射频单元、控制单元、录音卡、9U机柜，及管理软件等组成。每个射频单元可以接收两个信道的信号，录音调度交换机将收到的话音生成语音文件记录下来，可从文件记录中查询呼叫方ID号、呼叫时间、使用的信道等信息。当使用1信道通话时，可监听任意信道上的通话，并可插话。
中继器主要用来放大漏泄电缆中传输的RF信号，已减少信号沿漏泄电缆传输时的损失，本矿井每隔380M安装一个中继器。其特点是可以同时放大双向信号，而且相互不受干扰。基站信号由漏泄电缆传输过来，再与射频信号分离，射频信号通过下行放大器放大，DC12V与放大后的信号混合传输至漏泄电缆，经多级中继器后传输至基站。其过程如图2所示。
分配器用来分出漏泄电缆部分信号，覆盖到各个分支巷道。
漏泄电缆均采用矿用防爆型同轴电缆。各条漏泄电缆的末端安装有终端负载，使整个系统阻抗匹配，确保整个系统正常稳定运行。
电源引自井下变电所，给放大器供电，每一个电源给8个放大器供电。
2.2 系统供电
系统电源采用矿井专用配套设备，井下中继器使用+12V工作电源。该电源具备浮充式备用电池，当井下停电时自动供电。系统供电示意图如图3所示。
该系统电源采用交流127V就近供电，主要取自各变电所监测监控综保和大巷照明综保，可靠供电是保证井下漏泄通讯系统稳定、不间断运行的必要条件，各责任队组必须保证各个电源供电的稳定、可靠[3]。
2.3 KTL109-S终端设备
手持机为防爆型式，矿用本质安全型，标志为ExibⅠ。外形尺寸为： 55mm（W）×140mm（H）×28mm（D）（不含天线）；重量：约400g。
工作频率可通过专用软件写入，具体频率范围在136.025～173.975MHz之间，接收与发射频率可以同频，亦可以异频，手持机具有无线信号收发功能。
3 KTL109矿用多信道无线调度应急通讯系统建设
3.1 设备机房及供电等技术要求
射频电缆沿电缆沟铺设，并采取相应的防护措施（如PVC电缆套管）从基站到井口铺设。
井下覆盖是用泄漏电缆加中继器的方式进行覆盖，电缆铺设按泄漏电缆铺设技术要求进行铺设。
3.2 接地要求
机房内通信设备及其供电设备不带电的金属部分以及电缆的金属护套均作保护接地。机架的保护接地从接地汇集线上引入。天馈线的上端及在进入机房入口处，均就近接地。
接地线的长度越短接地效果越好，其长度不宜超过30m。若接地引线需长于30m时，必须设均压带以均衡电位。交流保护接地线从接地汇集线上专门引出。
避雷针顶端与天线顶端的连线与避雷针本身所在垂直线的夹角为45°角。然而，由于避雷针本身即构成引雷器，当其遭受强大的雷电袭击时，会在其周围产生巨大的感应场，在天、馈线中感应产生很大的浪涌电流，该电流经馈线引入机房可导致设备损坏。因此，在考虑45°保护角的同时，还必须考虑到避雷针与天线杆之间的间距，最好不小于3m。这样才能既防直接雷击又防感应雷击。而且，天线馈线与设备之间接有同轴避雷器以防止浪涌电流沿馈线进入设备。
4 结束语
目前，余吾煤业公司无线调度通讯系统已覆盖井下35公里巷道的无线信号覆盖，井上矿区方圆3公里无线信号覆盖。井下北翼覆盖轨道大巷、胶带大巷；南翼覆盖轨道大巷、轨道下山、胶带大巷、胶带下山、进风大巷、进风下山及各个变电所，在这些区段实现人员井上下对讲通讯功能以及调度应急指挥功能，经地面与地面通话、地面与井下互相通话，对讲机通话质量良好，比较清晰，干扰较少，杂音较少，在泄漏电缆30米范围没有显现无信号状态。
参考文献：
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3G对室内分布系统的要求
3G网络的主要业务量来自于室内。根据香港SUNDAY对业务数据的采集结果可知，3G业务的室内话务量占总话务量的一半以上。而NTTDoCoMo的最新统计数据显示，大约70%的业务量来自于室内。综合考虑建筑物结构、电磁波传播环境和容量需求方面的因素，将室内分布场景细分为以下几类，见图1。
和2G网络相比，3G网络在深层次覆盖时存在诸多不足。此外，由于3G系统自干扰的特性，会引起“呼吸效应”现象和“远近效应”现象。因此，网络规划时需要考虑减少网络的满载率，同时也要考虑切换区域大小的设置问题。
由于室外站进行室内覆盖对信号的控制和深度覆盖不能做到最优，严重影响用户的满意度。韩国最大的移动通信商SKT的数据显示，大部分服务质量差的位置都在室内，且往往是由于宏蜂窝基站覆盖不到位造成的。
相比之下，室内分布系统不仅可以在话务密集地区进行有效的话务吸收，解决室内“无死角”覆盖，而且减轻了室外站小区“呼吸效应”，降低了室外系统的负荷，从而能够提高整个网络的质量和容量。
