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关键词:高层 ; 筑设;优缺点; 方案
Abstract: along with the development of social progress, tall building construction scale greatly increased, the function by a single function into a multi-function combination, lead to change within the building distribution system from system in the size, or structural complexity, compared with the past are changed, this paper mainly discussed the ultra-high buildings points is the establishment of transformer substation.
Keywords: top; Set up; Advantages and disadvantages; scheme
中图分类号:TU97文献标识码:A 文章编号:
目前超高层配电系统一般设计为单一变电站或是主+分变电站结合的10KV(或35kV)变配电系统。对于超过200米高的超高层建筑而言,其输电线路长度也超过了200米,受380V低压供电半径的限制,当输电线路在200米~260米之间的时候,设计上是否采用分变电站存在争议。下面以一案例分析分变电站设立的优缺点。
某写字楼项目地下4层、地上50层。建筑高度220米,总建筑面积10万平方米。地下4层为车库及设备用房。地上1~4层主要功能为商务中心;5~48层为开敞式办公楼层,49、50层为高档会所,地上建筑面积 8万平方米,设计配电容量为9600KVA。
一、 变电站设置原则:
该项目设计采用35KV变电站,执行《35~110KV 变电所设计规范》(GB50059 92)规范要求,遵循变电站设置原则:靠近负荷中心,有利于提高供电电压质量、减少输电线路投资和电能损耗,节约用地、尽量少占用经济效益高的区域,交通运输方便,有利于设备的运输及对变电站的管理,考虑变电站与周围环境、临近设施的影响,尽量将变电站及35kV线路造成的电磁感应、无线电干扰、噪音等对通信设施和楼内工作人员形成的影响降至最低。
二、设计方案:
由于该建筑总高度220米,输电线路长度位于200~300米之间,对于是否设立分变电站产生争议,因此委托咨询公司设计了两套方案供投资方选择,具体介绍如下:
1、方案一:将该写字楼项目供配电系统设计为主、副两座变电站,其中主变电站设于地下一层(供电范围为30层及以下各层),副变电站设于地上四十层(供电范围为31层及以上各层),分区域供电,能够保证供电的质量及可靠性,同时达到节能与经济的目的。
具体设计如下:在地下一层设置一座35kV高压配电所,由高压配电所馈出6路35kV送电线路,其中4路送往本高压配电所临近的35kV主变电站,将35kV电压直降至220/380V配电电压,为该项目地下各层及地上低区各层提供低压电源,变压器装机容量为 4x1600kVA;另2路送往该项目高区40层的35kV副变电站,将35kV电压直降至220/380V配电电压,主要服务于31~50层,为本项目高区提供低压电源,变压器装机容量为2x1600kVA=9600kVA。总容量为9600KVA。
2、方案二:
将高压配电及变压器设置在地下一层,其它区域不再设置变电站。但在高区40层位置设置低压配电室,向高层区域提供低压电源。
详细方案为:在地下一层设置一座35kV高压配电所,由高压配电所馈出6路35kV送电线路送往本高压配电所临近的35kV变电站,将35kV电压直降至220/380V低压配电电压,为本项目提供低压电源,在地下一层的高压配电室设置了6台1600kVA变压器,其中4台变压器供电范围为地下各层及地上30层及以下各层。另2台变压器直供设在高区40层的低压配电室,供电范围为31层及以上各层,进线电源使用密闭式低压母线槽进行供电,高区(第31层及以上各层)的所有用电设备都由位于40层的低压配电室提供电源。
三、对比分析:
1、方案一是目前比较通用的设计方案,其特点是能够很好地解决电源的供电半径问题,所有用电设备的供电半径都在200m范围以内,电压压降无需采取措施均能满足规范要求。采用35KV高压电缆直接将电力输送到40层变电分配,节省电缆费用,供电损失也较小,对比380V低压送电每年大约节约电费15-20万元。
方案一的缺陷在于:①35kV变电站自身产生较大的电磁辐射及较强的电场,对周边临近区域(如上下几层)产生干扰,采用屏蔽措施只能降低部分电磁辐射与干扰,不能完全杜绝。②变压器、高压环网柜等较大型设备设置在高区40层,一旦变压器或高压环网柜等较大设备出现故障需要更换维护,其运输通道需要消防电梯竖井来运输,将变压器、高压环网柜从底层运送到高区变电站的吊运较为困难。而楼外吊装运输方式受周边限制,不适用。
2、方案二能够解决方案一中存在的问题,高区不设置变电站,不需要向高区运输变压器、高压环网柜,电源是采用低压向高区送电,不需要向高区敷设高压电缆;低压电源对周围环境不会产生影响到人员及办公设备正常工作的电磁辐射及电场干扰。
方案二的缺点在于①向高区配电室输送电能可采用密集封闭母线或并联电缆,由于距离较远(超过200米),产生的压降很大(以2000A的密集母线,送电距离为200米来考虑,压降约为28V,比例为6.9%),需要采取一定措施才能确保电源质量。②无论是采用密集封闭母线还是采用并联电缆,都需要投入大量的资金。③系统运转过程中电能损耗较大。
四、 结论:
通过上述方案对比分析可以看出,如果单纯从表面经济角度考虑,设立分变电站的方案无疑是最佳选择,而且目前绝大多数的设计方案也都是这样设计的。但是,考虑到高区变电站变压器等设备的检修、维护及运输通道等因素,以及电压等级较高,造成电磁辐射及磁场干扰较强,对上下几层周边办公区域人员的工作环境及办公设备造成干扰,虽然增加一定投入,采用增加屏蔽等措施能够减弱电磁辐射及磁场干扰(这也是目前普遍采用的方法),但仍直接影响写字楼的租售率,其损失无法准确量化。
因此结论如下:
在广播电视的音频工作中,噪声问题是一个普遍存在而又很难判断的问题。组成音频系统的设备越多,环节越复杂,信号的传输距离越长,系统出现噪声的可能性越大。现在,就对音频系统中噪声产生的原因和解决方案作以介绍。
一、噪声产生的原因
(一)接地不当
在音频系统中,必须要求整个系统有良好的接地。接地电阻要小于4欧姆。否则。系统中的设备由于各种辐射和电磁感应产生的感应电荷将不能够流人大地,从而形成噪声电压叠加到音频信号中。
在不同设备的电线之间由于接地电阻的不同而存在地电位差,或在系统内部接地存在回路时,引起接地噪声。两个不同的音频系统互相连接时,也有可能因两个系统的地线直接相连产生噪声。
(二)电磁辐射干扰产生的噪声
环境的杂散电磁波辐射干扰,如手机、对讲机等通信设备的高频电磁波辐射干扰,电梯、空调等电脉冲干扰,演播室灯光控制用可控硅整流控制设备的辐射,都会通过传输线直接混入传输信号中形成噪声。我台1号演播室就是因为有大量的可控硅调光设备。导致扩声中总是有噪声存在。
(三)设备内部的电路噪声
一台设备单独工作时。内部电子元件产生的电噪声,可以达到要求的标准,但多台设备级联后,噪声就会累积增加,在系统中形成严重的噪声。
(四)电源干扰产生的噪声
城市电网由于各种照明设备、动力设备、控制设备共同接入,形成了一个严重的干扰源。如接在同一电网中的灯光调控设备、空调、电机等会在电源线路上产生尖峰脉冲、浪涌电流、不同频率的纹波电压。通过电源线窜入设备的供电电源。总会有一部分干扰噪声电压无法通过音频设备的电源电路有效的滤除,必然会在设备内部形成噪声。
二、解决噪声的方案
(一)良好的接地处理
为使带屏蔽层的电缆能够屏蔽外界的杂散电磁干扰,必须要使屏蔽层有正确的连接和良好的接地。设备悬浮,是在没有专门的地线条件下的一种措施,这是一种不稳定的工作状态。往往会产生随机噪声。因此,要有专门的地线。在室外场所可以临时性埋地线,最简单的办法就是用钢管或铝合金管插入地下。
