一种水下高压交流电缆对人身安全评价方法及装置

1.本发明涉及对人身安全评判技术领域，尤其涉及一种水下高压交流电缆对人身安全评价方法及装置。


背景技术：

2.随着海上风电产业的迅速发展，海底电缆是海上风电场产生的电能输送至陆地的必不可少的媒介。此外，随着城市化进程的不断加快，城市电网改造工程不断推进，越来越多的高压交流架空输电线落地，电缆穿越河流实现河流两岸电力的输送已成为必然趋势。避免或防止水下电气装置对水下人员安全造成的危害，逐渐成为人们所必须关注的问题。
3.nace rp 0177中规定15v(有效值)的交流电压就会对人员造成安全风险，gb/t3805-2008特低电压(elv)限值中规定在皮肤阻抗和对地电阻较低的情况下，例如潮湿条件，稳态和故障条件下交流电压限值分别为16v以及33v。我国电力行业标准交流电气装置的接地dl/t 621-1997中规定在110kv及以上有效接地系统和6～35kv低电阻接地系统发生单相接地或同点两相接地时，发电厂、变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值：
[0004][0005][0006]
式中，ut为接触电位差，v；us为跨步电位差，v；ρf为人脚站立处地表面的土壤电阻率，ω
·
m；t为接地短路(故障)电流的持续时间，s。
[0007]
调研发现国内外关于人身安全风险的评估大多数仅适用于土壤环境，对于水下环境的人身安全评估方法较少，而如何设计一种水下高压交流电缆对人身安全评判方案成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

[0008]
本发明旨在提供一种水下高压交流电缆对人身安全评价方法及装置，弥补水下高压交流电缆对人身安全评价方法的空白，提供了水下高压交流电缆在不同运行状态下对人身安全的评价方案。
[0009]
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
[0010]
本发明的一个方面提供了一种水下高压交流电缆对人身安全评价方法，包括：s1，在水下高压交流电正常运行情况下，计算电缆附近第一电场强度，如果所述第一电场强度低于第一电场强度阈值，执行步骤s2；如果所述第一电场强度不低于所述第一电场强度阈值，则人身安全评价风险高，执行步骤s3；s2，在水下高压交流电故障运行情况下，计算电缆附近第二电场强度，如果所述第二电场强度低于第二电场强度阈值，人身安全评价风险低，如果所述第二电场强度不低于所述第二电场强度阈值，则人身安全评价风险高，执行步骤s3；其中，所述第一电场强度阈值和所述第二电场强度阈值分别通过以下公式计算：e＝u/
d；其中，e为人身安全电场强度，单位v/m；u为安全电压阈值，单位v；d为身高，单位m；s3，输出人身安全评价风险高的处理意见。
[0011]
其中，所述第一电场强度阈值通过如下方式计算得到：确定摆脱阈值电流和人体总阻抗；根据所述摆脱阈值电流和所述人体总阻抗计算第一安全电压阈值；根据身高和所述第一安全电压阈值计算第一人身安全电场强度值；根据所述第一人身安全电场强度值确定所述第一电场强度阈值。
[0012]
其中，所述第二电场强度阈值通过如下方式计算得到：确定故障清除时间；根据所述故障清除时间确定在故障清除时间的电击持续时间下人体安全电流；确定人体总阻抗；根据所述人体安全电流和所述人体总阻抗计算第二安全电压阈值；根据身高和所述第二安全电压阈值计算第二人身安全电场强度值；根据所述第二人身安全电场强度值作为所述第二电场强度阈值。
[0013]
其中，所述处理意见包括：建议水下人员在切断外加电流装置系统供电电源的情况下进行水下作业；或者建议根据附近水域的电场强度，采取相应的防护措施，方可进行水下作业。
[0014]
本发明另一方面提供了一种水下高压交流电缆对人身安全评价装置，包括：第一计算模块，用于在水下高压交流电正常运行情况下，计算电缆附近第一电场强度，如果所述第一电场强度低于第一电场强度阈值，通知第二计算模块；如果所述第一电场强度不低于所述第一电场强度阈值，则人身安全评价风险高，通知输出模块；所述第二计算模块，用于在水下高压交流电故障运行情况下，计算电缆附近第二电场强度，如果所述第二电场强度低于第二电场强度阈值，人身安全评价风险低，如果所述第二电场强度不低于所述第二电场强度阈值，则人身安全评价风险高，通知所述输出模块；其中，所述第一电场强度阈值和所述第二电场强度阈值分别通过以下公式计算：e＝u/d其中，e为人身安全电场强度，单位v/m；u为安全电压阈值，单位v；d为身高，单位m；所述输出模块，用于输出人身安全评价风险高的处理意见。