3G室内分布系统
传统的室内覆盖系统将不同系统割裂开来，采取单独建设、单独维护的策略。但由于我国目前网络存在多种系统，且频段跨度较大，所以室内分布系统应该采用多系统的宽频室内覆盖方案，即一套天馈系统来实现多系统信号的同时覆盖。
其中，信号源主要包括室内宏蜂窝基站、室内微蜂窝基站和直放站等。从系统容量和功率需求的角度，根据不同话务需求和覆盖场景选择不同的信号源。比如，对于大话务量地区，宜采用宏蜂窝基站作室内分布系统的信号源，能够插入多块基带处理板，满足话务密集地区的需求；对于写字楼等室内用户集中、话务量较高区域，可以考虑建设微蜂窝室内分布系统；对于隧道、地铁车站、地下商场、地下酒吧等强调覆盖而非容量的场所，可以考虑用室内直放站引入基站信号。
信号分布系统可以分为无源分布系统，有源分布系统和混合分布系统三种形式。无源分布系统是通过无源器件进行分路，经由馈线将无线信号尽可能平均地分配到覆盖单元上，从而实现室内信号的均匀分布；有源分布系统中加入了功率放大器这一类有源设备。信号经过各级衰耗后，到达末端时，可以利用放大器放大以达到理想的强度，保证覆盖效果。也可以混合采用无源系统和有源系统的部分器件，建立一套混合的信号分布系统。
覆盖方式主要有三种，即分布式天线系统(DAS)、泄漏电缆系统和混合方案。
分布式天线系统能够支持从400MHz到2.5GHz很宽的频率范围；对于建筑物内部结构狭长的特别区域，例如公路隧道、铁路隧道、矿井等，可选用泄漏电缆分布系统，泄漏电缆不需要室内天线，通过电缆上泄漏信号进行覆盖；多系统的宽频室内覆盖方案共用天馈线系统，具有相当灵活的可扩展性。但是在多网合一的室内分布系统的设计中，对系统间干扰的分析和抑制至关重要。
3G室内分布系统的设计
在室内分布系统方案设计中，需要考虑三方面的因素：降低室外信号对室内的影响；减少室内信号外泄；室内环境的特殊性所带来的传输与空间衰耗。
首先，由于室外基站会对室内系统造成影响，所以必须对来自室外基站的信号进行测量，以了解室外宏站对室内系统的影响。
其次，室内分布系统的信号泄漏容易造成对室外信号的干扰，容易导致室外用户选用室内信号，使软切换增多，从而影响室外的掉话率。在3G工程设计阶段就需要控制过多的软切换区，减少室内天线的输出电平，控制信号泄漏电平。在靠近窗户、门口等边缘区域，应采用方向性较好的定向天线，以减少信号的泄漏从而优化切换关系。
最后，由于频率上的差异，多系统共用室内分布系统不可避免地带来了不同系统间在室内分布系统上功率损耗不一致的情况。比如，在2GHz下信号的馈线损耗，空间损耗和隔墙损耗都有增加。所以，应根据实际情况采用“多天线低功率”方式进行覆盖，合理布防天线。
链路预算
1.容量预分析
A地的人流量是2000人/小时，设手机人均使用率为25%，A地移动电话用户数为2000*25%=500/小时。用户均匀分布，平均每用户忙时话务量为0.02Erl，则A地总的话务量为10Erl，按照20%的余量，最大吸收话务量为12Erl。系统信号源为微蜂窝基站，根据Erlang-B公式表，当呼损率为2%时，两个载频容量为8.20Erl。因此采用4个载频容量足够提供系统使用。
2.覆盖场强预分析
吸顶全向天线的输出口功率为7dBm，增益为3dBi。距天线的最远覆盖距离约为10m。自由空间传播损耗是58dB，贯穿损耗和多径衰落分别是15dB和10dB。则边缘场强=7+3-58-15-10=-74dBm。
覆盖电梯的定向板状天线的输出口功率为11dBm，增益为8.5dBi。距天线的最远覆盖距离约为20m，20m自由空间传播损耗是64dB，贯穿损耗和多径衰落分别是20dB和15dB。则边缘场强=11+8.5-64-20-15=-79.5dBm。
一般以移动终端的发射功率来确定漏泄射频同轴电缆的最大覆盖长度。移动终端的最大输出功率为2W，系统要求的最低场强为-105dBm。频率为2GHz，95%耦合损耗为86dB，耦合损耗的波动余量为5dB。漏泄同轴电缆的衰减常数为44dB/km，跳线及接头损耗为2dB，地铁系统车体的屏蔽作用和吸收损耗为10dB。则最大覆盖距离=(33-(-105)-86-5-2-10)/44=795m
在新的通信系统中，覆盖、容量和质量不再独立，需要综合考虑；多业务的同时存在也需要均衡考虑；重要的是，需要兼顾多网同时进行通信的状况；干扰也将成为未来移动通信的最大攻克难点。而这些对馈线、漏缆、器件及附件和天线的性能都提出了很高的要求。
链接作者简介
