江岳，何葉娜，賈力博，林晨

（廣西壯族自治區(qū)輻射環(huán)境監(jiān)督管理站，廣西南寧 530022）

0 引言

耐張線夾作為“三跨”區(qū)段架空輸電線路的關(guān)鍵連接部件，一旦投入使用，就不易拆卸更換［1］。耐張線夾的壓接質(zhì)量直接影響輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行，采用X 射線探傷檢測技術(shù)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)耐張線夾內(nèi)部存在的缺陷［2］。隨著X射線探傷檢測設(shè)備向小型化發(fā)展，小型脈沖X 射線機(jī)與數(shù)字平板探測器組成的脈沖X 射線數(shù)字成像系統(tǒng)成為耐張線夾探傷檢測的一種新技術(shù)［3］。本文以廣西某220 kV 跨高速路架空輸電線路耐張線夾作為典型探傷元件，研究小型脈沖式XRS-3 型X 射線數(shù)字成像系統(tǒng)的高空探傷檢測，通過對該系統(tǒng)探傷檢測的場所開展輻射環(huán)境監(jiān)測，驗(yàn)證地面監(jiān)督區(qū)和控制區(qū)設(shè)置的合理性，評價(jià)系統(tǒng)高空探傷檢測對工作人員和公眾成員產(chǎn)生的輻射影響，為監(jiān)管部門及核技術(shù)利用企業(yè)的輻射安全管理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究對象

1.1 探傷檢測設(shè)備

本次架空耐張線夾探傷檢測設(shè)備為脈沖式XRS-3型X射線數(shù)字成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由脈沖X 射線探傷機(jī)、高分辨率圖像采集單元、計(jì)算機(jī)圖像處理單元、設(shè)備連接裝置等組成的無損檢測設(shè)備。脈沖X射線機(jī)產(chǎn)生的X射線穿過架空輸變電線路耐張線夾，在數(shù)字成像板形成圖像，圖像經(jīng)過無線接收設(shè)備傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，即可清晰地顯示耐張線夾內(nèi)部的缺陷。XRS-3型脈沖式X 射線數(shù)字成像系統(tǒng)如圖1所示。

XRS-3 型脈沖式X 射線數(shù)字成像系統(tǒng)的X 射線輸出單個(gè)脈沖時(shí)間為25 ns，每秒鐘15個(gè)脈沖，最大X光子能量為270 kV，平均X 光子能量為135 kV，可產(chǎn)生與0.25 mA 恒定電位機(jī)相當(dāng)?shù)膭┝柯剩艽┩?5 mm的鋼片；X射線束角為40°。

1.2 耐張線夾

壓縮型耐張線夾是由鋁管和鋼錨組成，鋼錨用于接續(xù)和錨固鋼芯鋁絞線的鋼芯，將導(dǎo)線和線夾結(jié)合在一起。壓縮型耐張線夾外徑為300～400 mm。

2 研究方案

2.1 探傷場所分區(qū)及檢測流程

本次架空輸電線路耐張線夾探傷檢測所在的鐵塔附近為山體樹林，在鐵塔下方設(shè)置臨時(shí)施工平臺。耐張線夾探傷檢測位置高度分別為29 m、39 m、42 m。

2.1.1 探傷檢測場所分區(qū)布局

根據(jù)環(huán)境評估報(bào)告，需要預(yù)設(shè)控制區(qū)及監(jiān)督區(qū)開展試運(yùn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果重新劃分控制區(qū)及監(jiān)督區(qū)。當(dāng)探傷檢測高度為29 m時(shí)，將距探傷位置下方投影點(diǎn)水平10 m內(nèi)的范圍設(shè)置為控制區(qū)，距探傷位置下方投影點(diǎn)水平25 m內(nèi)的范圍設(shè)置為監(jiān)督區(qū)；當(dāng)探傷檢測高度為39 m 或42 m 時(shí)，將距探傷位置下方投影點(diǎn)水平5 m內(nèi)的范圍內(nèi)設(shè)置控制區(qū)，距探傷位置下方投影點(diǎn)水平10 m內(nèi)的范圍設(shè)置為監(jiān)督區(qū)。

在控制區(qū)和監(jiān)督區(qū)的邊界拉警戒線并設(shè)電離輻射警示標(biāo)志。將探傷檢測現(xiàn)場清場，無關(guān)的輸電線路工作人員引導(dǎo)至監(jiān)督區(qū)外，確保其他公眾人員無法靠近探傷位置正下方投影點(diǎn)50 m的范圍。