一般的系统都是有多台设备通过电缆连接起来的链路系统,很容易由其屏蔽系统组成链式接地方式。当某台设备上产生电磁辐射或静电感应噪声时.会由于传输线的屏蔽层和铁质设备外壳组成的接地系统使得整个系统产生感应电压,进而使系统产生一定的噪声电平。所以,系统要尽量避免使用链式接地方式,而使用星形接地方式。这就要求连接所有设备的音频电缆的屏蔽层要一端接地(接屏蔽层),而各设备的地线通过专门的导线连接到一个接地点。
为保证系统不出现地环路结构.要求各设备间只能有一条接地导线互连。在要求不严谨的场合,可以让不平衡的设备悬浮,通过音频信号线公用下一级设备的地线,也就是采用链形接地。这种链形接地的级数不能太多,一般不超过两级,否则将使噪声严重增加。
(二)系统的隔离
在一些大型的音频系统中。往往由很多个子系统组成。这些系统大都是远距离的连接,而且都有独立的接地系统。2个系统一旦接地相连,必然形成接地噪声。另一方面,由于传输距离较长,传输线屏蔽层的接地电阻增加,就容易引入大量外界电磁场辐射干扰噪声。
在实践中,如果每个系统单独工作,噪声可通过合理的连线和接地控制在允许的电平内。但当2个子系统互连时,即使用了单端屏蔽接地、长线分段接地处理,也没有办法解决长距离传输造成的辐射干扰噪声。这时最好的方法就是加装音频隔离变压器.在2个系统之间加装音频隔离变压器使之互相隔离,2个系统的地线不得相连。
现在很多系统之间都是用光纤连接,效果最好。光纤进行长距离的音频传输不会因电缆的集肤效应而引入可控硅调光设备以及其他杂散电磁波对音频系统造成的干扰,而且能够对各传输端的音频系统形成电隔离,从而避免了各个音频系统间的干扰。
(三)系统的正确连接
音频系统中用到的设备很多。设备有不同的接口形式,有平衡和不平衡的输入和输出形式。为有效屏蔽外界的电磁辐射和干扰,必须统一使用屏蔽电缆并采用正确的连接方法。
当音频信号传输采用平衡式时。外部干扰电源对电缆内的2根信号线产生的共模干扰电平对地环路几乎相等.在设备内部放大器的输人端,2根信号线上的共模电压将换成差模电压而相互抵消,形成不了干扰电压。所以,应尽可能的采用平衡的连接方法。
在与不平衡的输出设备连接时。直接用单芯屏蔽电缆,将平衡设备的端口和不平衡设备的端口连接,而不采用平衡――不平衡转换器。屏蔽层感应的噪声混入到音频信号中,从而增加噪声,这是引入噪声的一个主要途径。所以,无论是平衡还是不平衡的传输,都应采用双芯屏蔽电缆,并且屏蔽层只在平衡输出或输入的一端接地。
当两端都是不平衡的设备时,如果传输距离较远,最好使用平衡、不平衡转换器或音频隔离变压器转换为平衡式传输。
四、电源的净化
为了隔离公共电网形成的干扰噪声。最好采用隔离净化电源或隔离变压器。隔离变压器或净化电源的接地端一定要有良好的接地,否则隔离的效果不好。要和一些干扰强的大功率电器隔离。单独供电。也可以在音频设备电源的输入端加装滤波器将干扰噪声滤除。
随着各种无线电新技术、新业务广泛应用于经济社会各个领域,电磁环境日益复杂,无线电干扰事件时有发生,甚至出现了一些影响范围广、危害严重的突发无线电干扰事件,对无线电信息安全、经济社会秩序与人们的日常生活造成威胁。2008年北京奥运会将是一次科技含量极高的体育盛会,届时承担奥运比赛项目的城市的电磁环境将异常复杂。
保障无线电通信以及广播电视信号的畅通,保障无线电信息安全,无线电监测和干扰排查的快速反应和定位能力是确保举办一届出色的、完美的奥运会的重要内容。
由于R&SFSH在2.5公斤(含电池)的重量下实现了便携式频谱仪在此前无法达到的优良的射频性能,它在2004年被指定成为国际空间站(ISS)项目专用便携式频谱仪,在国际空间站上圆满完成了相关测试任务;在2000年悉尼奥运会开始,FSH在通信保障和干扰定位方面大显身手。
R&SFSH虽然被称为手持式频谱仪,但它在不同的配置下,除了能进行基本的频谱分析外,还可以完成发射机与天馈线测试、无线电干扰查处、电磁场强监测以及电磁兼容(EMC)诊断等测试。R&SFSH优良的射频性能完全可以满足大多数通用频谱分析的需要。R&SFSH机身轻便,显示清晰,即使在强烈日光下屏幕显示仍然十分醒目。其长达4小时的电池工作时间解决了现场测量的后顾之忧。
基于手持式频谱仪FSH,以及手持式天线,所构成的单人便携式测试设备可以快速可靠的完成通信保障和干扰定位的许多任务。
干扰定位及排查方案
FSH与定向天线组HE200配合使用,可以组成便携且性能优良的无线电干扰的定位排查解决方案。
R&SHE200由三个便携式高增益定向天线覆盖从20MHz到3000MHz的频段,其内置的低噪声宽带放大器可以进一步提高接收灵敏度。
R&SFSH与R&SHE200配合使用可以极大地提高无线电信号定位的效率,该方案已在全国无线电委员会的无线电信号定位工作中成功应用。
天线系统的维护和保障
发射机与天馈线测试是无线网络维护工作的最主要内容之一。R&SFSH针对这类测试提供了足够功能和选配件,丰富了测试内容并提高了测试效率。
功率/驻波比测量:
FSH可以通过连接不同的功率探头,而成为一个高精度功率计。基站测试中常使用通过式功率探头。把它连在射频通路中,不会影响发射机正常工作,可测量发射信号的平均功率、峰值包络功率、反射功率、驻波比和回波损耗。
3G测量:FSH可以根据规范测量3G基站(如WCDMA基站)的码域功率。3G测试该选件可以测量信道总功率以及其中几个最重要的信道功率和EVM(误差矢量幅度),同时还可以显示载波频率误差。FSH支持自动参考电平调整,可以很方便地设置最优参考电平。当基站具有两个天线时(发射分集),您可以选择FSH和其中的任意一个天线同步。
双端口传输测量:为了确定被测电缆(或滤波器/衰减器)的频响特性,可以把被测电缆的两端分别接到R&SFSH的射频输入和跟踪源输出进行双端口传输测量。
单端口电缆损耗测量:当被测电缆很长(如一端连接在发射塔的天线上),往往不方便将电缆的两端分别接到R&SFSH进行双端口传输测量时,这时可以用单端口电缆损耗测量方法获得被测电缆的损耗参数。
测试方法一般是:将被测电缆的一端连接在驻波比桥的测量端口,另一端短路或开路即可。如果被测电缆的另一端是连接在天线上,可以将扫描频率设置到偏离天线工作频段的某频点上,此时,与天线相连的电缆端口可被看作是开路。
电缆故障点DTF测量:当基站馈线发生故障时,FSH的故障点定位功能可以准确定位电缆断点和故障点的位置。这种方法是基于频域反射原理,即用傅利叶变换将频域转换为时域,根据电缆类型(电波在不同介质中的传播速度),由跟踪源信号到达故障点并反射回来的时间计算出故障点的位置。
SMITH圆图的显示:R&SFSH是世界上首台能显示SMITH圆图的手持式频谱仪。SMITH圆图可以为天馈线测试提供了更为直观和有效的手段。
便携式电磁场强监测系统
在奥运期间,除了要保障通信和广播电视的正常,另外一个重要的方面是电磁辐射污染问题、公共安全问题。
当今信息传播的主要方式之一便是无线电电磁波,在赛场周围,存在大量的广播电视设备、微波设备、卫星通信设备,以及各种移动通信发射基站。这些无线电发射设备在传播有用信息的同时,也增加了环境中的电磁辐射水平,对人民群众存在一定的电磁辐射污染,对于其他电子设备也是一种辐射骚扰源。
1998年国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)了《0-300GHz电磁场安全限值导则》,这一导则目前已被世界上大多数国家采纳为电磁照射的安全标准。世界卫生组织(WHO)支持采用ICNIRP导则规定的安全限值,并积极着手电磁照射标准的协调工作,希望全球采用统一的限值和测量方法。
在欧洲,先后出台了EN50361、EN50383等针对无线通信终端和基站的辐射基础测试标准和EN50360、EN50384、EN50385等相应的产品标准。这些标准均采用ICNIRP导则作为限值要求,同时针对特定产品给出了具体的测试方法。
关键词:电力推进船;变频电缆;敷设工艺
中图分类号:U 671.8 文献标识码:A
Abstract: By studying the variable-frequency cable laying process, this paper proposes a variable-frequency cable laying process for compact compartments of electrically propelled ship.