袁卫文：现为中天日立射频电缆有限公司(ZTT)技术部研发工程师。1990年毕业于中国人民国防科工委指挥技术学院。曾在西安卫星测控中心(XSCC)任雷达工程师。多次获国防科工委及XSCC的科技进步奖项。
多年以来，对于井下无线通信技术，国内外进行了许多试验。虽然研制出了一些井下通信设备，效果却不理想，因此井下通信较地面通信发展缓慢。与发达国家相比，中国的煤炭工业信息化水平低，装备制造技术还很落后。20世纪90年代，我国开始组建煤矿井下计算机管理系统，提出矿井生产自动化系统与管理系统相连接，从而实现资源共享的信息系统集成设想。
1.1低频导引通信
低频导引通信工作在低频段通常只有几百千赫兹，其传输媒介为同轴电缆。每隔数百米需在电缆上布置一个辐射器，从而电波向电缆内外辐射，最终实现煤矿井下通信的目的。通常情况下低频导引通信信号覆盖范围为1km左右，在加接中继器的基础上，通信范围可进一步扩大。优点:低频导引通信系统造价低且简单实用。由于频率低、电缆的传输损耗小(2～4dB/km)，故信号传输距离大。缺点:由于低频处人为噪声很强，数据误码率高，可靠性低;波长较大，导致天线收发信号效率低下，同时由于井下巷道的限制，所以天线规格就受到限制;且低频导引通信为模拟通信方式，由于其频率低，故不适合高速数据通信方式。
1.2动力线载波通信
动力线载波通信方式作为一种较早应用于井下的通信方式，在煤矿井下控制、语音及信号监测等方面都有广泛应用。其原理是利用矿井机车架空线或动力电缆作为信道，将语音信号调成频率为数万赫兹的载波通过信道进行信号传输。优点:使用简单方便，借助于已有的电缆或者机车架空线，无需铺设专用线路，是煤矿早期实现电机车移动调度通信的主要手段。缺点:煤矿井下机车架空线及动力电缆分支较多，且由于各种机电设备的频繁启动，不易使信道参数保持信号传送需要的稳定状态，且架空线及动力电缆载波频率相对较低，架空线及动力电缆的传输阻抗不易与通信机匹配。
1.3井下光纤通信技术
井下光纤通信技术是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。目前井下光纤通信技术已在不同领域发挥作用，在监测监控系统中，光纤是仅次于语音通信的较为理想的高速信道。优点:其容量大、中继距离远、防爆性能好、抗干扰能力强。缺点:质地脆，机械强度差，不适于井下特殊的工作环境;光纤光缆的弯曲半径不能过小，在安装过程中需要专业技术人员指导。
1.4感应通信技术
感应通信是以普通金属导体为媒介，通过移动电台与普通导体间的静电耦合、电磁感应的方式实现通信的目的。具体做法是通过架设专用感应线或利用巷道内已有的导体(如电缆、管道、轨道等)进行导波的通信方式。由于它自身与无线电相似，人们又把这种通信方式称为“感应无线电”，其通信方式与普通电台十分相似。优点:价格低廉、构成简单、无需中继器且感应线敷设简便。缺点:感应通信方式选择较低传输频率来减小传输衰减，但井下通信在低频段的噪音较大，所以通信噪声大，质量不高;井下感应线一般敷设在巷道壁旁，会使感应信号发生较大损耗，从而影响实际传输距离。
1.5漏泄通信技术
漏泄通信技术的基本原理是人为地在同轴电缆的外导体开孔、开槽或采用疏织的方式破坏外导体的完整性，在巷道中起天线的作用，实现移动基站或电台之间的可逆耦合，达到较好的通信质量。具体做法为巷道中架设同轴电缆，等间距在电缆上开槽孔，槽孔周围可形成连续电磁波漏泄信号场，当无线电信号在开槽孔电缆上传输时，信号既可轴向传播，又能沿径向产生电磁波漏泄场漏泄信号场。优点:传输媒介为电缆，传输质量高、抗干扰能力强、工作频率高、频带宽、容量大，可满足井下无线式的数据、图像、话音的传输。缺点:灾变事故发生时漏泄电缆可能被挤压发生变形、断裂、短路及中继放大器的损坏都会造成系统的损坏，影响通信安全;在条件恶劣的采掘工作面及掘进头等地，无法架设电缆。
2国外井下通信方式
与国内相比，国外发达国家矿井通信技术起步早、发展快，现场监控系统体系结构相对成熟，已经在安全、生产监控领域得到广泛应用。
2.1矿用小灵通
矿用小灵通是针对井下作业环境和安全作业要求研制的一种无线调度通信系统。能实现有线、无线使用者的调度功能，井下手机与手机，地面与井下手机，调度电话与井下手机，地面固定电话与井下手机间均能够实现双向通话，还能根据实际需要对无线及固定用户进行统一编号、混合组网。美国UT斯达康公司于1995年率先设计制造了矿用小灵通通信系统，能实现矿区移动通信网与公众移动通信网的汇接联网，实现了矿区移动用户、固定用户的统一调度和指挥。
2.2分布式天线
