雷击干扰下，临近管道工作人员存在接触、跨步等电击危险，人员受到的电击危害主要取决于电流大小和通电时间。与输电线路稳态、故障态干扰电流不同，雷击电流的脉冲电流峰值更大、持续时间更短，对应的人员安全电压限值也发生改变。目前，国内外对于雷击导致人身安全的风险评价多参考IEEE Std 80-2013和IEC/TR 60479等相关标准。

对比IEEE Std 80和IEC/TR 60479系列标准可知，IEC/TR 60479细化地考量了人员阻抗、耐受电流及电流路径的影响，且对于持续时间不超过10 ms的瞬态电流的电击危害也进行了考虑，因此该标准的适用范围更广。常见雷击波形为2.6/50 μs瞬态波形，其持续时间小于10 ms，为此雷击下人员电击危害的安全评估应采用IEC/TR 60479。国标GB/T 13870.2-2016《电流对人和家畜的效应 第2部分：特殊情况》取标IEC/TR 60479，其效能为等同采用。

雷击电流人员安全标准限值采用GB/T 13870.2-2016标准规定限值即左手到双脚电流路径下心室纤维性颤动电流阈值，如图1所示。图1中曲线C1以下为无心室纤维性颤动危险；C1以上到C2为心室纤维性颤动危险小（概率达5%）；C2以上到C3为心室纤维性颤动危险中等（概率达50%）；C3以上为心室纤维性颤动危险大（概率大于50%）。其他电流路径下雷击电流人员安全标准限值应参考表1中的心脏电流系数进行修正。

图1 脉冲持续时间小于10 ms时心室纤维性颤动电流阈值

对一定厚度防腐蚀层施加电压后，其束缚的电子在电场的作用下得到加速，并与其他原子碰撞释放出更多电子，从而导致“雪崩”效应使防腐蚀层被击穿。防腐蚀层电气击穿是个复杂的现象，取决于电场强度，防腐蚀层厚度、均匀性等。有文献指出引起聚乙烯防腐蚀层介电击穿的电压（防腐蚀层耐受电压）为厚度与防腐蚀层电气强度的积分值。击穿防腐蚀层需要的峰值电压比雷击电流、输电线路故障电流引起的瞬态脉冲电压更高。通常，随着电压持续时间的减少，击穿防腐蚀层所需电压增大。还有文献给出防腐蚀层瞬态击穿电压为稳态电压的2.5倍。

此外，各标准还给出了漏点电火花检测电压的计算办法，以判断管道防腐蚀层质量。事实上，电火花捡漏电压仅表征了针孔、缝隙、金属夹杂的空气耐受击穿电压或一定厚度防腐蚀层的电气强度，该强度与防腐蚀层电气强度存在一定差异。各标准中的防腐蚀层电火花检漏电压值小于防腐蚀层电气强度值，鉴于两者的差异，在最新标准NACE SP 0177-2019中关于防腐蚀层耐受电压限值相关内容已删除。为此，本工作推荐采用2.5倍的防腐蚀层电气强度计算雷击下防腐蚀层耐受电压，正常稳态电压下常见防腐蚀层的电气强度见表2。

为了确保管道免于电弧风险，管道与电力线塔基础或接地系统任何部分之间必须保持足够的间隔，即安全间距。俄罗斯标准RD 34.21.122—1987指出该安全距离与土壤电阻率密切相关：土壤电阻率ρ≤100 Ω·m时，安全间距为5米；100 Ω·m＜ρ≤1000 Ω·m时，安全间距为5~14米。

国内标准GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》给出的接地装置与管道安全间距D的计算公式为：D=0.4Z（Z为塔杆瞬态阻抗），且D不得小于3米。GB/T 50698—2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》给出了不同输电电压等级下接地体与管道的安全间距。

事实上，雷击电流不仅会使注入点附近土壤形成体积型离子化区域即发生“体积击穿”，还会在击穿梯度更低的远处土壤中形成“离散弧形通道”，使得安全间距成倍增大。针对该弧形通道，MOUSA给出了更为保守的安全间距计算公式，简称Mousa公式：

式中：E₀为土壤离子化电场强度，取值300 kV/m；E_b为土壤的击穿电场强度，取值50 kV/m。

对于安全间距内管道，加拿大电力协会（简称CEA）认为只有当塔杆与管道间存在持续的电弧时才会引起管道的电损害。基于实验室土壤箱和现场试验结果，CEA建立了雷电持续电弧距离D′（cm）与塔杆地电位升V（kV）间的线性回归公式：V=5.801+0.0703 D′。