Key words: Electrically propelled ship; Variable-frequency cable; Cable laying process
1 前言
当今,电力推进技术得到了迅猛发展,电力推进系统在半潜船、钻井平台和大型游轮等船舶上得到广泛应用。电力推进系统由发电机组发出电能,通过变频装置控制推进电机,推进电机通过轴系带动螺旋桨,从而实现船舶推进。
为降低与其他设备和电缆间的电磁干扰,应对变频电缆敷设进行规划,达到相关工艺技术要求。本文对采用电力推进的某海洋石油工程船建造过程中变频电缆敷设进行研究探讨,提出一种紧凑舱室内的变频电缆敷设工艺,并对施工难点提出了解决方案。
2 电力推进系统简介
本船电力推进系统主要由以下部分组成:发电机组、主配电板、推进变压器、变频器、推进电机、螺旋桨等。电力推进系统的各单元的组成,如图1所示。
推进电机至变频器之间的电力电缆选用变频电缆,敷设前规划好电缆路径,变频电缆与常规电缆分开敷设,达到降低电缆间的电磁干扰的目的。
3 变频电缆选择
变频器运行过程中会产生基波和高次谐波,基波和高次谐波通过电缆进行传输,会对附近系统、设备及电缆产生电磁干扰,形成电磁波环境污染,因此选用的电缆能应对其进行尽可能的屏蔽,降低对外干扰。从变频器到电机之间的电力电缆应选用带屏蔽结构的电缆并且尽量降低敷设长度,这样可降低电磁辐射和漏电流;变频电缆具备良好的抗干扰和低辐射性能,能有效屏蔽自身传输电流基波和高次谐波对外部设备的影响,同时能抑制外部电磁辐射对自身的干扰。在安装工艺上,变频器的进线和出线按照厂家提出的安装要求进行,选用电磁兼容密封,进一步降低电磁干扰。
根据以上原则,对变频器的专用连接电缆作以下选型:外包绝缘材料方面,可采用硬质乙丙橡胶和交联聚乙烯,能承受较高电压等级的电力负载;导体结构方面,变频电缆的导体一般采用符合IEC60228[1]要求的5类软铜丝绞合导体,可较好地满足变频电缆的敷设空间较小、弯曲半径小的特性;芯线结构方面,变频电缆主要有3芯、3+E芯和3+3E芯三种结构,在理想的三相电力系统中,3+3E芯型为对称结构,可使三个绝缘接地线芯的相位一次滞后120°,形成一个对称平衡的状态,有效降低线芯间高次谐波对变频电缆的影响;屏蔽材料方面,复合型的金属屏蔽可有效屏蔽电磁波,避免电离现象对电力系统的影响。
本船的推进用电源电压为AC690 V,故变频电缆须采用1.8/3 kV等级,结合上述要求,本船变频电缆型号选用1.8/3 kV TFOI-EMC,规格为3×120+3×25 mm2如图2所示。
4 变频电缆敷设工艺
推进电机的变频电缆和电机变频器内部均存在分布式寄生电容,因为变频器PWM输出电压波形为非线性的,可以分解为基波和高次谐波,通过变频器内部及变频电缆的寄生电容产生基频和高频的电磁波,对其附近的设备和电缆产生电磁干扰。
考虑以上因素,变频电缆的敷设工艺应注意以下几点:
(1)与变频器连接的变频电缆,应单独敷设在专门的电缆托架上,专用托架与其它电缆托架分开,并保持至少200 mm的间距;变频电缆应与其他低压电缆尽可能远距离分开敷设,如果和控制电缆相交,交角要成90°直角(见图3);变频电缆敷设时需注意电缆的保护层、屏蔽层的保护,不能出现破损表面;
(2)连接变频器与推进电机的电缆,如果是多根并联的方式,电缆拉敷和接线后,并联电缆的长度应相同,保证阻抗一致;
(3)变压器与变频器、变频器与电机之间的变频电缆铠装层/屏蔽层和接地线要求可靠接地(360°环形可靠接地),铠装层(屏蔽层)接地点是离开电缆连接处最近的接地铜排,电缆的两端铠装层/屏蔽层和接地线都要求可靠接地;
(4)禁止将过长的电缆盘成圈状放在变频机柜内,圈在一起将引起电缆发热和增加电磁辐射干扰;
(5)变频器、推进马达变频电缆的接地,应严格按照ROXTEC EMC模块安装指导进行。本船采用的变频电力电缆必须采取可靠接地措施,在电缆两端点做好内、外两层屏蔽的接地处理,所有电缆屏蔽层都要可靠接到PE点上,为避免变频器通过电缆对外干扰,接地电阻应不大于10 mΩ;
(6)推进变压器及推进变频器底部穿甲板电缆密封,采用DGM-NG型密封装置,在设备底部利用设备自带的模块式密封装置密封好后,再对设备底部甲板进行密封。
5 应用情况
某采用电力推进的海洋石油工程船,主电源采用AC6600V、50 Hz柴油发电机组,主推进变压器(6 600 V/690 V)、推进电机(交流690 V)布置在尾部,主机和烟囱位于首部,分前后主机舱,采用多股屏蔽电缆对推进电机进行供电,每台变频器到电机有20余根3×120 mm2的电缆;另一方面,该种船型的船体结构较为复杂,冗余设备多,舱室电缆通道的综合布置难度较大,对变频电缆敷设要求较高。
本船在变频电缆敷设规划时,根据工艺要求,主要考虑以下几个方面:电缆的分类敷设要求、电缆弯曲半径、电缆之间隔离、电缆的梁上开孔要满足规范要求。具体措施如下:
(1)变频电缆敷设长度尽可能一致。主变频器到电机的电缆长度至少10 m以上,同时满足电缆的弯曲半径为10倍电缆外径;变压器分别由前后机舱供电,经变频器再至推进电机,舱内的相关电缆应尽可能远离变频电缆布置位置,避免交叉布置;变频电缆敷设需考虑中压、低压电力、通信、控制等电缆的综合布置。
本船在两舷侧采用2 000×1 100 mm2的A60电缆通道(见图4),实现中压、低压、信号电缆分隔布置;尾部电机进出舱的两个水密舱盖位置避免在该位置布置电缆和设备,防止以后挡住电机出舱维修;
(2)为方便电缆布置,要求变频器、变压器等设备对称布置,变频器到推进变压器的16根3×70 mm2变频电缆由上平台下改到平台上(即变频器室地板夹层内),同时把变l器基座提高,解决设备进线及电缆弯曲半径的要求,减少了推进电机上方电缆较多的压力;另外,推进电机的变频电缆从底部敷设,采用电缆槽安装保护;详见图5及图6。
(3)合理规划走线,确保大电缆有足够的弯曲空间,电缆的内外屏蔽层都要可靠接地,电缆连接到端子前要有一定的长度余量,电缆的重量不能加到母线排和接线端子上,拧紧螺栓时不能踩踏母线排;
(4)外接电缆由配电板底部进线,进线处用MCT密封,中压电缆端头采用专用的冷缩套管进行处理,选用EMC(电磁兼容式密封件)密封,控制电磁干扰。
6 结束语
变频电缆是电力推进系统的重要组成部分,合理敷设变频电缆,可以有效降低对附近低压控制设备的电磁干扰,确保设备正常工作。通过对某电力推进海工船的施工设计,总结出变频电缆的敷设工艺,经实船验证取得了预期效果,为后续建造的同类型电力推进船提供了较好的借鉴。
参考文献
[1]王兆安,杨军,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].机械工业出版社,2002.
