史華勃，丁理杰，彭施語，梁曉斌，張 華

(1.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072;2.四川水利職業(yè)技術學院，四川 都江堰 611830)

110 kV同塔雙回線路感應電壓和感應電流對人體的危害研究

史華勃1，丁理杰1，彭施語2，梁曉斌1，張 華1

(1.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072;2.四川水利職業(yè)技術學院，四川 都江堰 611830)

針對110 kV同塔雙回線路一回運行、一回停運，檢修人員對感應電壓和感應電流危害認識不足的問題，以某次感應電致死事故為原型，量化分析了110 kV線路典型設計方案下人體觸電時承受的感應電壓和感應電流。在分析人體電阻以及人體傷害與感應電壓、感應電流和持續(xù)時間關系基礎上，研究了檢修人員受感應電傷害風險與線路長度、運行線路潮流的關系。研究成果對于提升現(xiàn)場操作人員的安全意識，減少安全生產(chǎn)事故具有重要意義。

110 kV；同塔雙回；感應電壓；感應電流；人體危害

0 引 言

同塔雙回線路一回正常運行、另一回停運檢修時，由于回路之間的耦合作用，在被檢修線路上將會存在耦合電壓。為了安全起見，在檢修線路時，通常需要將該檢修線路的兩端接地，這樣，在接地處將會流過一定的感應電流。若接地點斷開，或經(jīng)人體接地，人體將承受較高的感應電壓；同時人體上將流過感應電流，對人身造成危害。

眾多學者對500 kV及以上電壓等級的同塔線路感應電壓和感應電流的理論計算和仿真分析進行了研究。文獻[1-3]對1 000 kV特高壓線路感應電流和感應電壓進行了分析。文獻[4]對750 kV輸電線路帶電作業(yè)安全防護進行了研究。文獻[5]對同塔架設的220 kV/500 kV輸電線路感應電流與感應電壓進行了仿真分析。文獻[6]對500 kV同塔雙回輸電線路下平行運行的0.38 kV線路感應電壓和感應電荷進行了研究。文獻[7]對一起500 kV隔離開關操作中感應過電壓事故進行了分析。

一般情況下，感應電壓和感應電流水平分析主要用來校核接地刀閘參數(shù)，為運行、設計部門提供參考。但運行線路對停運線路感應電對人體的危害研究較少，特別是110 kV及以下電壓等級的同塔線路，由于線路短、電壓等級低，其感應電壓和感應電流對人的危害未得到足夠重視，從而導致現(xiàn)場操作時常有人身傷亡事故發(fā)生，因此，研究110 kV同塔線路的感應電壓和感應電流對人體的傷害十分必要。

按照國家電網(wǎng)公司110 kV同塔雙回線路典型設計方案，采用PSCAD/EMTDC軟件建立了110 kV同塔雙回線路分布參數(shù)模型。分析了各種接地方式下110 kV線路感應電壓和感應電流，重點研究了停運線路檢修，線路一側(cè)某相接地刀閘斷開并通過人體接地情況下的感應電壓和感應電流。在研究人體電阻、人體傷害與感應電壓和感應電流以及持續(xù)時間的基礎上，量化分析了檢修人員人身傷害風險與線路長度、運行線路潮流的關系。研究成果對于提升現(xiàn)場操作人員的安全意識，減少安全生產(chǎn)事故具有重要意義。

1 人體傷害與感應電壓、感應電流的關系

1.1 人體電阻

人體阻抗通常包括內(nèi)部阻抗和外部阻抗，外部阻抗與觸電時所穿衣服、鞋襪以及身體的潮濕情況有關，從幾千歐到幾十兆歐不等；內(nèi)部阻抗與觸電者的皮膚阻抗和體內(nèi)阻抗有關。

人體阻抗并非純電阻，但主要由人體電阻決定。人體電阻也不是一個固定的數(shù)值，一般認為干燥的皮膚在低電壓下具有相當高的電阻，約100 kΩ。當電壓大于300 V時，這一電阻便下降為約1 000 Ω。表皮具有這樣高的電阻是因為它沒有毛細血管，手指某部位的皮膚還有角質(zhì)層，角質(zhì)層的電阻值更高，而不經(jīng)常摩擦部位的皮膚的電阻值是最小的。皮膚電阻還同人體與帶電體的接觸面積及壓力有關。當表皮受損暴露出真皮時，人體內(nèi)因布滿了輸送鹽溶液的血管而具有很低的電阻。

一般認為，接觸到真皮里,一只手臂或一條腿的電阻大約為500 Ω，因此，由一只手臂到另一只手臂或由一條腿到另一條腿的通路相當于一只1 000 Ω的電阻。假定一個人用雙手緊握帶電體，雙腳站在水坑里而形成導電回路，這時人體電阻基本上就是體內(nèi)電阻，約為500 Ω。一般情況下，人體電阻可按1 000 Ω～2 000 Ω考慮。