分布式天线系统(DAS:DistributedAntennaSys-tem)是一个由分布于某个建筑物内、专门用于提供无线室内覆盖的多个天线组成的网络。这种系统既可以是有源系统，也可以是无源系统。一个无源DAS系统是一个由同轴电缆、耦合器和功分器(用于将RF信号分配给建筑物内的各个天线)组成的网络。无源DAS系统使用的是漏泄同轴电缆，而不是离散天线。使用漏泄同轴电缆还是使用离散天线通常取决于建筑结构和安装条件。加拿大最先将分布式天线系统应用到井下移动通信服务，采用无线电调制/解调技术原理，工作频段设置在851－891MHz(基站发)和700－825MHz(基站收)，将天线布置在巷道中并以一定的间隔距离周期地排列，工作频率为800MHz左右，利于电磁波在巷道中的传播。此种通信方式适用于较长直巷道的矿井，对于拐弯巷道多的矿井，则存在着通信盲区等问题。
2.3透地通信方式
NicolaTesla在1899年就提出采用极低频(ELF)电磁波，通过大地作为介质进行通信的假想，这是透地通信的最早理论构想。2006年，美国研究人员提出了透地语音通信系统，构建了双路语音透地模型，提出了电磁干扰的容许性、限制的要求和透地深度范围。国外研发的井下无线通信与急救系统(PED)是目前最先进的透地通信系统，已应用于井下急救。
3结语
关键词：输气管道 输气管道 安全运行 管理
天然气管道的试运投产应在全线管道安装、 长输管道的试运投产应在全线管道安装、 检查合格，所有设备安装调试完毕，通讯、 检查合格，所有设备安装调试完毕，通讯、 测试系统安全可靠，联络畅通， 测试系统安全可靠，联络畅通，电力等能 源供应和油品产销有保证的基础上进行。
一、泵站和加热站的试运投产
1.站内管道试压
站内高、低压管道系统均站内管道试压：站内高、 要进行强度和严密性试压。 要进行强度和严密性试压。并应将管段试 压和站内整体试压分开， 压和站内整体试压分开，避免因阀门不严 影响管道试压稳定要求。 影响管道试压稳定要求。各类设备的单体试运： 泵机组 、 加热炉 、 各类设备的单体试运：泵机组、加热炉、 油罐、消防系统。 油罐、消防系统。各系统试运完成后，进行全站联合试运。
2.全线联合试运
输气干管的清扫输气管道在站间试压和预热前 ， 必须将管 输气管道在站间试压和预热前， 内杂物清扫干净， 内杂物清扫干净 ， 以免损坏站内设备和影响油品的输送。输气干管多采用输水通球 扫线和排出管内空气。 扫线和排出管内空气。输水通球过程中 ， 要注意观察发球泵站的 输水通球过程中， 压力和压力变化，记录管道的输水量，以判断球在管内的运行情况和运行位置。
3.介质分析
站间管道试压用常温水作介质，管道试压采用在 站间管道试压用常温水作介质， 一个或两个站间管段静止憋压的方法。严密试压分强度性试压和严密性试压2个阶段 个阶段性试压取管道允许的最大工作压力；强度性试压 取管道工作压力的1.25倍。要求管道最低点的压力不得超过管道出厂的试验压力。对于地形起伏大的 管道，站间试压前必须进行分段试压合格，确保处于高点位置管段的承压能力符合设计要求。
二、管道运行安全管理
主要工艺参数控制严格执行安全操作规程输气设备定期检修与维护做到管理规范和制度化。自然地貌的保护穿、跨越管段的保护防腐系统保护管道检测与安全评价，建立管道维护抢修应急反应系统制定切实可行的应急计划预案采用维护和抢修的新技术，在线带压焊接技术 注剂式带压密封技术、修复技术。
1.凝管事故的处理
高凝固点原油在管道输送过程中， 高凝固点原油在管道输送过程中，有时因 输气流速大幅度低于正常运行参数， 输气流速大幅度低于正常运行参数，油品性 质突然变化（如改变热处理或化学处理、输 质突然变化（如改变热处理或化学处理、 送工艺的交替过程） 反输交替过程， 送工艺的交替过程），正、反输交替过程， 停输时间过长等原因 都可能造成凝管事故。 停输时间过长等原因，都可能造成凝管事故。 凝管事故是管道最严重的恶性事故。管道出现凝管苗头 ，处于初凝阶段，可采取升温加压的方法顶挤。当管道开孔泄流后 ，管内输量仍继续下降，管道将进入凝结阶段。对这种情况，可采用在沿线干管上开孔，分段顶挤方法，排出管内凝油。分段顶挤时 ，在开孔处接加 压泵（有时用水泥车）或压风机处理。
2.输气管道事故的主要原因
2.1制管质量不良：据资料统计，某部门10年 制管质量不良：据资料统计，因螺旋焊缝质量差的爆管事故占爆管 中，因螺旋焊缝质量差的爆管事故占爆管 总数的82.5% 。 总数的管道内、外腐蚀引起天然气泄漏、爆炸： 管道内、外腐蚀引起天然气泄漏、爆炸： 引起的管道内腐蚀事故占很大比例， 由H2S引起的管道内腐蚀事故占很大比例， 引起的管道内腐蚀事故占很大比例 在低洼积水处，特别在水浸线附近，会产生快速的坑点腐蚀，腐蚀速度达每年8～10mm。