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关键词:LVDS数据传输PCB阻抗匹配
在被称为信息时代的今天,为适应信息化的高速发展,高速处理器、多媒体、虚拟现实以及网络技术对信号的带宽要求越来越大,多信道应用日益普及,所需传送的数据量越来越大,速度越来越快。目前存在的点对点物理层接口如RS-422、RS-485、SCSI以及其它数据传输标准,由于其在速度、噪声/EMI、功耗、成本等方面所固有的限制越来越难以胜任此任务。在转达领域,随着技术的发展,新体制雷达的出现和普及,如DBF体制雷达、相控阵雷达等,所需处理的信号带宽和信号通道数大幅度增加,同样面临着大数据量的传输问题。因此采用新的技术解决I/O接口总是成为必然趋势,LVDS这种高速低功耗接口标准为解决这一瓶颈问题提供了可能。目前LVDS技术在通信领域的应用日益普及,本文结合雷达中的数据传输特点介绍LVDS技术,分析LVDS技术在雷达中的应用前景。
1LVDS技术介绍
LVDS(LOWVOLTAGEDIFFERENTIALSIGNALING)是一种小振幅差分信号技术,使用非常低的幅度信号(约350mV)通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输数据。它允许单个信道传输速率达到每秒数百兆比特,其特有的低振幅及恒流源模式驱动只产生极低的噪声,消耗非常小的功率。同时,LVDS也是对高速/低功耗数据传输的一个多任务接口标准,在ANSI/TIA/EIA-644-1995标准中被标准化。
1.1LVDS工作原理
图1为LVDS的原理简图,其驱动器由一个恒流源(通常为3.5mA)驱动一对差分信号线组成。在接收端有一个高的直流输入阻抗(几乎不会消耗电流),所以几乎全部的驱动电流将流经100Ω的终端电阻在接收器输入端产生约350mV的电压。当驱动状态反转时,流经电阻的电流方向改变,于是在接收端产生一个有效的"0"或"1"逻辑状态。
1.2LVDS技术的特点
LVDS技术之所以能够解决目前物理层接口的瓶颈,正是由于其在速度、噪声/EMI、功耗、成本等方面的优点。
1.2.1高速传输能力
LVDS技术的恒流源模式低摆幅输出意味着LVDS能高速驱动,例如:对于点到点的连接,传输速率可达800Mbps;对于多点互连FR4背板,十块卡作为负载插入总线,传输速率可达400Mbps。
1.2.2低噪声/低电磁干扰
LVDS信号是低摆幅的差分信号。众所周知,差分数据传输方式比单线数据传输对共模输入噪声有更强的抵抗能力,在两条差分信号线上电流以方向及电压振幅相反,噪声以共模方式同时耦合到两条线上。而接收端只关心两信号的差值,于是噪声被抵消。由于两条信号线周围的电磁场也相互抵消,故比单线信号传输电磁辐射小得多。而且,恒流源驱动模式不易产生振铃和切换尖锋信号,进一步降低了噪声。
1.2.3低功耗
(1)LVDS器件是用CMOS工艺实现的,这就提供了低的静态功耗;
(2)负载(100Ω终端电阻)的功耗仅为1.2mW;
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p;(3)恒流源模式驱动设计降低系统功耗,并极大地降低了Icc的频率成分对功耗的影响。与其相比,TTL/CMOS收发器的动态功耗相对频率呈指数上升。
1.2.4节省成本
(1)经济的COMS工艺实现技术;
(2)低成本实现高性能,对电缆、连接器和PCB材料无荷刻要求;
(3)低能耗;
(4)TTL/CMOS信号能被串行或混合到单个LVDS通道,减少板面、层数、接插件和电缆。
另外,由于是低摆幅差分信号技术,其驱动和接收不依赖于供电电压,如5V;因此,LVDS能比较容易应用于低电压系统中,如3.3V甚至2.5V,保持同样的信号电平和性能。LVDS也易于匹配终端。无论其传输介质是电缆还是PCB走线,都必须与终端匹配,以减少不希望的电磁辐射,提供最佳的信号质量。通常一个尽可能靠近接收输入端的100Ω终端电阻跨在差分线上即可提供良好的匹配。目前LVDS技术在传输距离上其局限性,一般应用在20m以上。
2LVDS的典型结构和常用产品
目前LVDS产品主要有美国国家半导体公司全系列的LVDS产品和德州仪器半导体司的LVDS产品系列。美国国家半导体公司这方面更具优势,其产品主要有四种典型结构,是目前数据传输和交换常用的四种方式。
2.1典型结构
(1)点到点结构。基本的发展和接收结构,用于两点间固定方向信号传输;
(2)点到多点结构。广播式总线结构连接多个接收端到一个发送端,常用于数据分配;
(3)多点到多点结构。多点互连总线使点到点之间互连降到最少,同时提供双向,半双工通讯能力,在同一时间,只能有一个发送器工作;
(4)矩阵开关结构。通常应用于需要非常高的信号交换通路的系统中,实现全双工通信。
2.2常用产品
对应点到点或点到多点结构,有LVDS线路驱动/接收器和LVDS串行/解串器(Channellink)系列产品。对于多通道、宽带、大动态的数据传输,LVDS串行/解串器将是很好的解决方案。雷达系统中,分系统之间的数据传输,分系统内通过背板的数据传输应用LVDS串行/解串器将大大减少电缆、接插件以及PCB背板的复杂度。这种产品在雷达系统中有很好的应用前景。
(2)对应点对多点或多点到多点结构的应用,BusLVDS技术能最好地适应这些应用。BusLVDSjLVDS线路驱动/接收器系列的扩展,为多点应用场合而设计,这时总线两端都终接电阻。BusLVDS驱动器提供约10mA的输出电流,因而能被用于重负载的背板上,那里的等效阻抗低于100Ω,这里驱动器会有30~50Ω范围的负载。在一些大的数据通信系统中,要构造大的高速背板,LVDS技术是最理想的解决方案。
3LVDS的应用
了解LVDS技术的特性后,下面的问题就是如何在设计中应用好LVDS产品充分发挥其技术优点,优化系统设计。这里结合华东电子所某型号雷达系统中LVDS技术的应用来阐述用LVDS做设计的一些原则和技巧。
由于在系统中有几十路接收通道和数字中频接收机,数据线近500路。如应用传统的TTL/CMOS信号用双绞线并行传输,则需近千根导线,势必造成系统和背板都很复杂,其噪声/EMI性能的保证令设计者头痛,功耗也将很大。于是笔者在系统设计中应用了LVDS串行/解串器技术(Channellink产品),将数据线压缩到几十对差分线,完成了数据传输,并在多种型号雷达中成功应用。在选定了产品后,用好LVDS技术关键就在于PCB板的设计。PCB布线总的原则是:阻抗匹配是非常重要的,差分阻抗
的不匹配会产生反射,会减弱信号并增加共模噪声,线路上的共模噪声将得不到差分线路磁场抵消的好处而产生电磁辐射。所以要尽量在信号离开IC后控制差分阻抗的走向,尽力保持尾端<12mm。
3.1PCB板差分布线的设计
