相生榮

甘肅省電力設(shè)計(jì)院

交流輸電線路對(duì)管道電磁影響主要涉及管道本體交流輸電線路對(duì)管道電磁影響主要涉及管道本體、管道陰極保護(hù)設(shè)備、管道交流腐蝕和管道作業(yè)人員安全等四個(gè)方面。

（1）對(duì)管道本體的影響。輸油輸氣管道的金屬表面一般都會(huì)涂覆防腐層，具有較高電阻和較高介電常數(shù)，以防止土壤中有害物質(zhì)腐蝕管道金屬部分。當(dāng)交流輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流通過(guò)感性耦合和阻性耦合的綜合作用，在管道防腐層兩側(cè)產(chǎn)生較高的電壓，有可能擊穿防腐層。

（2）對(duì)管道陰極保護(hù)設(shè)備的影響。在輸油輸氣管道上設(shè)置陰極保護(hù)設(shè)備是為了避免管道防腐層漏敷及破損處的金屬表面發(fā)生腐蝕。交流輸電線路正常運(yùn)行情況下，工作電流通過(guò)感性耦合在油氣管道上產(chǎn)生電壓，可能干擾強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的恒電位儀和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的正常工作。

（3）對(duì)管道的交流腐蝕影響。交流輸電線路在正常運(yùn)行情況下，工作電流通過(guò)感性耦合在管道上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，此感應(yīng)電壓通過(guò)管道縱向阻抗、對(duì)地阻抗及大地構(gòu)成的回路產(chǎn)生對(duì)地泄漏電流，可能會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生交流腐蝕。

（4）對(duì)管道作業(yè)人員安全的影響。當(dāng)管道不受外界電磁場(chǎng)影響時(shí)，管道電位為零。當(dāng)交流輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，故障相中短路電流遠(yuǎn)大于線路正常運(yùn)行時(shí)的工作電流，在管道上產(chǎn)生的感性耦合電壓大大增加。同時(shí)短路入地電流使土壤電位升高，通過(guò)阻性耦合進(jìn)一步影響管道的涂層電壓。此時(shí)如果有人正好接觸管道的金屬部分，如施工、維修或檢測(cè)作業(yè)時(shí)，在感性耦合和阻性耦合的綜合作用下，其遭受的接觸電壓可能會(huì)很大，嚴(yán)重時(shí)有可能危及人身安全。

鑒于以上分析，研究制定交流輸電線路電磁影響限值非常必要和重要。限值研究和制定主要包括管道安全電壓限值、人身安全電壓限值、輸電線路故障狀態(tài)下的安全限值和輸電線路桿塔遭受雷擊時(shí)的安全限值等四個(gè)方面，目的是能夠指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，明確電力線路與油氣管道共同的安全邊界。

（1）管道安全電壓限值。據(jù)調(diào)查，我國(guó)目前存在的管道，其防腐層大致分為3類：石油瀝青、塑料及環(huán)氧粉末、3層PE覆蓋層（目前新建大型管道均采用3層PE覆蓋層，如西氣東輸管道、西油東輸管道），其絕緣性能依次增強(qiáng)。目前尚沒(méi)有詳細(xì)、公認(rèn)的新型防腐層耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，出于保守考慮，通常采用1500 V作為石油瀝青和其他防腐材料的管道瞬間安全電壓限值。對(duì)于大部分防腐層，特別是3層PE管道的瞬間安全電壓限值實(shí)際上應(yīng)高于1500 V。

德國(guó)Afk第3號(hào)《對(duì)高壓交流設(shè)備和交流電鐵路設(shè)備和影響范圍內(nèi)管道在敷設(shè)和運(yùn)行方面應(yīng)采取的措施》和德國(guó)鐵道、德國(guó)郵政和德國(guó)電站聯(lián)盟的設(shè)備間干擾問(wèn)題仲裁機(jī)構(gòu)認(rèn)為，在沒(méi)有防護(hù)措施的管道上，允許的短時(shí)感應(yīng)最大電壓限值為1000 V；用瀝青作防腐層的管道為1500 V，小于該值時(shí)可不采取接地措施。