对于安全间距以外的管道应考虑雷击塔杆引发的闪络电弧影响，管道位于闪络电弧距离范围时，管道存在电弧风险。为此，CEA也给出闪络引起的最大电弧距离D"（cm）与塔杆地电位升间的线性回归公式：V=18.01+0.1082 D″。

基于以上安全间距，可实现管道受雷击电流损伤风险定性评估，即当安全间距大于土壤离子化距离时，结合CEA回归公式并考虑闪络电弧风险；安全距离小于土壤离子化距离时，应按CEA回归公式确定安全距离。

为定量评估管道受雷击干扰风险，有研究发现，管道融蚀区损伤情况与流入管道电流即雷击电流存在较好的拟合关系，从而得到了管道雷击电损伤定量评估公式：

式中：T为管壁烧蚀深度，mm；U²为雷击下管道干扰电压均值有效值，V；E_b取值为750 kV/m。

基于该回归公式，可实现管道损伤定量风险评价，为管道安全提供参考。

人员受接触、跨步电压电危害时，回路电阻为人体内阻与脚-大地接触电阻之和。其中：接触回路中总电阻为人体内阻+1.5ρ（ρ为土壤电阻率，Ω·m），跨步回路中总电阻为人体内阻+6.0ρ。根据GB/T 13870.1给出的人体内阻统计表，本案例中人体内阻取值为500 Ω。为此，人员接触电击危害回路总阻值为575 Ω，跨步电击危害回路总阻值为800 Ω。雷击塔杆后，管道沿线特征点位置处人员接触电压、跨步电压如图5所示。

(a) 接触电压

(b) 跨步电压

图5 接触电压、跨步电压与时间的曲线

从图5可以看出：接触、跨步电压随时间逐渐衰减，距雷击杆塔接地距离越远，接触电压、跨步电压峰值越小，人体回路电流越小，人员触电风险减小。基于接触电压、跨步电压与人体回路电阻计算流经人体回路均值电流有效值I_rms的公式如下：

式中：R_b为与人体电阻串联后回路总电阻阻值，Ω；V_b为人体电压（接触电压或跨步电压），V。

结果表明，雷击干扰下管道特征位置B2处接触电压、跨步电压峰值均最大，流经人体内的电流也最大，接触电压引起的人体电流为1316.9 mA，跨步电压引起的人体电流为251.8 mA。

管道沿线不同位置人员电安全风险情况如图6所示，可以看出雷击干扰下管道距杆塔接地最近特征点位置处流经人员人体的均值电流远小于心室纤维性颤动阈值、均位于C1以下，人员无心室纤维性颤动风险，人员电危害风险小。

图6 人员人身安全风险评价图谱

图7为雷击干扰下管道特征观测点位置防腐蚀层耐受电压分布，可以看出防腐蚀层耐受电压峰值（2090 V）远小于3PE层电气绝缘强度（25 MV/m），防腐蚀层被雷击电流击穿的风险小。

图7 雷击干扰下管道防腐蚀层耐受电压分布

基于上小节中防腐层损伤风险可以看出，管道防腐蚀层受雷击击穿风险小，理论上此时3PE层保护下的管道发生雷击电损伤风险也小。考虑到管道防腐蚀层可能存在划伤、过薄甚至漏点等情况，雷击干扰下管道损伤风险评估仍参考安全间距定性评估办法与定量评估办法进行。

土壤电阻率取值为50 Ω·m，Sunde离子化半径取值5.66 m，根据Mousa公式计算得到Mousa离子化距离为11.4 m。图8为塔杆接地系统地电位升图谱，图9为管道特征点位置管地电位。

图8 塔杆接地系统地电位升

图9 管道特征点处管地电位

根据塔杆地电位升峰值，计算得到持续电弧间距为2.13 m、闪络电弧距离为1.27 m；根据管地电位峰值与管道雷击电损伤定量评估回归公式，计算得到各观测点位置管道雷击损伤深度。管道风险评估结果如表4所示。可知管道观测点均位于Sunde离子化距离外，但B2点位于Mousa离子化距离内，基于塔杆电位升和CEA关于持续电弧、闪络电弧距离评估办法对管道安全距离进行了评估，观测点均满足安全间距要求，其雷击损伤风险小；基于CEA烧蚀数据回归方程得到的定量腐蚀评价结果，显示其引起的最大烧蚀深度为0.14 mm（0.88%壁厚），满足管道安全运行强度要求。