大的接觸表面積，電流路徑為手到手，50 Hz/60 Hz交流接觸電壓為25 V至700 V，50%被測對象的人體總阻抗[8]如圖1所示。

圖1 人體電阻隨接觸電壓變化趨勢

1.2 感應電壓、感應電流與持續(xù)時間的關系

人體承受的感應電壓和感應電流與持續(xù)時間的關系[8-9]曲線如圖2所示。圖2(a)電流曲線中，曲線b的左側(cè)，AC-1至AC-2區(qū)域?qū)θ梭w影響較小，不會造成大的傷害；AC-3區(qū)域可使人產(chǎn)生不自主的肌肉收縮、呼吸困難、可逆性的心臟功能障礙；AC-4曲線，曲線C1右側(cè)即可使人產(chǎn)生心室纖維性顫動，C2-C3區(qū)域可使心室纖維性顫動的概率大于50%。根據(jù)圖2(b)電壓曲線，即使是220 V的市電，承受時間0.5 s以上就會有危險，670 V以上的電壓承受40 ms就會發(fā)生危險。

圖2 人體承受的電壓、電流與持續(xù)時間的關系

2 110 kV線路感應電壓和感應電流

2.1 110 kV線路典型設計方案

按照國家電網(wǎng)公司110 kV輸電線路通用設計[10]，1D1子模塊為海拔1 000 m以內(nèi)，設計基本風速23.5 m/s(離地10 m)，覆冰厚度10 mm，導線LGJ300/40的雙回路鐵塔，地線JLB-100。該模塊直線塔平地和山區(qū)共用1套鐵塔。耐張塔由1D2子模塊兼，懸垂串按I型布置，共4種塔型，桿塔具體設計條件和桿塔型號、尺寸見文獻[10]。導地線參數(shù)如表1所示。

表1 導地線參數(shù)

2.2 典型接地方式下的感應電壓和感應電流

按照前面110 kV線路典型設計方案建立電磁暫態(tài)仿真模型，其中線路模型為考慮頻率特性的分布參數(shù)模型；參考2016年4月某次感應電致死事故發(fā)生時的線路長度，仿真中設定為40 km，導線型號為LGJ300/40，地線型號為JLB-100。仿真中：導地線弧垂均取10 m，絕緣子長度1 m；線路按逆相序懸掛；110 kV系統(tǒng)短路電流一般不超過20 kA。計算時：線路兩側(cè)系統(tǒng)短路電流按5 kA計算等值阻抗； LGJ300線路熱穩(wěn)極限按100 MW考慮。110 kV系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行最高電壓為110×(1+7%)=117.7 kV，在計算中取115～117 kV。線路等效阻抗參數(shù)如表2所示。

表2 LGJ300線路參數(shù)

典型接地方式下的感應電壓和感應電流如表3所示。

表3 典型接地方式下的感應電壓和感應電流

由以上計算，線路一端接地時，停運線路感應電壓主要是電磁感應分量，其大小與線路潮流成正比；感應電流主要是靜電感應分量，其大小與線路潮流無關，感應電壓約600 V，最大感應電流約420 mA。線路兩端均接地時，流過接地刀閘的電流與線路潮流成正比關系，最大電磁感應電流約33 A，感應電壓為0。被檢修線路不接地，停運線路兩側(cè)最大靜電感應電壓約4 kV，與線路潮流無關。

2.3 人體觸電時的感應電壓和感應電流

110 kV同塔雙回線路停運檢修時，一般線路兩側(cè)均通過線路接地刀閘接地，人體最可能受感應電壓、感應電流危害的風險為：在停電線路工作點未裝設人工接地線，停運線路一側(cè)正常接地，另一側(cè)由于人為原因使某接地相斷開，此時，人身將承受一定的感應電壓，并流過一定的感應電流。

2016年4月，某地區(qū)實際生產(chǎn)中已發(fā)生過對線路側(cè)的隔離開關檢修時，檢修人員未加掛接地線，在擅自將線路隔離開關A相線路側(cè)接線板拆開時發(fā)生人身觸電死亡事故。人體在此情況下的觸電示意如圖3所示。

圖3 停運線路上人體觸電示意圖

1)運行線路潮流100 MW，人體電阻從3 000 Ω下降至1 000 Ω時，拆開線路接地刀閘，通過人體接地時的感應電壓和感應電流變化趨勢如圖4所示。

停運線路在此接地方式下，人體承受的感應電壓基本不變，最大約700 V，且基本不隨人體電阻變化；人體接入AC相感應電壓最高，接入B相最低，這主要與兩回導線的排列方式相關。感應電流隨人體電阻的減小將逐漸增大，從200 mA增大到700 mA。