2.1.2 探傷檢測流程

在地面組裝脈沖X 射線探傷機(jī)與數(shù)字成像板，檢測位置一般距離地面20～40 m，登塔工作人員到達(dá)檢測位置后，通過滑輪將脈沖X射線數(shù)字成像系統(tǒng)固定在高空中的檢測位置，然后撤到監(jiān)督區(qū)外；地面工作人員在監(jiān)督區(qū)內(nèi)遠(yuǎn)程遙控開啟脈沖X射線探傷機(jī)，成像板接收信號后經(jīng)遠(yuǎn)程無線設(shè)備傳輸?shù)降孛娴挠?jì)算機(jī)，工作人員通過計(jì)算機(jī)觀察判斷壓接質(zhì)量。

2.2 輻射環(huán)境監(jiān)測方案

2.2.1 監(jiān)測點(diǎn)位的布設(shè)

監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在探傷位置正下方地面、控制區(qū)邊界處、監(jiān)督區(qū)邊界處、探傷設(shè)備操作位以及鐵塔上探傷位置的水平最近點(diǎn)。

2.2.2 監(jiān)測儀器

本次監(jiān)測使用的儀器為AT1123X-γ 輻射劑量率儀，其能量響應(yīng)范圍為15～10 MeV；量程為50～10 Sv/h；測量結(jié)果均為周圍劑量當(dāng)量率H*（10），檢定因子為0.99。

2.2.3 監(jiān)測質(zhì)量要求

輻射環(huán)境監(jiān)測要求如下：①監(jiān)測單位具有嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系、完善的質(zhì)量管理制度和規(guī)范的工作程序文件，質(zhì)量保證措施必須覆蓋監(jiān)測的全過程。②現(xiàn)場監(jiān)測的設(shè)備需經(jīng)國家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定。③監(jiān)測工作人員需通過生態(tài)環(huán)境部輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中心的考核，持證上崗。④監(jiān)測儀器定期開展期間核查與穩(wěn)定性檢查，確保儀器穩(wěn)定可靠。⑤現(xiàn)場監(jiān)測時(shí)，至少有2名監(jiān)測人員同時(shí)在場。

2.3 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《工業(yè)X 射線探傷放射防護(hù)要求》（GBZ 117—2015）中規(guī)定的現(xiàn)場探傷作業(yè)分區(qū)設(shè)置要求，本項(xiàng)目探傷工作實(shí)際開機(jī)時(shí)間為1 h，按照標(biāo)準(zhǔn)中的公式計(jì)算，得出控制區(qū)邊界周圍劑量當(dāng)量率為100 μSv/h，明顯大于15 μSv/h，從偏安全角度考慮，本次評價(jià)把探傷作業(yè)時(shí)周圍劑量當(dāng)量率大于15 μSv/h 的范圍劃為控制區(qū)，大于2.5 μSv/h的范圍劃為監(jiān)督區(qū)。

根據(jù)《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18871—2002）中附錄B 的要求，職業(yè)人員連續(xù)5年的年平均有效劑量為20 mSv，公眾成員年有效劑量為1 mSv；一般審管部門選取該限值的1/4 作為職業(yè)人員管理約束值，選取該限值的1/10 作為公眾成員管理約束值。

3 研究結(jié)果

3.1 現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果

XRS-3 型脈沖式X 射線數(shù)字成像系統(tǒng)工作電壓為135 kV，高空X 射線探傷檢測現(xiàn)場時(shí)周圍環(huán)境輻射劑量率監(jiān)測結(jié)果見表1。

3.2 個(gè)人劑量監(jiān)測結(jié)果

現(xiàn)場探傷工作人員在高空X 射線探傷作業(yè)期間均按要求佩戴個(gè)人劑量計(jì)及個(gè)人劑量報(bào)警儀，通過對輻射工作人員連續(xù)4個(gè)季度個(gè)人劑量計(jì)的測量，可得出負(fù)責(zé)高空X 射線探傷作業(yè)輻射工作人員所受到的額外附加累積輻射劑量，監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 個(gè)人劑量監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)果分析與評價(jià)

4.1 高空X射線探傷分區(qū)范圍理論估算

根據(jù)《工業(yè)X 射線探傷室輻射屏蔽規(guī)范》（GBZ/T 250—2014），在關(guān)注點(diǎn)處的劑量率可按以下公式進(jìn)行估算。

