相生榮

甘肅省電力設(shè)計院

交流輸電線路對管道電磁影響主要涉及管道本體交流輸電線路對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)人員安全等四個方面。

（1）對管道本體的影響。輸油輸氣管道的金屬表面一般都會涂覆防腐層，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，短路電流通過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行情況下，工作電流通過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極陰極保護(hù)的正常工作。

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

（4）對管道作業(yè)人員安全的影響。當(dāng)管道不受外界電磁場影響時，管道電位為零。當(dāng)交流輸電線路發(fā)生短路故障時，故障相中短路電流遠(yuǎn)大于線路正常運行時的工作電流，在管道上產(chǎn)生的感性耦合電壓大大增加。同時短路入地電流使土壤電位升高，通過阻性耦合進(jìn)一步影響管道的涂層電壓。此時如果有人正好接觸管道的金屬部分，如施工、維修或檢測作業(yè)時，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很大，嚴(yán)重時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的安全限值等四個方面，目的是能夠指導(dǎo)設(shè)計人員進(jìn)行相關(guān)設(shè)計，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)。目前尚沒有詳細(xì)、公認(rèn)的新型防腐層耐壓試驗數(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際上應(yīng)高于1500 V。

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

（2）人身安全電壓限值。長時間作用下的人體安全電壓分為15 V、33 V和60 V三級，如下表 1所示。美國NACE RP 0177―2019標(biāo)準(zhǔn)第5.2.1.1條對15 V限值的解釋如下：“對本推薦準(zhǔn)則來說，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�！� 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)境下人體長時間能夠承受的安全電壓，并且該標(biāo)準(zhǔn)指出此限值沒有人群針對性,且對于接觸面積小于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)電線路危險影響的允許值》規(guī)定，強(qiáng)電線路在正常運行狀態(tài)下，通信導(dǎo)線上的縱電動勢容許值為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，加載到人體上的安全電壓限值。交流輸電線路正常運行時極導(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，同時考慮到該安全限值的職業(yè)針對性，人身安全電壓限值方面取60 V。

表 1 人體長時間安全電壓標(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)國內(nèi)試驗結(jié)果，這兩種防腐層材料的瞬時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)世界各國現(xiàn)場運行經(jīng)驗，CCITT的推薦值偏于保守。正是出于這種認(rèn)識，ITU-T（國際電信聯(lián)盟）建議對高可靠輸電線路的感應(yīng)電壓允許值按故障切除時間分等級，故障切除時間越短，危險影響標(biāo)準(zhǔn)越高，如表 2中所示限值。據(jù)此，我國在DL/T 5033―2006《輸電線路對電信線路危險和干擾影響防護(hù)設(shè)計規(guī)程》中采用了這一建議。

表 2 短時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考慮管道作業(yè)人員的人身安全意義不大，但對管道影響很大。因為輸電線路遭受雷擊時，一方面，高幅值的雷電流會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，從而對輸油輸氣管道產(chǎn)生感性電磁耦合；另一方面，雷電流會通過雷擊點兩側(cè)的桿塔逐級泄放入地，入地雷電流引起地電位的升高，從而對輸油輸氣管道產(chǎn)生阻性耦合。只是目前國內(nèi)外在這方面一直還沒有明確的限值要求，需要進(jìn)一步深入研究。

最后還需要提出兩點。

一是要把對鄰近設(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，還可以抬高管道周圍附近大地的電勢，降低管道與附近大地之間的電壓差。這無論對感性干擾還是傳導(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交流輸電線路鄰近管道系統(tǒng)的安全性，國外已經(jīng)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和各種工程設(shè)計必須嚴(yán)格遵循相應(yīng)的規(guī)程。國內(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)合實際工程進(jìn)行電磁干擾安全性研究，并定量分析計算各主要參數(shù)對結(jié)果的影響，在國內(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）

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