侧耦合的微带线、侧耦合的带状线、宽边的带状线都可作为很好的差分线。根据实际情况,应用中选择了侧耦合的微带线,示意如图2。
布线中注意了以下几点:
(1)应用微波传输线理论设计差分阻抗Zdiff或利用以下方程设计:
其中Z0为微带线的特性阻抗;
(2)所布的差分线对一离开IC就尽早尽可能靠近在一起走线,布线越近磁场的抵消就越好,有助于消除反射并保证噪声以共模方式耦合。也即图2中的S越小越好。
(3)对于差分布线不要依赖于自动布线功能,要匹配一对差分线的长度,确保各组差分线间的间隔;并使线上过孔最少;
(4)避免90°转弯(以防造成阻抗不连续),用弧线或45°斜线代替。
3.2PCB板的设计
(1)至少用4层PCB板,将LVDS信号、地、电源、TTL信号分层布局。在实现设计中采用了8层板以尽量满足要求;
(2)将陡的CMOS/TTL信号与LVDS信号隔离,最好能布在不同层上,并用电源和地层隔开;
(3)保持发送器和接收器尽可能靠近接插件,连线长度愈短愈好(<1.5英寸),以保证板上噪声不会被带到差分线上,而且避免电路板及电缆线间的交叉EMI干扰;
(4)旁路每个LVDS器件,分布式散装电容或表贴电容放在尽量靠近电源和地线引脚处;
(5)电源和地线应用宽的布线(低阻抗),并保持地线PCB回路短而宽;
(6)终端负载用100Ω(误差<2%)表贴电阻靠近接收器输入端来匹配传输线的差分阻抗,终端电阻到接收器输入端的距离应小于7mm;
(7)将所有空闲引脚开路(悬空)。
3.3电缆和接插件的选择
应用中选择了双绞线平衡电缆,并在外层加屏蔽;接插件选择标准连接器,在连接器上差分信号通常连接在一行中靠近的两个连接脚上,示意如图3所示。
总之,应用LVDS技术在系统设计之前,应优先考虑以下几点:
(1)必须优先考虑电源和地在系统中的分布;
(2)考虑传输线的结构及其布局布线;
(上海辐达环保技术有限公司,中国 上海 200065)
【摘 要】本文针对上海市辐射环保政府的主要职能要求,结合上海市环境保护和生态建设“十二五”中,关于辐射环保信息化建设的规划内容,分类列举了近年来建成并投入实际应用的辐射环保信息化建设成果,详细阐述了相关业务系统和网络平台实现的功能。通过分析和探讨阶段性成果在实际使用中产生的问题以及与实际需求间存在的差异,在提出可行的解决方案和建议的基础上,对未来进一步信息化建设的发展方向进行了合理的展望和设想。
关键词 辐射环保;政府职能;信息化建设
0 引言
近年来,大到如2006、2009、2013年三次朝鲜核试验、2011年日本福岛核电站泄露事故等国际事件的发生,小到如与日常生活息息相关的手机电脑辐射,公众对辐射环境保护重要性认识的愈加深入,推动了政府加强辐射环境保护建设的投入力度。其中,信息化建设是深化辐射环保政务的重要方法之一。
在上海市环境保护和生态建设“十二五”规划中,明确提出了加强信息化辅助决策能力,提升环保信息化管理水平的要求,旨在建设统一集成的环境监测信息化体系,建立污染源动态信息数据库,推进危险废物全程信息化管理建设,构建市、区(县)两级联动的环境管理信息共享平台。其中,关于辐射环保的信息化建设主要可以概括为:建立核技术利用单位信息库,实现辐射安全许可证网上办理渠道;建立统一的辐射环境在线监测网;实现危险废物收集转运全程信息化监控,建设辐射移动监管系统;建设应急中心和应急决策指挥系统,加强核与辐射事故应急响应能力等。
本文基于上海市辐射环保的政府职能,阐述了上海市辐射环境保护信息化建设现状,分析了阶段性信息化建设成果在实际使用中存在的问题,深入探讨了如何在完善已建系统平台的基础上,进一步推进上海辐射环保的信息化建设。
1 政府职能及信息化现状
上海辐射环保的政府职能主要包括以下五个方面:放射性同位素监管、放射性废物收贮和处置、辐射项目监督、辐射环境监督、核与辐射事故应急。
1.1 放射性同位素监管
放射性同位素监管主要是指对放射性同位素销售、使用、运输、贮存和处置进行监管,开展核技术应用单位的申报和监督检查、放射性同位素的转让备案、辐射安全许可的审核、运输的核查等各项工作。
目前主要利用环保部下发的全国核技术利用辐射安全监管系统,进行放射性同位素监管,该系统主要功能有:放射性同位素单位管理;许可证管理;放射源管理;非密封放射性物质管理;射线装置管理;监督执法管理;辐射事故管理;查询统计功能;系统管理;业务提醒功能等。
1.2 放废收贮和处置
放废收贮和处置主要是指对Ⅰ~Ⅴ类民用放射性同位素废源、废物、废液的收贮、贮存、整备、处置以及放射性同位素工作场所退役等。
在市级放废库,上海已初步建成了封闭式的放射性废物库管理系统,初步实现对放射源废物的入库,管理,查询,统计,监测等的全流程管理;实现放射性废物库库存信息综合查询和统计;实现对库区内的放射性环境进行统计。
针对放射性同位素工作场所退役监管等业务,主要从核技术利用单位监管的角度出发,目前归类至辐射项目监管信息化建设。
1.3 辐射项目监督
辐射项目监督主要是指开展辐射项目竣工验收监测和监督性监测等工作。
已建成的辐射项目监督相关平台有:辐射项目审批管理平台,实现了建设项目环评、试生产、竣工验收各阶段电子化审批;辐射许可证审批系统,实现了互联网网上申报,内网审批;过渡性的核技术利用单位管理信息系统,进行人员资质和企业监督管理;全国核技术利用辐射安全申报系统,实现了辐射安全许可证办理、延续、换证,放射性同位素转让、进口、异地使用、回收等申报工作信息化。
1.4 辐射环境监督
辐射环境监督主要包括两个方面:电离辐射环境和电磁辐射环境。
(1)电离辐射环境监督:γ辐射空气吸收剂量率、γ辐射累积剂量,气溶胶、沉降物、水汽、降水、水源地饮用水、地表水、地下水、海水、土壤等相关核素的分析以及重点核技术利用单位周围辐射环境监测。
(2)电磁辐射环境监督:电磁辐射环境质量监测,包括移动通信基站、变电站、高压线,以及电视调频广播发射塔等伴有电磁辐射的污染源监测。
针对辐射环境监督,上海在全国辐射环境监测系统(减排100点项目)中,建成4个自动监测子站(普陀、张江、崇明、金山)和本地数据汇总中心,并与环保部数据中心相连。
由于全国辐射环境监测系统只与环保部辐射环境监测技术中心信息系统直接联通,运行于独立专网上,因此,在市环保局信息化能力建设项目中,扩展建设了上海市辐射环境监测信息收集处理平台,实现对辐射工作单位监督性监测数据的管理,对辐射连续监测、水源地水体放射性监测管理,对环境电磁辐射连续监测数据的管理。
1.5 核与辐射事故应急
核与辐射应急主要是指核与辐射事故应急监测及技术支持。
目前,上海尚未建立核与辐射事故应急信息化平台,以2014年5.7南京放射源丢失事件为例,上海对核与辐射事故应急响应主要依赖于传统的电话沟通,进行分级上报事故再下达驰援。
2 主要存在的问题
近年来,上海响应“十二五”规划,从政府职能角度出发,在辐射环保信息化建设方面已有较大进展,初步完成了建立核技术利用单位信息库,实现辐射安全许可证网上办理渠道,建立统一的辐射环境在线监测网等信息化能力建设要求。从阶段性的建设成果和运行情况来看,比较突出的有两方面问题:放射源监管断层和各职能平台分离。