[0015]
其中，所述第一计算模块通过如下方式计算第一电场强度阈值：所述第一计算模块，具体用于确定摆脱阈值电流和人体总阻抗；根据所述摆脱阈值电流和所述人体总阻抗计算第一安全电压阈值；根据身高和所述第一安全电压阈值计算第一人身安全电场强度值；根据所述第一人身安全电场强度值确定所述第一电场强度阈值。
[0016]
其中，所述第二计算模块通过如下方式计算第二电场强度阈值：所述第二计算模块，具体用于确定故障清除时间；根据所述故障清除时间确定在故障清楚时间的电击持续时间下人体安全电流；确定人体总阻抗；根据所述人体安全电流和所述人体总阻抗计算第二安全电压阈值；根据身高和所述第二安全电压阈值计算第二人身安全电场强度值；根据所述第二人身安全电场强度值作为所述第二电场强度阈值。
[0017]
其中，所述处理意见包括：建议水下人员在切断外加电流装置系统供电电源的情况下进行水下作业；或者建议根据附近水域的电场强度，采取相应的防护措施，方可进行水下作业。
[0018]
由此可见，通过本发明提供的水下高压交流电缆对人身安全评价方法及装置，提出了水下高压交流电缆在不同工况下人员安全评价方案，全面系统地判断水下高压交流电缆对人员安全风险，从而获得了适用于水下环境中更科学合理的人身安全评估准则，完善
了水下人身安全评价方法，使人身安全风险评估方案更加系统全面。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0020]
图1为本发明实施例提供的水下高压交流电缆对人身安全评价方法的流程图；
[0021]
图2为本发明实施例提供电击持续时间与允许通过人体的电流之间的关系图；
[0022]
图3为本发明实施例提供的水下高压交流电缆对人身安全评价装置的结构示意图。
具体实施方式
[0023]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0024]
图1示出了本发明实施例提供的水下高压交流电缆对人身安全评价方法的流程图，参见图1，本发明实施例提供的水下高压交流电缆对人身安全评价方法，包括：
[0025]
s1，在水下高压交流电正常运行情况下，计算电缆附近第一电场强度，如果第一电场强度低于第一电场强度阈值，执行步骤s2；如果第一电场强度不低于第一电场强度阈值，则人身安全评价风险高，执行步骤s3；
[0026]
s2，在水下高压交流电故障运行情况下，计算电缆附近第二电场强度，如果第二电场强度低于第二电场强度阈值，人身安全评价风险低，如果第二电场强度不低于第二电场强度阈值，则人身安全评价风险高，执行步骤s3；
[0027]
其中，第一电场强度阈值和第二电场强度阈值分别通过以下公式计算：
[0028]
e＝u/d
[0029]
其中，e为人身安全电场强度，单位v/m；u为安全电压阈值，单位v；d为身高，单位m；
[0030]
s3，输出人身安全评价风险高的处理意见。
[0031]
具体地，首先对水下高压交流电缆正常运行时，电缆附近人员人身安全风险进行评价，如果满足电场强度要求，则继续对水下高压交流电缆故障工况下，电缆附近人员人身安全风险进行评价；若不满足电场强度要求，水下人身安全风险高。
[0032]
其中，如果水下人身安全风险高，则输出处理意见以供人员参考。
[0033]
作为本发明实施例的一个可选实施方式，处理意见包括：建议水下人员在切断外加电流装置系统供电电源的情况下进行水下作业；或者建议根据附近水域的电场强度，采取相应的防护措施，方可进行水下作业。具体地，建议水下人员应尽可能在切断外加电流装置系统供电电源的情况下进行水下作业，否则应首先检测附近水域的电场强度，并采取相应的防护措施，方可进行水下作业。
[0034]
具体实现时，本发明收集了gb 16636-2008标准中对于50hz交流电流所对应人体