2.2违反安全操作规程是主要原因，某输气站管道投产时， 违反安全操作规程：某输气站管道投产时， 清管站内收发球筒的防松楔块未上紧，在气流冲击下逐渐松脱，高压气流使快速盲板飞出，造成人员伤亡。
3.输气管道投产安全措施
投产中，管道的天然气置换是最危险的阶段，由 投产中，管道的天然气置换是最危险的阶段， 于管道在施工中有可能遗留下石块、焊渣、 于管道在施工中有可能遗留下石块、焊渣、铁锈 等物，在气流冲击下与管壁相撞可能产生火花。此时管内充满了天然气与空气的混合物，若在爆炸极限范围内，就会爆炸起火。置换过程及清扫管道放空时，弥漫在放空口附近，容易着火爆炸。
4.通球清管的安全措施
通球操作开启阀门要缓慢平稳 ， 进气量要稳定 ， 通球操作开启阀门要缓慢平稳，待发球筒充压建立起压差后 ， 再开发球阀 。 球 速不要太快。 特别是通球与置换管内空气同时 速不要太快 。要控制排放天然气的流速在5m/s以内 ，避免污水喷至排污池外。
三、管道泄漏的检测与监测
管道泄漏的检测方法 管道泄漏的检测方法管线泄漏的监测系统检漏系统的评估指标
1.直接观察法
这种方法最简单的是请有经验的工人或 经过训练的动物巡查管线，通过看、 经过训练的动物巡查管线，通过看、嗅、听 或其它方式来判断是否发生泄漏。近年来， 或其它方式来判断是否发生泄漏。近年来， 美国OILTON公司开发出一种机载红外检漏 美国 公司开发出一种机载红外检漏 技术，它是由直升机携带一个高精度的红外 摄像机，沿管线飞行，通过分析管内输送介 质与周围土壤之间的细微温差来检查长输管线是否有泄漏发生。
2.检漏电缆法
它是通过专用的电缆来检查泄漏的方法， 它是通过专用的电缆来检查泄漏的方法， 一般用于检查输送液态烃类燃料的管线的泄 漏。通常，电缆与管线平行铺设，当泄漏的通常，电缆与管线平行铺设， 烃类物质渗入电缆之后，将会引起电缆特性 的变化，从而根据这些变化，从而根据这些变化，来检查出管线 的泄漏。
3.实时模型法
其工作原理是通过模型计算得出上、下游压力、 其工作原理是通过模型计算得出上、下游压力、 流量值，将其与实际测量值进行比较， 流量值，将其与实际测量值进行比较，从而判断 出泄漏的方法。 出泄漏的方法。这个计算模型是由一组几个方程 式所建立起来的一个精确的计算机管线的实时模 它与实际的测量段管线同步执行。定时由模 型计算出测量段管线中流体的压力、流量值；同时取管线上一组上、下游的压力、流量的实际测 量值。这样，通过两者比较，即可准确地确定出 管线泄漏的位置，还能准确定位。
关键词:商业建筑 电气火灾 电流 监控系统
0 前言
随着我国经济建设的发展和市场的繁荣，大型商业建筑无论是在数量上还是规模上都有了巨大发展。几万平方米，几十万平方米的商业建筑已到处可见，且使用功能日益多样化。大多集购物、餐饮、休闲、娱乐于一体。从消防角度看，商业建筑存在的安全隐患主要表现在以下几个方面：
a． 电气设备，特别是各种照明灯具数量多，用电量大，电气线路复杂由电气设备引发火灾的几率大。
b． 建筑物内可燃物品存量大，品种多。既有装修材料，营业厅内的各种商品，又有堆放在各经营商户小仓库内用于周转的物品，管理难度大。
c． 每层面积大。从几千m2到数万m2，且上、下各层用扶梯或共享大厅连通，防火分隔困难，易造成火灾蔓延．扑救难度大。
d． 营业厅内人员密集。流动性强。出入频繁。如福州某大型商场，在节假日一天内出入人次可达十五、六万之多，在发生火灾时，极易造成群死群伤的严重后果。
针对以上特点，对大型商业设施的火灾危险性必须要有足够的认识，并采取相应预防对策，从设计、施工安装到使用管理维护的各个环节把好关，避免和减少火灾的发生。本文就其中的电气火灾预防作一简单探讨。
1电气火灾的隐患分析
1．1 电气火灾隐患
电气火灾形成的根本原因在于用电过程中的热效应。热量的聚积导致温度的升高，绝缘材料的受损直至燃烧成为火源引燃周围可燃物质形成火灾。
商业建筑，特别是大型商业建筑，由于其自身特点，电气火灾隐患表现在许多方面，归纳起来，大体有以下几个方面：
a． 建筑物内配电系统分支回路多，错综复杂，导线连接不牢固。对其保护措施缺失，容易造成导线连接处接触电阻过大而出现电火花，继而形成短路点。
b． 商业建筑内商户或摊位(柜台)租赁更换频每次更换带来的重新装修对原设计的配电线路改动较大。用电负荷往往超出原设计回路导线的允许载流量。用户在经营过程中，有时还接入一些大功率临时用电设备，使电气线路在较长时间内处于过荷状态，导线绝缘的热老化，成为电气火灾形成的潜在原因。
