摘 要： 西北電網(wǎng)在甘肅省河西走廊修建的750 kV超高壓輸變電線路與中國(guó)石油西部管道甘肅輸油分公司的原油、成品油管道存在10處交叉跨越。 750 kV超高壓輸變電線路的投產(chǎn)除了會(huì)對(duì)管道的防腐造成影響外， 還會(huì)與管道的安全巡線產(chǎn)生沖突。 主要分析了電磁感應(yīng)與工頻電場(chǎng)對(duì)管道巡線、 尤其是對(duì)陰保測(cè)試樁的影響。 并通過(guò)建模仿真分析了750 kV超高壓輸變電線路對(duì)管道巡護(hù)管理的危害及日常管理中防止可能發(fā)生危險(xiǎn)的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞： 750kV 管道 陰保測(cè)試樁 電磁感應(yīng) 電場(chǎng)強(qiáng)度 建模仿真

1. 引言

自國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施以來(lái)， 西氣東輸、 西油東輸、 西電東送等國(guó)家重點(diǎn)標(biāo)志性工程相繼建成。 河西走廊已成為我國(guó)重要的能源走廊。 但由于河西走廊為寬數(shù)公里至近百公里的西北至東南走向的狹長(zhǎng)平地， 形如走廊， 油氣管道與高壓電網(wǎng)在此不可避免的出現(xiàn)了并行及交叉跨越。

目前， 750 kV超高壓輸變電線路與原油成品油管道存在10處交叉跨越。 通過(guò)西部管道甘肅輸油分公司觀察測(cè)量， 750 kV超高壓輸變電線路的投產(chǎn)除了會(huì)對(duì)管道的防腐造成影響外， 還會(huì)與管道的安全巡線產(chǎn)生沖突。

2. 電磁感應(yīng)對(duì)管道巡線的影響

2.1 空間電場(chǎng)與磁場(chǎng)關(guān)系

國(guó)家《電磁輻射管理辦法》 規(guī)定100千伏以上為電磁強(qiáng)輻射工程。 麥克斯韋認(rèn)為： 磁場(chǎng)中沿任意閉合回路磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流應(yīng)等于此閉合回路所圍住的全電流。 這就是全電流的安培環(huán)路定律。 即：

法拉指出位移電流的本質(zhì)： 變化的電場(chǎng)要產(chǎn)生磁場(chǎng)。 感生電場(chǎng)： 變化的磁場(chǎng)在其周?chē)�空間激發(fā)一種電場(chǎng)， 稱之為感生電場(chǎng)。

2.2 輸電線路的自然功率

在規(guī)劃電網(wǎng)電壓等級(jí)時(shí)， 通常用自然功率來(lái)粗略的比較不同電壓等級(jí)的輸電能力。 自然功率是在輸電線路上相當(dāng)于式1-3的波阻抗負(fù)荷時(shí)線路所輸送的功率， 其中Lo是輸電線路的單位長(zhǎng)度串聯(lián)電感，Co是線路單位長(zhǎng)度的電容。 自然功率如式1-4

據(jù)此可算得不同電壓等級(jí)的輸電線路的自然功率如表2-1所示

2.3 陰極保護(hù)測(cè)試樁

西部管道甘肅段的陰極保護(hù)測(cè)試樁的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)是： 樁高3000 mm， 直徑140 mm， 樁基礎(chǔ)埋深800 mm， 地上部分2200 mm。

2.4 建模分析

結(jié)合全電流的安培環(huán)路定律， 法拉第電磁感應(yīng)定律， 不考慮測(cè)試樁與大地相連， 建立三維空間中測(cè)試樁感應(yīng)電勢(shì)隨輸電周期變化模型（為便于建模將測(cè)試樁放大十倍） ， 結(jié)果如下圖所示。

從圖中標(biāo)志點(diǎn)（坐標(biāo)z縮小十倍） 可以看出穿跨越附近的測(cè)試樁因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)很小，因風(fēng)沙影響實(shí)際測(cè)試樁只有2/3左右露出地面， 而且測(cè)試樁本身是接地的， 所以由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)單獨(dú)不足以對(duì)人造成危害。