安全电流的规定，如表1所示。
[0035]
表1人体安全电流
[0036][0037]
gb 16636-2008标准中还给出了电击持续时间与允许通过人体的电流之间的关系，如图2所示。
[0038]
本发明还收集了gb/t 13870.1-2008标准中关于大的接触表面积50hz的正弦交流电流人体总阻抗值，如表2所示。对于中等以及小的接触表面积，电流路径均为手到手，相同接触电压下人体总阻抗要高于大的接触表面积的情况。另外在其他条件相同时，盐水润湿条件下，人体总阻抗最低。另外，由表2可以看出，随着接触电压的增大，人体总阻抗值降低，保守起见，取盐水润湿条件，大的接触表面积，50hz交流电流路径为手到手，接触电压达到1000v时的阻抗作为人体总阻抗值，即575ω。
[0039]
表2盐水润湿条件，大的接触表面积，50hz交流电流路径为手到手的人体总阻抗
[0040][0041]
确定人体安全电流以及人体总阻抗后，根据欧姆定律计算获得水下人员安全电压阈值，然后根据下式计算人体安全电场强度值。
[0042]
e＝u/d
[0043]
式中，e为人身安全电场强度，单位v/m；u为安全电压阈值，单位v；d为身高，单位m。
[0044]
在水下高压交流电缆正常运行时，作为本发明实施例的一个可选实施方式，第一电场强度阈值通过如下方式计算得到：确定摆脱阈值电流和人体总阻抗；根据摆脱阈值电流和人体总阻抗计算第一安全电压阈值；根据身高和第一安全电压阈值计算第一人身安全电场强度值；根据第一人身安全电场强度值确定第一电场强度阈值。
[0045]
其中，水下高压交流电缆在稳态运行情况下取摆脱阈值电流为人体安全电流，此时人体安全电流取值为9ma，人体总阻抗取575ω，计算得到安全电压阈值为5.175v，按照2.0米的身高保守计算电场强度为2.5875v/m，保守起见取2.5v/m作为稳态情况下的安全电场强度值。
[0046]
具体计算时，根据欧姆定律，水下人员安全电压阈值通过人体总阻抗和人体安全电流阈值获得，定义允许流过水下人员的最大电流为人体安全电流，水下高压交流电缆稳态运行情况下，取摆脱阈值电流作为人体安全电流，参考gb 16636-2008，对于50hz交流电流人体摆脱阈值电流为9ma；水下人员人体的总阻抗包括皮肤阻抗和内部组织阻抗，为选择正确的人体总阻抗值需要综合考虑以下因素，包括电流类型，电流流过人体的路径，和皮肤接触的表面积，所接触的皮肤表面的状况(盐水润湿、水润湿、干燥)，接触电压的幅值以及电流的持续时间，保守起见，取盐水润湿条件，大的接触表面积，50hz交流电流路径为手到手的人体总阻抗为人体总阻抗值。此外不同人的阻抗有所不同，表1给出了不同人口百分序的人体总阻抗值，保守起见人体总阻抗取575ω。综上所述，稳态情况下摆脱阈值电流取9ma，人体总阻抗保守取575ω，计算得到安全电压阈值为5.175v，按照2.0米的身高保守计算电场强度为2.5875v/m，近似取2.5v/m作为稳态情况下的人身安全电场强度值。
[0047]
在电缆故障运行时，作为本发明实施例的一个可选实施方式，第二电场强度阈值通过如下方式计算得到：确定故障清除时间；根据故障清除时间确定在故障清除时间的电击持续时间下人体安全电流；确定人体总阻抗；根据人体安全电流和人体总阻抗计算第二安全电压阈值；根据身高和第二安全电压阈值计算第二人身安全电场强度值；根据第二人身安全电场强度值作为第二电场强度阈值。
[0048]
其中，由于人体安全电流的限值与电击持续时间相关，水下高压交流电缆在故障情况下所取的人体安全电流不固定，需根据不同情况下水下高压交流电缆故障清除时间确定人体安全电流大小，然后计算得到水下人员安全电压阈值，进而计算人体安全电场强度值。
[0049]
具体计算时，当高压交流输电电缆发生接地故障时，交流电缆上的电流幅值会比正常运行时大数倍，大量短路电流在电解质中形成一个强大的电场，此时若有人正好处在强电场作用范围内会严重危害人身安全。虽然电力行业在人员触电和漏电保护方面具有高灵敏性和动作快速性，当系统发生人身触电或设备外壳带电时，能迅速切断电源，但由于短路电流较大，即使电击持续时间很短也可能对人身安全造成极大风险。gb 16636-2008标准中给出了人体允许安全电流曲线，如图1所示，人体安全电流的限值与电击持续时间相关。以故障清除时间为200ms为例，根据标准中给出的人体允许安全电流曲线，在200ms电击持续时间下人体安全电流保守取50ma，人体总阻抗保守取575ω，计算得到安全电压阈值为28.75v，按照2.0米的身高保守计算电场强度为14.375v/m，近似取14v/m作为该故障情况下的安全电场强度值。