c． 不平衡电流使中性线的绝缘受损。商业建筑中对各经营商户大多采用单相供电，各支路用电负荷相差较大，往往很难做到三相负荷基本平衡。在中性线上产生较大不平衡电流，尤其在中性线截面小于相线截面时（有些工程中性线截面按相线截面的1／2选取)，在中性线导体上的最大电流已超过该导体允许载流量的情况下，中性线过热加速其绝缘老化，以致酿成火。
d． 谐波电流带来的隐患。为贯彻国家节能政策，各商场内照明灯具普遍采用高效节能灯具。该类灯具所配电子镇流器属非线性负荷，其3次谐波含有率，高品质(L型)的达20％ ～30％。各租赁商户在进行二次装修时，出于节约投资的考虑，多数采用了普通品质的电子镇流器(3次谐波含有率达80％ ～90％)，造成中性线上3次谐波含有率的增高。谐波电流在中性线上的存在，使中性线产生过电流发热，甚至烧断，成为起火点，这种现象在一些商场和网吧里已多次发生过。
1．2 谐波电流
笔者曾参与对福州一些商场照明供电回路的谐波电流实测，结果如表l所示。
表l福州部分商业建筑电气线路中3次谐波含量实测值
国标GB／T 14549―93《电能质量公用电网谐波》中规定：公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量(方均根值)，对于0．38 kV电压级，3次谐波电流允许值不应超过62 A。服饰广场两个公共连接点中有一个超过此限制。对照明设备，国标GB 17625．1―2003／IEC 61000-3-2：2001《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤ 16A)》中给出的3次谐波电流最大限值为30λ％(λ为回路功率因数)。取λ=0．9。则谐波电流的限值为27％ 。
商贸城7个被测的层照明箱中有2个N线上的3次谐波电流值已超过相线电流，最高达1．66倍，占被测数的29％。据查，该工程照明回路的N线截面为相线的l／2，N线中谐波电流与不平衡电流叠加，数值远远超过其允许载流量。商业建筑中，除了照明中的非线性负荷外。变频凋速水泵、风机、电梯的控制设备及经营者使用的计算机都属于非线性负荷，谐波带来的影响同样是不可忽视的。
1．3 泄漏电流
配电系统泄漏电流可引发电气线路的接地故障据火灾资料统计，电气线路接地故障引发的火灾次数已占到电气致灾因素的52％ ，单相接地短路故障所形成的电火花、电弧更是许多电气火灾的直接原因。
因此，监视配电系统的泄漏电流变化，实际上是监视回路导线的整体绝缘状况变化．可以发现电气火灾的前兆。正常情况下，在220／380V配电系统中，由于分布电容的存在，无论是电气设备，还是配电线路都有泄漏电流存在，其数量级较小，不会形成电弧。当由于环境或使用条件发生变化，如温度、湿度、电压、电流、频率、绝缘材料老化程度的变化使自然泄漏电流发生变化，在某一局部绝缘损坏处，如泄漏电流的数值大到一定数量级(国际电工委员会标准：剩余电流式电气火灾监控动作报警值为500 mA)，就有引发电气火灾的可能。
商场内220／380V配电系统，由于经营用电负荷变化大，装修监管不严，引起电气线路布线混乱，导线连接不可靠，穿管保护漏缺，导线绝缘层局部遭到损伤，导体，这些问题的存在，使导线在绝缘损坏处与大地问构成导电通路，泄漏电流增大、导线发热和产生电弧，成为较为普遍的问题。表2列出了2008年2月对商贸城照明配电箱内泄漏电流的实测数据。
表2 商贸城部分照明配电箱泄漏电流实测值
从表2可以看出：被测的46个应急照明箱中，有l2个泄漏电流在300mA及以上，占被测数的26．1％ ，≥500 mA的有2个，占4．3％。正常照明箱中被测46个，泄漏电流在300 mA及以上的有l6个，占被测数的34．8％，泄漏电流在500 mA及以上者有9个，占19．6％ ，最高值达1 800 mA。这表明，商场内部分电气线路绝缘性能已经变得很差，在一些局部点泄漏电流较大。对敷设在吊顶内的电气线路进行检查时，发现线路连接处多处出现电火花。据了解，国内其它大型商场也存在类似情况。如北京一家商场．所测4个照明配电柜中的20个回路，有12个回路泄漏电流在500 mA以上，占60％。
2 商场内电气火灾的预防对策
商场内电气火灾的预防，必须针对火灾发生的原因，采取对应措施，即预防电气线路和用电设备发生接地故障，限制导线过负荷运行，保持导线绝缘的良好性，装设合适的保护设备。
2．1 设计阶段应注意的问题