3. 工頻電場(chǎng)對(duì)管道巡線的影響

3.1 計(jì)算仿真

根據(jù)工頻電場(chǎng)分布規(guī)律， 選取高壓線上一點(diǎn)

的等效電荷， 建立工程應(yīng)用中完全可以接受的地面工頻電場(chǎng)強(qiáng)度的誤差在10％以內(nèi)的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型， 其空間電勢(shì)分布仿真結(jié)果如下圖2-1， 圖2-2所示。 圖中標(biāo)志點(diǎn)分別標(biāo)注線高15.5 m、 19.5 m處的工頻電場(chǎng)強(qiáng)度。

從仿真結(jié)果可以看出線高15.5——19.9 m時(shí)750 kV輸電線路下方的最大電壓3.5—6.3 kV/m，考慮到可能出現(xiàn)的測(cè)試樁和行人（路邊） 的不利情況， NRPB導(dǎo)則提出：“在50 Hz工頻場(chǎng)之下， 磁場(chǎng)20－50μT和電場(chǎng)約為1.7 kV/m， 能改變絕大多數(shù)靈敏心臟起搏器行為的閾值”， “如果起搏器攜帶者不進(jìn)入電場(chǎng)大于2 kV/m和磁通密度大于20μT的時(shí)變場(chǎng)內(nèi)， 不會(huì)對(duì)起搏器正常工作干擾”。所以在有750 kV穿跨越的地區(qū)所有巡線工均不得是起搏器攜帶者。

3.2 場(chǎng)強(qiáng)造成暫態(tài)電擊

考慮到西部管道甘肅輸油段管道多處于戈壁沙漠地區(qū)， 地面干燥， 測(cè)試樁容易成為對(duì)地絕緣體，人在工頻電場(chǎng)中接觸與地絕緣的物體， 因電場(chǎng)強(qiáng)度不同將產(chǎn)生暫態(tài)電擊。 電場(chǎng)強(qiáng)度E<3 kV/m時(shí)， 人感覺(jué)不到暫態(tài)電擊； 電場(chǎng)強(qiáng)度處在3 kV/m<E<6kV/m區(qū)間時(shí)， 人感覺(jué)暫態(tài)電擊有輕微的刺激感。 試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析表明， 穩(wěn)態(tài)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度閾值15 kV/m與暫態(tài)工頻電場(chǎng)強(qiáng)度閾值5 kV/m是可以接受的。 從仿真結(jié)果可以看出線高15.5——19.9 m時(shí)750 kV輸電線路下方的最大電壓3.5—6.3 kV/m， 測(cè)試樁一旦成為對(duì)地絕緣體將會(huì)對(duì)人造成暫態(tài)電擊。

3.2 測(cè)試樁電火花及接觸放電

美國(guó)特高壓（UHV） 計(jì)劃， 在試驗(yàn)線下對(duì)人進(jìn)行了強(qiáng)電場(chǎng)感覺(jué)反應(yīng)試驗(yàn)， 試驗(yàn)結(jié)果為： 機(jī)率為10%的人在10—15 kV/m電場(chǎng)強(qiáng)度下開(kāi)始有感覺(jué)， 當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到15—25 kV/m時(shí)， 人體普遍感到頭發(fā)、 身體刺激， 尤其是手臂和衣服之間感到刺痛， 而且這種刺痛有少數(shù)人感到不能接受。 當(dāng)產(chǎn)生重復(fù)火花放電時(shí)， 人有神經(jīng)過(guò)敏的反應(yīng)和無(wú)力繼續(xù)工作之感。 當(dāng)人體與帶不同電位的物體靠近時(shí)， 即使沒(méi)有接觸也可能產(chǎn)生火花放電。 有一組與地絕緣的志愿者， 每人舉起手指尖靠近接地物體， “10%的人感覺(jué)到有火花放電的閾值是0.6—1.5 kV/m。 引起煩惱的閾值大約會(huì)是2.0-3.5 kV/m。 大的接觸電流可能引起肌肉收縮。 在男性志愿者中， 在50/60 Hz時(shí)50%的人不能釋放帶電物體的閾值電流9 mA”。