[0050]
具体实施时，(1)通过现场检测或数值模拟软件仿真计算来获得某水下高压交流电缆稳态运行时周围电场强度，若此时电缆附近电场强度高于2.5v/m，人员安全风险高。(2)通过现场检测或数值模拟软件仿真计算某水下高压交流电缆稳态运行时周围电场强度，若此时电缆附近电场强度低于2.5v/m，则对水下高压交流电缆发生故障时其周围电场强度展开计算或检测，以故障清除时间为200ms为例，根据人体允许安全电流曲线200ms下的人体安全电流取50ma，人体总阻抗保守取575ω，计算得到安全电压阈值为28.75v，按照2.0米的身高保守计算电场强度为14.375v/m，近似取14v/m作为该故障情况下的安全电场强度值，若电场强度低于14v/m，则水下人员安全风险低。
[0051]
由此可见，本发明提供的水下高压交流电缆对人身安全评价方法，提出了水下高
压交流电缆在不同工况下人员安全评价方案，全面系统地判断水下高压交流电缆对人员安全风险，从而获得了适用于水下环境中更科学合理的人身安全评估准则，完善了水下人身安全评价方法，使人身安全风险评估方案更加系统全面。
[0052]
图3示出了本发明实施例提供的水下高压交流电缆对人身安全评价装置的结构示意图，该水下高压交流电缆对人身安全评价装置应用上述方法，以下仅对水下高压交流电缆对人身安全评价装置的结构进行简单说明，其他未尽事宜，请参照上述水下高压交流电缆对人身安全评价方法中的相关描述，参见图3，本发明实施例提供的水下高压交流电缆对人身安全评价装置，包括：
[0053]
第一计算模块，用于在水下高压交流电正常运行情况下，计算电缆附近第一电场强度，如果第一电场强度低于第一电场强度阈值，通知第二计算模块；如果第一电场强度不低于第一电场强度阈值，则人身安全评价风险高，通知输出模块；
[0054]
第二计算模块，用于在水下高压交流电故障运行情况下，计算电缆附近第二电场强度，如果第二电场强度低于第二电场强度阈值，人身安全评价风险低，如果第二电场强度不低于第二电场强度阈值，则人身安全评价风险高，通知输出模块；
[0055]
其中，第一电场强度阈值和第二电场强度阈值分别通过以下公式计算：
[0056]
e＝u/d
[0057]
其中，e为人身安全电场强度，单位v/m；u为安全电压阈值，单位v；d为身高，单位m；
[0058]
输出模块，用于输出人身安全评价风险高的处理意见。
[0059]
作为本发明实施例的一个可选实施方式，第一计算模块通过如下方式计算第一电场强度阈值：第一计算模块，具体用于确定摆脱阈值电流和人体总阻抗；根据摆脱阈值电流和人体总阻抗计算第一安全电压阈值；根据身高和第一安全电压阈值计算第一人身安全电场强度值；根据第一人身安全电场强度值确定第一电场强度阈值。
[0060]
作为本发明实施例的一个可选实施方式，第二计算模块通过如下方式计算第二电场强度阈值：第二计算模块，具体用于确定故障清除时间；根据故障清除时间确定在故障清楚时间的电击持续时间下人体安全电流；确定人体总阻抗；根据人体安全电流和人体总阻抗计算第二安全电压阈值；根据身高和第二安全电压阈值计算第二人身安全电场强度值；根据第二人身安全电场强度值作为第二电场强度阈值。
[0061]
作为本发明实施例的一个可选实施方式，处理意见包括：建议水下人员在切断外加电流装置系统供电电源的情况下进行水下作业；或者建议根据附近水域的电场强度，采取相应的防护措施，方可进行水下作业。
[0062]
由此可见，本发明提供的水下高压交流电缆对人身安全评价装置，提出了水下高压交流电缆在不同工况下人员安全评价方案，全面系统地判断水下高压交流电缆对人员安全风险，从而获得了适用于水下环境中更科学合理的人身安全评估准则，完善了水下人身安全评价方法，使人身安全风险评估方案更加系统全面。
[0063]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。