4.1.1 泄露輻射

對于漏射、輻射屏蔽，采用以下公式計(jì)算關(guān)注點(diǎn)處的輻射劑量率：

其中，屏蔽投射因子的計(jì)算公式為

公式（1）中：R為輻射源點(diǎn)（靶點(diǎn)）至關(guān)注點(diǎn)的距離，m；HL為距離靶點(diǎn)1 m處X射線管組裝體的泄漏輻射劑量率量，μSv/h。公式（2）中：B為屏蔽透射因子，本項(xiàng)目無屏蔽措施，根據(jù)公式（2），B=1；X為屏蔽物質(zhì)厚度，mm，本項(xiàng)目無屏蔽措施，取0；TVL為X射線在屏蔽物質(zhì)中的什值層厚度，mm。根據(jù)《工業(yè)X射線探傷室輻射屏蔽規(guī)范》中表1的規(guī)定，X 射線管電壓＜150 kV 時(shí)，HL=1×103μSv/h，X射線最大管電壓為270 kV，HL=1 000 μSv/h；X射線管電壓大于200 kV時(shí)，HL=5×103μSv/h，X射線最大管電壓為270 kV時(shí)，HL=5 000 μSv/h。

4.1.2 散射輻射

關(guān)注點(diǎn)的散射輻射劑量率計(jì)算公式為

其中：I為X 射線探傷裝置在最高管電壓下的常用最高管電流，mA，本項(xiàng)目脈沖式X 射線與0.25 mA 恒定電位機(jī)的劑量率相當(dāng)，按I=0.25 mA 計(jì)算。H0為距輻射源點(diǎn)（靶點(diǎn)）1 m 處的輸出量，μSv·m2/（mA·h），以mSv·m2/（mA·min）為單位的值乘以6×104。《工業(yè)X 射線探傷室輻射屏蔽規(guī)范》附表B.1 中并無135 kV 項(xiàng)，因此保守取150 kV 管電壓2 mm 鋁和3 mm 鋁過濾條件下輸出量的較大值18.3 mSv·m2/（mA·min）；表中無270 kV 項(xiàng)，保守取300 kV 管電壓2 mm 鋁和3 mm鋁過濾條件下輸出量的較大值20.9 mSv·m2/（mA·min）。B為屏蔽透射因子，本項(xiàng)目無屏蔽措施，根據(jù)公式（2），B=1。RS為散射體至關(guān)注點(diǎn)的距離，m，本項(xiàng)目取探傷位置至關(guān)注點(diǎn)的最近距離。F為R0處的輻射野面積，m2。a為散射因子，是入射輻射被單位面積（1 m2）散射體散射到距其1 m 處的散射輻射劑量率與該面積上的入射輻射劑量率之比。R0為輻射源點(diǎn)（靶點(diǎn)）至探傷工件的距離，m。

4.1.3 理論估算結(jié)果

根據(jù)公式計(jì)算不同工作電壓下非主射方向周圍劑量當(dāng)量率，結(jié)果見表3。

表3 不同工作電壓下非主射方向周圍劑量當(dāng)量率

由表3 的結(jié)果可知，在270 kV 的工作電壓下，非主射方向距離探傷機(jī)28 m處的劑量率為14.2 μSv/h，為控制區(qū)邊界；距離探傷機(jī)68 m 處的劑量率為2.43 μSv/h，為監(jiān)督區(qū)邊界。在135 kV 的工作電壓下，非主射方向距離探傷機(jī)20 m處的劑量率為13.6 μSv/h，為控制區(qū)邊界；距離探傷機(jī)47 m 處的劑量率為2.50 μSv/h，為監(jiān)督區(qū)邊界；從偏安全角度分析，現(xiàn)場分區(qū)應(yīng)按最大工作電壓270 kV估算。

探傷機(jī)的安裝高度一般為20～40 m，結(jié)合高空探傷機(jī)作業(yè)特點(diǎn)，當(dāng)探傷機(jī)的安裝高度大于28 m時(shí)，控制區(qū)邊界不涉及地面，地面僅涉及監(jiān)督區(qū)，監(jiān)督區(qū)范圍為55～62 m；當(dāng)探傷機(jī)高度小于28 m 時(shí)，控制區(qū)邊界會涉及地面，半徑最大為20 m，監(jiān)督區(qū)邊界半徑范圍為62～65 m。

4.2 人員受照劑量估算及分析

假設(shè)有1 200 根耐張線夾，每根耐張線夾探傷曝光的最長時(shí)間為3 s，年最大曝光時(shí)間為1 h。X-γ 射線產(chǎn)生的外照射人均年有效劑量按下列公式計(jì)算：

4.2.1 工作人員受照劑量估算

（1）地面上的工作人員。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，將操作位1.35 μSv/h、監(jiān)督區(qū)邊界處0.266 μSv/h（脈沖X 射線數(shù)字化成像系統(tǒng)在29 m 高探傷檢測時(shí)，扣除環(huán)境本底，下同）代入公式（4），可計(jì)算出輻射工作人員每年因操作設(shè)備受到的輻射劑量為0.001 4 mSv，每年因巡測而受到的輻射劑量為0.000 3 mSv。上述工作將由3名工作人員輪流進(jìn)行，因此每名工作人員受到的輻射劑量為0.000 6 mSv。