2.1 放射源监管断层
放射源的管理是一个生产、销售、使用、转让、进出口备案、收贮等全过程,“从摇篮到坟墓”的管理,但从放射性同位素监管、放废收贮和处置以及辐射项目监管几个政府职能信息化建设现状可以看出,目前信息化管理是从核技术利用单位的角度出发,对放射源管理抓住了“摇篮”和“坟墓”两头为主的监管和信息化建设。
放射源生产出厂后,对使用企业有基本能做到明确的信息记录和管理;放射源使用后,收贮处置时对放废来源企业也能在放废库的系统清晰归档记录,但在中间过程中,对放射源的实际使用情况的监管,还存在较大空白,延伸出诸如异地使用不报批、转让使用不报批、报批了但使用实际地不符、报批了但超时限使用等典型违法问题,无法实现有效监督和执法。
2.2 各职能平台分离
目前,除了核与辐射事故应急相关职能并未配备对应的信息化建设内容,其他四个基本职能都已有使用中的平台系统,但实际业务中存在密切关系的各项政府职能,其分别使用的多个业务信息化平台却存在着严重分离的情况。
最为突出的是基于放废收贮和处置职能建设的放射性废物库管理系统,管理机制从核技术利用单位出发,和放射性同位素监管、辐射项目监督两个职能存在承前启后的直接关系,但离线的封闭式建设特点导致诸如核技术利用单位信息等基础数据,依旧依赖人工手动输入,无法实现在线更新,反而增加了业务工作量。
另一方面,放射性同位素监管、辐射项目监督两个职能所使用到的业务平台,同时涵盖了国家级和市级多个系统,同一个项目的操作存在多次不同系统登录,不同平台操作的情况,操作繁琐的同时,各系统间共通数据的交互又存在一定延时性,对信息的准确性有着极为不利的影响。
同时,从上海区县级环保部门调研已知,崇明、长宁、宝山、奉贤、闸北等区县为了辅助区县级相关辐射环保部门业务,已有建立辐射监管信息化系统的意向、计划或雏形,如果长此以往,各职能业务系统分离的情况越加严重。
3 解决方案和建议
通过分析和解决信息化建设现状中存在的主要问题,在完善管理流程的基础上加强技术支持,才能更好让下一步的信息化建设落到实处,切实起到提高政府业务能力的作用。
3.1 加强放射源跟踪监管
加强放射源从出厂到使用至回收的全流程跟踪监管,是弥补辐射源监管断层的有效解决方法。对于放射源异地和转让使用违法违规的问题,虽然政府可以尽可能简化业务流程,建立信息化申报审批平台,但企业自觉性带来了极大的不确定性因素。在法制的基础上,人治必不可少,通过对核技术利用单位定期现场监督执法,以及放射源运输的实时跟踪,是缓解放射源的潜在危害的必要措施,因此,辐射监管的移动执法和放射源运输的移动定位,成为放射源安全监管的重要辅助手段和信息化建设方向。
通过移动执法的建设,执法人员随身携带的移动执法工具,利用3G/4G无线访问技术,现场完成任务办理、信息采集(录音、录像、照相、扫描文档等)、通过无线网络进行辐射污染源在线数据查询,将执法信息传送回后台辐射监察管理系统。同时,引入定位技术,利用gps导航和GIS地理信息技术相结合,可以对放射源所在运输车辆进行定位监控,随时跟踪记录车辆当前所处的位置、移动速度、移动方向、车辆状态等,并根据外网路况服务,预判车辆达到目的地所需的剩余时间,轨迹回放等,保障放射源运输安全。
3.2 整合多业务平台数据和功能
为了解决各职能平台分离的问题,从管理角度出发,需要梳理和简化现有业务流程,建立统一的技术标准,做到在信息化建设实际投入前,尽可能完善前期统筹规划工作,明确现有各平台业务偏重点和数据相通部分;从技术角度出发,需要整合已有信息资源数据库,构建数据交换中心,做好系统互联互通,向统一入口登陆全业务流程操作的应用平台建设方向靠拢。
依据目前各职能业务所涉的信息平台,需要整合的系统初步包括全国核技术利用辐射安全监管系统、上海市环评审批系统、上海市辐射许可证审批系统、上海市环保数据中心等,具体整合的数据包括:核技术利用单位基本信息、环评审批基本信息、污染源档案、许可证信息以及台账信息等。多业务平台的良好整合,可以为实现上联环保部、横联市政府各部门、下联各区县的电子政务体系打下扎实基础。
4 进一步信息化建设展望
依据“十二五”规划要求,目前危险废物收集转运全程信息化监控尚未实现,核与辐射事故应急中心和应急决策指挥系统亟需建立。此外,上海阶段性的辐射环保信息化成果和政府常规电子政务需求,以及社会公众的实际需求都尚有一定差距。
政务方面,诸如辐射环保政府机构的内部办公平台、实验室信息管理系统等常规业务和专业信息化平台方面,都有待完善。公众方面,以辐射环境监督为例,随着手机通信高速发展,政府对移动通讯基站的监管力度日益加强,但对于上海辐射环境监督的信息化建设工作主要还是配合常规环境监测项目,对全市综合性辐射环境状况进行实时监督,对细化到诸如手机基站之类周边辐射环境状况的信息化监管尚有缺口,这恰是近年来公众对辐射环境方面愈加忧心和关注的。
因此,在现有基础上,进一步开展信息化建设时,不仅需要满足政府自身规划要求,扩展信息化建设内容,在完善现阶段遗留问题的基础上,避免再出现类似问题。同时,也要与时俱进,切实社会公众日益关心的辐射环境问题,让信息化建设的开展落到实处,真正起到提高政府环保科学化管理水平的作用。
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虽然说进攻是最好的防守,但没有防守的战役是完全不可能胜利的,一点闪失就会有全军覆没的可能性。所以“进攻”和“防守”到底哪个更重要?答案是:“都重要!”而肌肤的美白战役也是一个道理,一味地强调用高浓度的美白产品来进攻不是不可行,但是没有“防晒”这道坚实防线,那美白就很容易功亏一篑。想要万无一失地守住肌肤的白就要攻守齐下,举起自己的盾、擦亮自己的矛,防晒和美白一个都不能少。
防晒是美白的第一道防线,只涂抹美白品,防晒出现漏洞,一切辛劳都会白费。时时刻刻为自己的肌肤做好没有任何漏洞的防晒功课,让紫外线的伤害降到最低,同时将黑色素的活性也降至最低,这才能把肌肤的“黑”彻底扼杀在摇篮中。有了万无一失的防守策略,让我们彻底没有了后顾之陇,接下来就可以放心大胆地进攻了。打击黑色素最先进最强有力的武器就是各式各样的美白产品了,从初级武器美白洁面膏、美白爽肤水到终极武器美白精华素、美白面膜,你可以单独使用,也可以组合出击。用它们来逐步击退已经形成的黑色素和肌肤黯沉肤色不均等问题,肌肤的“白”才能真正地被焕发出来。有了防晒和美白的互相配合,你也可以拥有白雪公主般的无瑕亮白美肌。
知道了防晒和美白的重要性,那如何选择适合自己的防晒美白方案呢?这其实跟你的肤质关系不大,反而跟你的工作性质和所处环境息息相关,针对不同的情况应该有不同的解决方案来应对,这样才能让你“白”得更快速、更精准、更有效。先找准自己的定位才能得出最佳保养方案,赶快来看看自己属于哪类人群吧!