在工程设计阶段，电气专业人员应充分了解商业建筑的用电分布情况，根据国家规范要求，做好电气防火设计，特别要注意以下几个方面：
a． 线缆截面的选择。商户用电负荷在按照国家标准或设计手册上所给数据的基础上，要留有余地，应考虑到负荷变化的一些不确定因素，用以确定线缆的截面，并应和上、下级保护相配合。
b． 线缆的防火设计。GB 50217―2007《电力工程电缆设计规范》第7．0．1条，对电缆的防火与阻止延燃措施提出了明确要求，规定“对电缆可能着火蔓延导致严重事故的回路、易受外部影响波及火灾的电缆密集场所，应设置适当的阻火分隔，并应按工程重要性、火灾几率及其特点和经济合理等因素，采取下列安全措施：
1）实施阻燃防护或阻止延燃；
2）选用具有阻燃性的电缆；
3）实施耐火防护或选用具有耐火性的电缆；
4）实施防火构造；
5) 增设自动报警与专用消防装置。
JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》第8章“配电线路布线系统” 则针对各种布线方式的防火设计作了具体规定。GB 50054―95《低压配电设计规范》等其它现行标准中都有相似的条文，设计人员应在设计图中充分地体现出来。
c． 谐波的治理。在商场的层配电箱处安装3次谐波电流抑制设备，灯具采用高品质的电子镇流器或高效节能电感镇流器，都会取得既节能又可减少高次谐波电流的效果。在变配电所低压侧电容补偿柜内加装相应的电抗器。
d． 大型商业建筑中，宜设置电气火灾监控系统“预防为主．防消结合” 一直是消防工作的基本原则。在人员密集、火灾危险性大的商业建筑内部设置电气火灾监控系统，能及早发现电气火灾隐患，使维护管理人员能很快查找，并予以消除，对降低电气火灾发生率，是非常有效的。日本从1989年开始强制安装RCD装置．起到了良好效果，其电气火灾发生率是世界上较低的。我国近几年对此也开始给予了重视，GB 50045-95《高层民用建筑设计防火规范》 (2005年版)、GB 50016-2006《建筑设计防火规范》、《民用建筑电气设计规范》等现行技术规范中对其应用也作出了相应要求。
根据商业建筑中电气火灾多发生在负荷侧配电线路中的特点，笔者认为，RCD装置宜安装在楼层配电箱进线处。为避免因RCD报警自动切断电路造成人员秩序混乱，宜采用报警作用于发出声光报警信号，或报警信号加延时(例如30～60 min)，在延时阶段，维护人员手工断电，并对该回路的故障进行处理。变配电所低压柜出线回路处安装剩余电流探测器的必要性不大，如需可设温度探测。目前已建成的许多变配电所各出线回路外引段，敷设在电缆沟或电缆桥架内，无间距集中敷设，散热条件差，引起电缆发热严重。如再遇上本文所述情况，就有引发火灾的可能有些单位为避免由此引发的火灾。在此处采用专用通风机降温或采取压负荷措施，笔者认为鉴于目前部分施工安装不规范的客观现状，在变配电所馈线处设置温度探测器(热敏电阻)，在早期发现温度异常，并采取相应措施消除火灾隐患是需要的。为便于运行和管理，大型商业建筑中电气火灾监控系统应单独自成系统，采用总线制传输，监控主机设主、从机，分别安装于消防控制中心和变配电所值班室。
2．2 规范施工安装工艺
严格执行GB 50303―2002《建筑电气丁程施工质量验收规范》标准：使用符合国家标准的导线，杜绝三无产品；保持导线的安全距离；商场内严禁导线明敷；在有可燃物的场所，应穿钢管保护；在没有可燃物的场所，可采用穿阻燃硬塑料管保护；导线接头要连接可靠；不允许有导体现象；安装过程中，不要伤及导线的绝缘层。
2．3 加强用电管理和配电线路的维护检查
用电设备容量增加应及时更换导线，使负荷电流控制在导线的允许载流量之内。调整回路，注意使各相负荷基本平衡，在照明配电箱的进线处，负荷不平衡度应保持在25％ 以内。N线截面应和相线截面一致。
2．4 建筑内部装修问题
【关键字】交联聚乙烯电力电缆；超低频介电性能；介质损耗角正切
1、前言
介质损耗角正切（tgδ）是绝缘材料绝缘特性的重要指标之一。在工程中所有的绝缘材料在外电场的作用下，由于绝缘介质导电（材料的导电能力）和介质极化（介质在电场作用下，构成电介质的分子或原子的电荷将产生相对的位移，这种位移造成正负电荷中心不再重合，这种现象称为介质极化）的滞后效应，并在其内部产生能量的损耗。这种能量的损耗在检测中是以介质损耗角正切来表征。对绝缘介质损耗角正切值大小的要求，往往与其使用条件和使用场合而有所不同，通常对高频绝缘（通信电缆用聚乙烯）或高压电缆绝缘（交联聚乙烯），往往要求其具有极小的介质损耗角正切。因为绝缘介质损耗会引起介质内部发热损耗，而这种损耗引起的功率损耗与使用的频率和电压成正比。因此，电缆绝缘的介质损耗的大小，直接关系到电缆输电容量以及电缆长期的使用寿命，所以准确如实地测量交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆的介质损耗角正切是值得探讨的问题。