（2）鐵塔上的工作人員。假設(shè)輸電線路工作人員在架空耐張線夾探傷檢測時(shí)留在鐵塔上進(jìn)行其他工作，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，將鐵塔上離探傷位置的最近點(diǎn)56.61 μSv/h 代入公式（4），可計(jì)算出輻射工作人員每年因操作設(shè)備而受到的輻射劑量為0.057 mSv。

4.2.2 公眾成員受照劑量估算

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，將監(jiān)督區(qū)邊界處0.266 μSv/h代入公式（4），可計(jì)算出以輸電線工作人員為代表的公眾成員每年因該項(xiàng)目受到的輻射劑量為0.000 3 mSv。在實(shí)際工作中，輸電線工作人員為流動人員，實(shí)際受到的輻射劑量遠(yuǎn)小于0.000 3 mSv。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

（1）脈沖式X射線探傷機(jī)產(chǎn)生的X射線工作電壓不穩(wěn)定，受鋼板散射及天空反射等因素影響，探傷機(jī)正下方投影點(diǎn)周圍劑量當(dāng)量率測值低于估算結(jié)果。相同探傷機(jī)高度周圍劑量當(dāng)量率估算結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果的比較見表4。

表4 相同探傷機(jī)高度周圍劑量當(dāng)量率估算結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果比較表

（2）鐵塔上的監(jiān)測點(diǎn)距離探傷機(jī)位置水平距離較近，因此其輻射劑量率明顯高于地面。

（3）個(gè)人劑量監(jiān)測結(jié)果與工作人員受照劑量估算結(jié)果相當(dāng)，工作人員的職業(yè)性外照射個(gè)人監(jiān)測結(jié)果符合《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中劑量限值的要求，同時(shí)也符合環(huán)保主管部門規(guī)定的年劑量管理約束值的要求。

（4）由分區(qū)估算結(jié)果可知，探傷機(jī)位置高度大于28 m 時(shí)，在地面可不設(shè)置控制區(qū)；探傷機(jī)位置高度為29 m 時(shí)，探傷機(jī)正下方投影點(diǎn)X 輻射劑量率測值為3.76 μSv/h，小于控制區(qū)邊界限值15 μSv/h，監(jiān)測結(jié)果滿足不劃控制區(qū)的要求。

5.2 建議

①實(shí)施高空X 射線探傷檢測工作前應(yīng)對地面工作場所實(shí)行分區(qū)管理，并且在控制區(qū)、監(jiān)督區(qū)邊界設(shè)置“禁止進(jìn)入X 射線區(qū)”的警告牌，探傷工作人員需確?？刂茀^(qū)內(nèi)沒有任何其他人員并防止其他人員進(jìn)入控制區(qū)。現(xiàn)場探傷作業(yè)工作過程中，控制區(qū)內(nèi)不應(yīng)同時(shí)進(jìn)行其他工作。②探傷檢測現(xiàn)場至少配置3 名工作人員，1 名探傷操作人員位于地面負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程操作，操作位置選擇在控制區(qū)外易于觀察探傷機(jī)的位置，1名登塔工作人員負(fù)責(zé)將探傷檢測設(shè)備固定在耐張線夾下方，完成后立即下塔，與另1 名監(jiān)督工作人員共同負(fù)責(zé)區(qū)外的巡視與監(jiān)護(hù)。③工作人員在試運(yùn)行（或第一次曝光）期間，應(yīng)測量控制區(qū)及監(jiān)督區(qū)邊界的輻射劑量率，確認(rèn)預(yù)設(shè)邊界設(shè)置是否合理，必要時(shí)可調(diào)整控制區(qū)及監(jiān)督區(qū)的范圍和邊界。④高空X射線探傷檢測時(shí)，工作人員應(yīng)按要求佩戴個(gè)人劑量計(jì)及個(gè)人劑量報(bào)警儀，并且盡可能遠(yuǎn)離探傷位置操作，否則應(yīng)采取專門的防護(hù)措施。⑤脈沖式X 射線探傷機(jī)產(chǎn)生的X射線瞬發(fā)劑量高、脈沖寬度窄且瞬發(fā)脈沖X射線能量不重復(fù)出現(xiàn)，因此連續(xù)穩(wěn)定場的探測儀器不能準(zhǔn)確地測量出脈沖X 射線輻射場的周圍劑量當(dāng)量率；此外，采用累積劑量測量方式不能現(xiàn)場判斷探傷作業(yè)現(xiàn)場的“兩區(qū)”劃分是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。針對這些問題，建議有關(guān)部門制定高空X射線探傷檢測的專項(xiàng)輻射環(huán)境監(jiān)測方法及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。