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基礎設施對油氣管道干擾規律及識別方法

2018-04-04 10:41:06 作者：汪江偉來源：《腐蝕與防護》分享至：

　　埋地油氣管道與電氣基礎設施并行或交叉時，常常受到雜散電流干擾。如何快速識別城鎮基礎設施對管道的干擾類型，根據干擾源類型采取相應的防護措施，對雜散電流的防治具有重要工程價值。

本文以我國東部某管道沿途受到城市地鐵、高鐵、高壓交/直流輸電線等多種干擾為背景，開展雜散電流干擾源識別及防護措施研究。

現場測試內容和方法

01 研究對象

為上海至南京某管段，總長335km（管道里程148km～483km），外防腐層為加強級熔結環氧粉末，管徑Φ762mm，材質為X60鋼。

根據前期現場調研結果，分別選擇管道與城市地鐵、高鐵、高壓交流輸電線路、高壓直流輸電系統臨近的位置開展現場測試。

02 現場測試內容

● 管道通電電位；

● 管道斷電電位；

● 交流干擾電壓；

● 交流干擾電流密度。

現場測試示意圖如圖1所示。所有測試前，先將試片買入地下24小時，使之充分極化后開始檢測。

圖1 通/斷電電位、交流干擾電壓以及交流干擾電流密度現場測試示意圖

03 參考標準

GB/T 21246-2007《埋地鋼質管道陰極保護參數測量方法》

GB/T 50698-2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》

測試結果及分析

01 城市地鐵對管道干擾規律分析

管道473~479km段靠近南京地鐵2號線，與地鐵最近距離約5km。現場測試結果如圖2所示。

（a）管地通、斷電電位（b）交流干擾電壓、交流干擾電流密度

圖2 管道478km測試樁監測結果

由圖2（a）可知通電電位在地鐵運營時間段內波動較大，同時，在地鐵運行時段內管道的斷電電位出現比較明顯的波動，地鐵停運后管道不受干擾。地鐵運行期間同一位置處管地電位既發生正向波動，也發生負向波動。

由圖2（b）可知，地鐵雜散電流對管道交流電壓和交流電流密度影響不大。

導致管地電位正負波動的原因主要有2種：

1）地鐵機車運行位置的影響

如圖3所示，地鐵機車的運行位置可能導致同一位置管地電位發生不同方向的偏移。此外，由于一個區域內地鐵機車數量往往不止一輛，多機車的相互作用下使得管地電位波動更加復雜和頻繁。

（a）機車在1號位置處干擾電流趨勢（b）機車在2號位置處干擾電流趨勢

圖3 地鐵機車運行位置的影響原理圖

2）地鐵運行狀態的影響

地鐵在加速運行和剎車時泄漏電流方向相反，從而導致管道上的雜散電流方向隨之發生改變。

02 高鐵對管道干擾規律分析

現場選擇2處距離高鐵較近的位置進行測試。

圖4 管道341km測試樁管地通、斷電電位監測結果

（a）總體監測結果（b）局部放大圖

圖5 管道341km測試樁管道交流干擾電壓、交流干擾電流密度監測結果

如圖4、5可見，341km處管道通斷電電位沒有明顯的變化特征，而在該處交叉穿越位置管道交流干擾電壓和交流電流密度呈現間歇性峰值。

（a）管地通、斷電電位（b）交流干擾電壓、交流干擾電流密度

圖6 管道465km測試樁監測結果

465km測試樁處測試結果如圖6所示。管道通斷電電位的波動是由該處位置靠近南京地鐵導致的，與341km處類似管道交流干擾電壓和交流電流密度也呈現間歇性峰值。

我國高鐵主要采用交流供電，因此對管道主要產生交流雜散電流干擾。兩處測量結果顯示，在管道與高鐵交叉位置和并行位置都受到雜散電流干擾，而且即使采用高架方式管道也可能受到干擾，如465km處。

對單個干擾峰進行局部放大，如圖5（b）所示。高鐵干擾尖峰是個逐步升高再降低的過程，對該高鐵干擾尖峰進行統計，結果顯示干擾尖峰持續時間為30~250s之間。

03 高壓交流輸電線路對管道干擾規律分析

（a）管地通、斷電電位（b）交流干擾電壓、交流干擾電流密度

圖7 管道347km測試樁處監測結果

現場測試結果如圖7所示。由圖7可見，高壓交流輸電線路主要對埋地管道產生穩定的交流干擾，而對管地通斷電電位影響不大。高壓交流輸電線路對管道的干擾會隨著其負荷（導線電流）變化而有所改變。在晚上用電量較少干擾較小，而在白天負荷高對管道的干擾較大。

04 高壓直流輸電系統對管道干擾規律分析

現場調研顯示202km測試樁處距離三峽—上海直流輸電工程華新換流站接地極約20km，現場測試結果如圖8所示。

（a）管地通、斷電電位（b）交流干擾電壓、交流干擾電流密度

圖8 直流輸電系統雙極對稱輸電方式示意圖

由圖8可見，管地通電電位波動劇烈，而管道交流干擾電壓和電流密度均比較低。但是與地鐵干擾不同，雖然管地通電電位也隨時間發生快速正負向波動，但是并沒有明顯的時間界限，即白天和晚上均發生波動。

圖9 直流輸電系統雙極對稱輸電方式示意圖

我國高壓直流輸電系統多采用雙極對稱輸電，即兩導線的電流大小相等，方向相反，入地電流相互抵消，如圖9所示。實際工況下，由于系統無法完全一致導致兩極之間會有一定的不平衡電流通過直流接地極流入大地，通常小于額定電流的1%。但是由于直流輸電的電流非常大（通常為幾千安培），即使是1%也有幾十安培，該不平衡電流會對周圍的管道產生動態直流干擾。

05 城鎮基礎設施對管道干擾的識別方法

通過現場測試結果分析了4種干擾類型特征，各種干擾特征和識別方法如下：

（1）城市地鐵

主要產生動態直流干擾。管地通斷電位呈現明顯的波動特征，且波動與時間呈現明顯對應性，即白天地鐵運行時直流電位波動明顯，而晚間地鐵停運后直流電位波動較小；

（2）高鐵

主要產生動態交流干擾。管道交流干擾電壓呈現明顯的間歇干擾峰，本次現場檢測的干擾峰值持續時間為30~250s；

（3）高壓交流輸電線路

主要產生穩態交流干擾。管道交流干擾電壓比較穩定，會隨著一天用電負荷的變化呈現相對緩慢的變化；

（4）高壓直流輸電系統

當直流輸電系統雙極-大地回路運行時，主要產生動態直流干擾。管地直流電位呈現動態波動特征，但與地鐵直流干擾不同的是管地直流電位波動沒有明顯時間對應性。

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責任編輯：王元