2、测定超低频下介质损耗角正切的优点
测定超低频下介质损耗角正切有如下优点：
2.1电源装置可小型化
电力电缆的介质损耗角正切通常是在工频下测量的，若被测电缆较长时，就需要大容量电源装置，这对现场测试而言是十分困难的。然而采用0.1赫的超低频测试，则电源装置可小容量化，从而可减轻重量。
2.2可消除感应危害
用工频测定电缆的介质损耗角正切时，被测电缆要从带电电线方面感应电压，从而产生测量误差。而用超低频测量时，测量频率和感应电压的频率差别很大，在输出处采用滤波器就可除去感应电压，这样就只测量频率下的值而排除了感应危害。
2.3易于进行老化检测
可把水树枝看作为交联聚乙烯电缆老化的首要因素，当发生水树枝时，测得的介质损耗角正切和直流泄露电流有增大的趋势。在超低频下测试介质损耗角正切时，由于测量频率相对工频而言是极低的，这就反映出电缆的直流特性，从而可能易于检测出水树枝。
3、测试方法
超低频介电性能可用电桥法或吸收电流法进行测定。之前研制的低频电桥，虽可以用于试样的测试，但仅能用于低电压下的测定，笔者考虑了高压下也能测定，所以采用西林电桥来确定。
3.1电路组成
通过对测量电路的分析，可以看到虽然此电路的构成与西林电桥的电路相同，但与一般工频测试有如下三点差别：
1）测量电路采用的是新式电源装置；
2）在0.1赫时，为了在平衡点检测灵敏，必须增大桥路电阻值约50倍，达15千欧，这样最小能测tgδ为0.01%。再者，在理论上不改变桥路电阻值，还可增大电容值，以提高检测灵敏度。
3）最后一点区别在于测试电路中的检测器上，通过对检测器结构的分析可知：用直流电压表检测不平衡电压，观察记录仪的记录可实现平衡的调节。
3.2测定方法
与西林电桥的测试方法相同，调节桥路电阻值和电容值使电路达平衡后，介质损耗角正切tgδ和电容值可按照固定的公式进行计算。
4、试样制备
准备如下四组试样以备试验使用：
A、22千伏未老化的交联聚乙烯绝缘电缆，长度为50米，数量为1根；
B、6.6千伏CV从运行的电缆上截取的电缆，长度为5米，数量为1根；
C、15千伏未老化的乙丙胶皮绝缘电缆，长度为10米，数量为1根；
D、6.6千伏CV从运行状态下截取的电缆，长度约为10米，数量为30根。
5、实验结果和讨论
5.1低压频和工频下的介质损耗角正切的比较
上述试样中A、B、C的工频为50赫，分别在0.2、0.1、0.05赫对以上三组试样进行超低频下的损耗角正切值测量可知：对于新的交联聚乙烯电缆而言，不论频率大小如何，其tgδ大致不变，对于经运行后取下的交联聚乙烯电缆和新的乙丙胶皮电缆，随频率的下降而tgδ趋向增大。且经运行后取下的交联聚乙烯电缆的tgδ与新电缆的也不相同。工频下tgδ较大，则在超低频下一般也趋向较大，若能找出这与绝缘性能的关系，那就可进行有效的绝缘测试，而新的乙丙胶皮电缆的tgδ较大是由于填充剂的影响。
5.2经运行后取下的交联聚乙烯电缆的超低频介电性能
对运行过电缆（试样D）作了tgδ和直流泄漏电流测试，下面进行对比分析：
1）通过对0.1和50赫下的介质损耗角正切与电容的比较可以知：0.1赫下的tgδ除二、三个值以外，大致上为50赫下的1.5倍，在同一电缆和同一频率下，0.1赫和50赫下的静电容比为1.007-0.997。
2）通过对tgδ和直流泄露电流之间关系图的分析，可以得到超低频介质损耗角正切与直流泄露电流以及极化比的关系，当泄漏电流增大，则0.1赫下的tgδ值亦增大，而50赫下的tgδ变化不明显，由此可见0.1赫下的tgδ反映了电缆绝缘层的直流特性，而直流泄漏电流是在加16千伏后10分钟测得值。而通过对0.1和50赫下的tgδ与极化比关系图的分析可知，二者之间没有什么相关性，此处所述极化比是指加电压16千伏后经1分钟和10分钟时的电流值之比。
3）除去感应危害的分析，如前所述，当测量频率和工频相差悬殊时，可去除工频感应。为了对此进行模拟试验，把工频电压加于电缆屏蔽层，而后测试超低频下的tgδ值，通过对感应电压的干扰图分析可知：当有和没有感应电压时，在工频下测试得的tgδ的差别较大，而在超低频下测试的话，两者相同。因此在电缆敷设现场测试时，若采用超低频测试，则不会发生感应危害问题。
6、结语
对交联聚乙烯电缆超低频介质损耗角正切的测试及其试验结果的分析可得到：