如果你是办公室达人
防晒参考值:SPF15~25 PA+
推荐产品:隔离霜、BB霜、美白淡瞄青华
别以为在办公室里,把百叶窗都拉上你就安全了,抬头看看天花板上密密麻麻的日光灯吧,它们也是会造成轻微的紫外线辐射的。除此之外,各种办公设备比如电脑、打印机、复印机等造成的电磁辐射也会让肌肤晦暗。如果再经常加班,那肌肤黯沉发黄的情况就会更加的明显。
抗氧化和防晒两手一起抓
办公室达人选择能同时对抗紫外线。污染与电磁辐射的隔离霜、BB霜是最合适的了,同时带有润色遮瑕功效还能让你在防护的同时伪装出好肤色。而隔离霜中的抗氧化成分也能很好的修护由于加班劳累造成的肌肤疲劳无光泽。
重拳出击提亮肤色、击退斑点
办公室达人无须长期使用美白产品,可以定期进行美白护理来提亮肤色,要针对局部的斑点进行特效美白护理。强效的美白淡斑精华是必备产品,你可以定期给肌肤做一个集中美白护理疗程,也可以在肌肤护理的最后步骤用美白淡斑精华局部点在色斑上来抑制色斑。为了对付肌肤晦暗的问题,选择有抗氧化修护功能的全效美白精华效果会更加突出。
如果你是外勤业务达人
防晒参考值:SPF30~40 PA++
推荐产品:防晒霜、美白爽肤水、美白乳液
经常跑外勤的人想守住肌肤的白不是一件容易的事,每天都需要滴水不露地做好防晒,而且要十年如一日持之以恒的努力,稍有松懈全部心血就会毁之一旦。不但防晒需要坚持,美白也一样,把美白护理列入全年必做的护理程序吧。
全方位武装自己
白天补搽防晒是必不可少的,如果你大量出汗,就要补得更勤一些。即使阴天下雨也别放松警惕,紫外线仍然存在。搽防晒霜注意量要足够,要不然防晒系数就会大打折扣了,像脖子、手臂等在外的部位也要照顾到。
阳伞、遮阳帽、衣服等物理防晒工具经常被忽视,其实他们的作用比防晒霜还来得有效来得实在。一件普通的T恤衫SPF值大约为15~30,可以隔离95%的紫外线。阳伞、防晒手套、太阳帽、太阳眼镜等都是你必不可少的防晒好帮手。
细水长流的美白功课
由于工作状态决定了美白护理是常年都不能间断的,含有精纯维生素c成分的美白爽肤水和美白乳液可以帮助你均衡肤色、抑制黑色素的生成,而且维生素C还能促进胶原蛋白增生,修护紫外线日积月累对肌肤造成的光老化现象。
如果你是旅游度假达人
防晒参考值:SPF40~50 PA+++
推荐产品:专业防水防晒霜、舒缓喷雾、美白面膜
集中的暴晒,不仅要考验你的防晒技巧,而且晒后修护的要点也应该掌握哦。这时候防晒需要加大力度,美白却不能操之过急。
防晒产品一定要选择防水的
出门旅游度假最好选择有防水效果的防晒霜,对于汗水和海水造成的防晒品流失的问题就能有一定的保障To如果你是去海边度假还要遵守一个原则,那就是:每次从海水里出来,都要从头到脚再重新搽一次防晒霜,所以度假之前一定要买好足够量的防晒产品哦。
想变白也不能心太急
一、典型案例中选择性司法的运作
杨某诉某市电业局电磁辐射污染赔偿案。本案中受害方杨某最初以电业局高压铁塔侵占土地使用权为由提讼,败诉后又以高压输电线路电磁辐射引发疾病为由提起上诉。该市电业局先后单方面委托该省环境科学研究所及国家电网公司电力科研院对高压塔周围工频电磁场进行测试,两份鉴定报告都表明,高压铁塔周围电磁辐射的各项指标低于相关国家标准允许的限值或强度。二审法院判决认为,由于鉴定报告表明高压铁塔的电磁辐射符合国家标准,因此该行为不具备违法性,与损害后果不存在因果关系,驳回了杨某停止侵权、赔偿损失的诉讼请求。本案的争议焦点在于,违法性是否是环境侵权的构成要件,以及因果关系的举证责任分配。
环境污染侵权的认定,应当“采用从客观构成要件到主观归责依据再到免责事由的逻辑分析路径”[3]。我国学者一般认为,《民法通则》第106条关于一般侵权责任的构成要件并不包括行为的违法性,《环境保护法》第41条第1款以及《大气污染防治法》、《固体废物防治法》、《水污染防治法》也未将违法性列为环境污染侵权的构成要件。《民法通则》第124条的规定却与之相左——违反国家保护环境防止污染的规定,污染环境造成他人损害的,应当依法承担民事责任。仅从《民法通则》出发,由于该法第124条属于侵权责任构成要件的特别规定,依据特别条款优于普通条款的法律适用原则,我们似乎可以认为违法性确属环境污染侵权的构成要件。然而《环境保护法》等特别法属于后法,构成了环境司法领域内自洽的法律体系,因此,从体系解释角度出发,考虑后法优于前法的法律规范适用基本原则,违法性不应当成为环境污染侵权的构成要件,环境侵权的归责原则应当是无过错责任,即“损害发生后,不以行为人的主观过错为责任要件的归责标准”[4]。因此,即便鉴定结论表明电磁污染符合国家标准,法院也不能据此认定行为因欠缺违法性而在构成要件上不齐备。遗憾的是,法院在此选择性的适用了《民法通则》的规定,而放弃了更为符合法律解释基本准则的《环境保护法》等法律规范。
在环境侵权的因果关系问题上,《最高人民法院关于民事诉讼证据的若干规定》(以下简称《证据规定》)第4条明确规定了举证责任倒置,所谓举证责任的倒置,是指将“依据法律要件分类说应当由主张权利的一方当事人负担的证明责任,改由否认权利的另一方当事人就法律要件事实的不存在负证明责任”[5],若严格依据举证责任倒置的要求,本案中本应当由电业局一方提供证据证明因果关系就不存在,很明显,电磁辐射是否超标与电磁辐射是否与损失之间存在因果关系是完全不同的两个争议点,符合规定的排放污染物行为也完全有可能导致污染后果的发生。这就要求法院正确行使自由裁量权判定相应证据能否证明因果关系不存在,而不能简单的以鉴定结论判断因果关系。本案二审法院以鉴定结论符合国家标准直接否定因果关系之存在也值得商榷。在这一争议焦点上,法院借助鉴定结论选择性的放松了对举证责任倒置规则的执行。
在笔者掌握的其他案件中,法官判决主动放弃自由裁量权而倚重鉴定结论的情况屡见不鲜。这一直观的印象也部分的得到了规模更为庞大的实证调查的印证。例如,有学者在归纳梳理了千余份来自全国31个省、自治区和直辖市近十年来的环境裁判文书后发现,鉴定结论对于法官判决有着举足轻重的影响,在因果关系判定方面,“依赖鉴定结论或明确的法律规定(采矿权与相邻权纠纷)的占75%”[6]。另外,虽然最高人民法院《关于民事诉讼证据的若干规定》明确规定了环境侵权纠纷适用举证责任倒置,即便在《侵权责任法》第66条生效之前,我国相关法律也基本确立了我国环境民事侵权诉讼的举证责任倒置制度。但实际运用该规则的“仅有49.6%,更令人不解的是,一些文书一边适用举证责任倒置规则,一边仍然坚持运用鉴定结论认定因果关系”[6]。