通過(guò)自2010年12月25日750 kV超高壓投產(chǎn)以來(lái)對(duì)跨越處的管道測(cè)試樁的測(cè)量發(fā)現(xiàn)， 部分測(cè)試樁帶電已達(dá)20多伏， 部分時(shí)間甚至達(dá)到36伏。 從表3-1可以看出人體電阻值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)， 人體電阻的通常值是1500—300000Ω間變化， 計(jì)算流過(guò)人體電流的等效電路見(jiàn)圖3-3。

通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看出， 在這種情況下，通過(guò)人體的電流在0.1 mA至20 mA之間變化。 人體對(duì)不同大小的電流反應(yīng)見(jiàn)表3-2， 對(duì)人體健康可能造成的傷害是， 人與測(cè)試樁接觸時(shí)電流持續(xù)地通過(guò)人體， 這一值處于擺脫電流（女性6mA，男性9mA） 之間。 電流值依人和觸電時(shí)間而有所不同。 一般認(rèn)為， 可引起感覺(jué)的臨界電流值是1mA。 9—25mA的電流可以使肌肉失去控制力。 研究表明， 手臂和腿之間的最大安全電流是100mA持續(xù)3秒鐘， 電流再大就會(huì)可能由于心臟的心室纖維性顫動(dòng)而造成死亡。

4. 結(jié)論及采取的預(yù)防措施

考慮到西部管道甘肅輸油分公司管段管道多處于戈壁沙漠地區(qū)， 地面干燥， 測(cè)試樁容易成為對(duì)地絕緣體， 在累加電磁感應(yīng)的電勢(shì)， 人在接觸測(cè)試樁時(shí)存在發(fā)生電擊的危險(xiǎn)。 故在巡線過(guò)程中接觸穿跨越處的測(cè)試樁要注意防止發(fā)生危險(xiǎn)， 對(duì)此西部管道甘肅輸油分公司采取以下措施加以防范：

1. 攜帶心臟起搏器的管道工、 巡線工不允許在750 kV附近巡護(hù)；

2. 測(cè)試陰保測(cè)試樁電位時(shí)要戴絕緣手套并且先將接地連接， 再進(jìn)行測(cè)試；

3. 在穿跨越處的測(cè)試樁加裝警示牌以確保周?chē)�居民及管道員工安全；

4. 各750 kV線路經(jīng)過(guò)的站場(chǎng)管道管理人員要與輸變線路單位聯(lián)系， 說(shuō)明可能出現(xiàn)的問(wèn)題， 以防發(fā)生電擊事件。 ◢

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 國(guó)家電網(wǎng)公司. 110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定. 2008.3.1： 15-30.

[2] 張廣洲， 路遙， 萬(wàn)保權(quán)等. 750kV同塔雙回線路電磁環(huán)境控制值研究. 國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院. 2007.

[3] 鄔雄， 萬(wàn)保權(quán)， 張廣洲等. 750 kV輸變電工程電磁環(huán)境問(wèn)題的研究 [R]武漢： 武漢高壓研究所， 2002．

[4] 曾慶禹. 特高壓輸電線路地面最大工頻電場(chǎng)強(qiáng)度和導(dǎo)線最大弧垂特性. 北京市： 中國(guó)電力科學(xué)研究院， 2008.3: 2-8

[5] 薛定宇. 控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——MATLAB語(yǔ)言及應(yīng)用. 清華大學(xué)大學(xué)出版社. 1996

[6] 薛定宇. 反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析——MATLAB語(yǔ)言應(yīng)用. 清華大學(xué)出版社. 2000

《管道保護(hù)》2012年第 2 期（總第 3 期）