圖4 感應電壓、電流隨人體電阻變化趨勢

2)人體電阻2 000 Ω條件下，感應電壓和感應電流隨運行線路潮流變化趨勢如圖5所示。

由以上計算，人體電阻一定時，人體接觸電壓和流過人體的電流與運行線路潮流成正比；線路潮流10 MW時，人體最大感應電壓約70 V，最大感應電流約35 mA；線路潮流達到20MW時人體感應電壓可達140 V，流過人體的電流可達70 mA。

3)運行潮流線路100 MW，人體電阻2 000 Ω條件下，感應電壓和感應電流隨線路長度變化趨勢如圖6所示。

圖5 感應電壓、電流隨運行線路潮流變化趨勢

圖6 感應電壓、電流隨線路長度變化趨勢

由以上計算，運行線路潮流一定時，人體接觸電壓和流過人體的電流與線路長度成正比；線路潮流100 MW，線路長度5 km以下時，人體接觸電壓在90 V左右，人體電流約40 mA。考慮接觸電壓100 V以下時，人體電阻在2 000 Ω以上，實際通過人體的電流可能比計算值略小，但對人體仍然存在危險。線路長度1 km以下，或者在母線上操作時，人體感應電壓約20 V，感應電流約10 mA。線路長度遠小于5 km不裝設接地線在停電線路檢修時風險較小。

裝設人工接地線后，即使一相接地刀閘通過人體接地，人體上的感應電壓將被人工接地線強制鉗位為0，感應電流全部通過接地線入地，此時可以保證人身安全。

3 人身傷害風險分析

按前面計算，線路長度一定時，接地端一相通過人體接地后，人承受的感應電壓、感應電流與運行線路潮流成正比。

1)按人體正常情況下的電阻2 000 Ω計算，線路40 km，潮流100 MW情況下，人體承受的最大感應電壓約700 V，人體流過的最大感應電流約350 mA；即使線路潮流20 MW情況下最大感應電壓約140 V，人體流過的最大感應電流約70 mA，會對人體造成巨大危害。

實際上，人體在承受300 V以上電壓時，人體電阻將會下降至1 000 Ω左右；電壓100 V以上，人體電阻仍然低于2 000 Ω，約1 500 Ω。線路潮流100 MW情況下，人體承受的最大感應電流約700 mA；若線路潮流20 MW，最大感應電流為93 mA。

由以上分析，停運線路一端一相通過人體接地時，人體通過的電流和接觸電壓遠大于人體對電壓和電流的耐受能力，因此，人在觸電瞬間如果不能快速脫離帶電體，必然會造成人身傷亡。

2)運行線路潮流一定時，人體接觸電壓和流過人體的電流與線路長度成正比；線路潮流100 MW，線路長度5 km以下時，人體接觸電壓在90 V左右，人體電流約40 mA?？紤]，接觸電壓100 V以下時，人體電阻在2 000 Ω以上，實際通過人體的電流可能比計算值更小，但仍然有風險。線路長度1 km以下，或者在母線上操作時，人體感應電壓約20V，感應電流約10 mA，人體可以承受。

4 結(jié) 論

110 kV同塔雙回線路，一回停電檢修時，若拆開一端接地點的其中一相，對人身將產(chǎn)生嚴重的危害甚至死亡。

在此接地方式下，感應電壓和感應電流主要是電磁感應分量，人體觸電時承受的感應電壓和感應電流與運行線路潮流、線路長度成正比；感應電壓與人體無關，感應電流隨人體電阻減小而增大。

線路長度大于5 km或運行線路潮流大于20 MW，若直接拆開一相接地刀閘存在極大的人身安全風險；在實際生產(chǎn)中，應嚴禁此類事件發(fā)生。

對停運線路隔離開關進行檢修，或者其他可能失去接地保護的情況，必須對停運線路先裝設人工接地線再開展工作才能保證人身安全。

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Aiming at the problem that maintenance personnel lack of knowledge about induced voltage and induced current on the non-energized line while another line is energized in 110 kV double-circuit transmission lines, the quantitative analysis of induced voltage and induced current bore by human body when getting an electric shock is carried out based on the typical 110 kV line design. Based on the analysis of human body resistance and the relationship between harms to human body, the induced voltage and induced current and their duration, the relationship between the risk of injury by induced electricity, line length and line flow of energized line is studied. The research results are of great significance to improve the safety consciousness of operators and reduce production safety accidents.

110 kV; double-circuit transmission line on same tower; induced voltage; induced current; harm to human body

TM726.1

A

1003-6954(2017)03-0052-04

2017-01-24)

史華勃(1987)，碩士、工程師，主要從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與控制的研究。