二、成因分析
环境侵权裁判高技术特征所形成的知识障碍,以及法官个体对于法律规范本质内涵认识的不足甚至错误,固然可能导致法官对于鉴定结论的过分看重。然而,如前述大规模实证调研所言,当依赖鉴定结论成为多数法官——他们有不同的知识结构、职位、社会影响力等社会学背景因素——共同的偏好时,我们完全有理由进一步追问这种偏好产生的原因。笔者将借助“法官的效用函数”这一理论工具解开以上疑窦。需要特别说明的是,笔者并未考虑权力寻租这一变量因素,理由在于,若笔者的解释思路能够自圆其说,即可证明前述对于司法权寻租的一元解说理论至少不够完整且过于专断。
(一)环境侵权诉讼中影响法官的效用函数的因素法官的效用函数旨在解答哪些因素可能影响法官制作判决的决策。波斯纳将法官的效用函数的自变量归纳为六类:众望、威望、公益、回避判决被撤销、声誉以及投票[7]。法官并非“绑在桅杆上的尤利西斯,听不到蛊惑人心的塞壬歌声”[8],作为自利个体,法律规范之外的多种因素对于法官决策具有重大影响,中国的法官也概莫能外。不过,不同的人文与政治经济背景决定了我国的法官(最高人民法院法官并不在本文论述范围之内)与美国联邦上诉审法官面临的“胡萝卜与大棒”也不尽相同。笔者认为,以下自变量是影响我国环境侵权诉讼中法官决策的主要因素:行政主政者的“看法”,如行政机关针对个案下指示、打招呼,以及当案件涉及各种地方宏观行政目标与纲要时法官判决是否与之合拍;法官升迁,以及与之紧密相连的收入级差,这在很大程度上受制于行政部门对于法官工作的认同度;当事人压力包括上访与上诉;判决被上诉审撤销,改判率与错案率又反过来会影响法官绩效考核成绩与仕途升迁。
(二)各因素之间的互相关系若以U代表法官效用,R代表行政主政者的看法,S标称法官职位以,I代表收入,当事人压力为P,上级法院的改判为C,则法官效用函数公式为U=(R,S,I,P,C)。其中,R、S、I与U成正相关,P、C与U成负相关;R与S,S与I成正相关并存在传导性,C则与S、I成负相关。法官在裁判时需要满足U值最大化的目标[9]。
(三)法官的理性选择由于环境侵权纠纷往往涉及面广、矛盾冲突异常尖锐,法官在审理时常常面临多种价值的竞争。具体而言,目前环境侵权鉴定结论很大一部分是由案发当地的环境行政部门(如环境检测站)做出,这就“直接决定着现有的环境司法鉴定不可避免地带有行政[10]。案件背后往往有地方经济发展与GDP思维的阴影,认可并采纳鉴定结论作为裁判的主要依据,可以最大程度的避免与行政权可能发生的冲突。#p#分页标题#e#
其次,受害方一般是普通民众普遍缺乏相关的基本技术知识,以鉴定结论作为裁判依据虽然不能真正案结事了,但至少在面临当事人压力时有了一个完美的遁词。在司法判决屡遭“合法性”(Legitimacy)质疑的今天,面对环境侵权一类矛盾冲突尖锐的案件,法官尽可能的少使用自由裁量权,借助鉴定结论等第三方信息裁决案件,可以最大化的避免此类风险。在上级法院改判这一环节上,两级法院之间存在类似于完全信息静态博弈的关系:二者面临类似的效用函数以及影响因素,彼此心照不宣(即共同知识commonknowledge),唯一不同的是上一级法院不用过分担心案件的改判。为使问题适度简化并突出重点,笔者假设,如果一审法院不采纳相关的鉴定结论会导致行政认可度的降低与二审改判,反之则提高并维持原判,行政认可的收益以R表示,二审改判带来的收益以C表示,此处C为负值。其支付组合为:一审法官与二审法官均采纳(R,R-C);均不采纳(-R,-R+C);一审采纳二审不采纳(-R,R+C);一审不采纳而二审采纳(R,-R+C)。
由于R>-R,R-C>R+C>-R+C,二者都采纳鉴定结论的战略组合构成了此博弈的纳什均衡点,各自收益为(R,R-C),并且任何一方都没有积极性打破这种均衡[11]。就低级别法院而言,其最优策略是充分运用鉴定结论以避免案件改判影响其绩效考核,同时可以避免与行政权的潜在冲突;而高级别法院的最优策略同样是依赖鉴定结论,以获得行政权力的认同。又由于(采纳,采纳)是所有战略组合中两级法院总体收益最大的方式(R+R-C大于其他战略组合的总体收益),因此,采取这种战略对于法院系统而言也是收益最高的,这进一步强化了该战略对于法院系统的合理性[12]。
当然,不采纳鉴定结论并不必然导致司法机关与行政权力的冲突,二审法院即便不采纳鉴定结论也完全可以做出维持或者改判的决定。但是如前所述,考虑到现有环境污染鉴定强烈的行政色彩,初审与二审法官都不得不掂量拒绝行政部门鉴定结论的不利后果。另外,由于一二审之间存在时间差,一审法官是首先采取战略的一方,因此更为精确的博弈模型是完全信息动态博弈,其图像表现为动态推进的博弈树而非表格,不过二者最终的均衡点相同,本文也未进一步精确区分,上述简化的论证具有合理性。
综上所述,法官在环境侵权案件裁判过程中,倚重鉴定结论可以在增大R、S、I的同时减小P与C的负面影响,使其效用U最大化。即便不考虑权力寻租因素的影响,选择性司法行为依然是法官效用最大的必然选择。
三、选择性司法的风险与化解机制悖论
法官们的选择性司法行为无疑对经济与环境的协调、可持续发展有极大的负面影响。司法判决负责将环境法律规范蕴涵信息向社会的传达,以促使生产企业根据法律规范的成本收益将外部性内部化,如果法律本身是有效率的,那么依照该指引的社会行动就能最大程度节约社会成本。法官的选择性司法行为人为改变了法律规范应然的成本收益配置,导致严重的信号失灵现象。环境侵权司法领域,因果关系举证责任倒置等规定本可以为市场确定良好的激励机制,以实现环境与发展之间协调发展,化解经济进步与环境保护之间的天然张力。选择性司法行为严重扭曲了这种可欲的激励机制,社会无法通过司法判决使施害人将采取措施的边际成本和收益内部化。这样,污染严重的企业将缺乏足够的动力去开发更有效的防范环境污染的技术,以减少生产行为对于环境的破坏,社会也无法通过有效的赔偿措施将此类企业逐出市场。
目前,关于环境污染领域司法鉴定的改革建言主要围绕建设中立的鉴定机构展开,如有学者建议将“环境监测鉴定机构从其所隶属的行政关系下解脱出来,成立专业性、中立性环境司法鉴定机构,”因为只有这样才能使鉴定结论真正实现其应有的功能目标:从技术上、理论上为诉讼提供更具有专业性和权威性的证据[13]。此外,若加快建立专门的环境法庭,从知识结构上改组审理环境侵权的法官人员构成,似乎也可以在一定程度上解决法官由于知识壁垒造成的对于鉴定结论的依赖[14]。