（2）人身安全電壓限值。長(zhǎng)時(shí)間作用下的人體安全電壓分為15 V、33 V和60 V三級(jí)，如下表 1所示。美國(guó)NACE RP 0177―2019標(biāo)準(zhǔn)第5.2.1.1條對(duì)15 V限值的解釋如下：“對(duì)本推薦準(zhǔn)則來(lái)說(shuō)，15 V（均方根值）交流開路電壓或5 mA或多些的干擾源電流容量，將被認(rèn)為構(gòu)成一種預(yù)料中的電擊危險(xiǎn)。” GB/T 3805―2008《特低電壓（ELV）限值》中規(guī)定的33 V（均方根值）限值，考慮的是干燥環(huán)境下人體長(zhǎng)時(shí)間能夠承受的安全電壓，并且該標(biāo)準(zhǔn)指出此限值沒(méi)有人群針對(duì)性,且對(duì)于接觸面積小于1 cm²的不可握緊部分,給出了更高的電壓限值。GB 6830―1986《電信線路遭受強(qiáng)電線路危險(xiǎn)影響的允許值》規(guī)定，強(qiáng)電線路在正常運(yùn)行狀態(tài)下，通信導(dǎo)線上的縱電動(dòng)勢(shì)容許值為60 V。以上標(biāo)準(zhǔn)考慮的是電信工作人員在接觸通信線時(shí)，加載到人體上的安全電壓限值。交流輸電線路正常運(yùn)行時(shí)極導(dǎo)線電流的主要頻率為50 Hz，根據(jù)GB/T 3805―2008中規(guī)定，頻率為15 Hz～100 Hz的人體穩(wěn)態(tài)安全電壓限值相同，同時(shí)考慮到該安全限值的職業(yè)針對(duì)性，人身安全電壓限值方面取60 V。

表 1 人體長(zhǎng)時(shí)間安全電壓標(biāo)準(zhǔn)

（3）輸電線路故障狀態(tài)下的安全限值。目前國(guó)內(nèi)最常用的管道防腐層材料為3層PE和FBE（熔結(jié)環(huán)氧粉末）。根據(jù)國(guó)內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，這兩種防腐層材料的瞬時(shí)安全電壓限值一般都能達(dá)到幾十千伏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于管道防腐層上可能出現(xiàn)的最大涂層電壓。因此，以短時(shí)人體安全電壓限值作為判定交流輸電線路與管道安全距離的標(biāo)準(zhǔn)，也是一種常用選擇。短時(shí)作用下的人體瞬間安全電壓有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如表 2所示。GB 6830―1986采用了CCITT的推薦值。但根據(jù)世界各國(guó)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，CCITT的推薦值偏于保守。正是出于這種認(rèn)識(shí)，ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟）建議對(duì)高可靠輸電線路的感應(yīng)電壓允許值按故障切除時(shí)間分等級(jí)，故障切除時(shí)間越短，危險(xiǎn)影響標(biāo)準(zhǔn)越高，如表 2中所示限值。據(jù)此，我國(guó)在DL/T 5033―2006《輸電線路對(duì)電信線路危險(xiǎn)和干擾影響防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)程》中采用了這一建議。

表 2 短時(shí)作用下的人體瞬間安全電壓標(biāo)準(zhǔn)

（4）輸電線路桿塔遭受雷擊時(shí)限值。由于在雷雨天氣下一般不開展管道作業(yè)，輸電線路雷擊故障時(shí)考慮管道作業(yè)人員的人身安全意義不大，但對(duì)管道影響很大。因?yàn)檩旊娋�路遭受雷擊時(shí)，一方面，高幅值的雷電流會(huì)沿著架空輸電線路向遠(yuǎn)處傳播，并在周圍空間產(chǎn)生很強(qiáng)的空間電磁場(chǎng)，從而對(duì)輸油輸氣管道產(chǎn)生感性電磁耦合；另一方面，雷電流會(huì)通過(guò)雷擊點(diǎn)兩側(cè)的桿塔逐級(jí)泄放入地，入地雷電流引起地電位的升高，從而對(duì)輸油輸氣管道產(chǎn)生阻性耦合。只是目前國(guó)內(nèi)外在這方面一直還沒(méi)有明確的限值要求，需要進(jìn)一步深入研究。

最后還需要提出兩點(diǎn)。

一是要把對(duì)鄰近設(shè)施的交流干擾水平降低到安全限值以下，就必須設(shè)置可靠有效的防護(hù)裝置，其中梯度控制線是最新、最有效的防護(hù)方法，主要由并行埋設(shè)在管道周圍并有規(guī)律地與管道相連的一根或多根裸鋅導(dǎo)體組成，可以為管道提供良好的接地，從而降低管道的電勢(shì)，還可以抬高管道周圍附近大地的電勢(shì)，降低管道與附近大地之間的電壓差。這無(wú)論對(duì)感性干擾還是傳導(dǎo)性干擾，都可以大大降低接觸電壓和管道保護(hù)層電壓。

二是保證在高電壓等級(jí)交流輸電線路鄰近管道系統(tǒng)的安全性，國(guó)外已經(jīng)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和各種工程設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循相應(yīng)的規(guī)程。國(guó)內(nèi)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和制度也正在制定和完善中，并逐步開始使用，但如何結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行電磁干擾安全性研究，并定量分析計(jì)算各主要參數(shù)對(duì)結(jié)果的影響，在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，需要迎頭趕上。

（根據(jù)作者在2023年5月31日油氣管道和輸電線路安全保護(hù)研討班上的發(fā)言整理）

作者簡(jiǎn)介：相生榮，1985年生，高級(jí)工程師，甘肅省電力設(shè)計(jì)院送電部設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)理，主要從事超高壓、特高壓輸電線路設(shè)計(jì)。聯(lián)系方式：13893138618，srxiang025x@ceec.net.cn。