本文介紹了埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿朗艿降罔F系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散電流干擾影響，提出了一種科學(xué)合理的檢測方法，該方法能夠有效的檢測與評價(jià)雜散電流對埋地鋼質(zhì)管道的影響程度，以及如何分析雜散電流的流入流出區(qū)域。并且通過實(shí)際工程應(yīng)用論證了該方法的有效性與科學(xué)性，為相關(guān)工程提供了較好的參考價(jià)值。

 

    文| 王春起　曹光貴　危　唯　佛山市燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司

 

    隨著我國城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，城市軌道交通的建設(shè)出現(xiàn)了遍地開花井噴式的發(fā)展局面，特別是地鐵建設(shè)在一二線城市多數(shù)在開展。由于地鐵動(dòng)力系統(tǒng)采用的是直流供電牽引模式，地鐵投入運(yùn)行之后產(chǎn)生的雜散電流對周圍埋地鋼質(zhì)管線的影響也日趨嚴(yán)重，特別是對城市埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿腊踩\(yùn)行，帶來了很多安全風(fēng)險(xiǎn)問題。如杭州市、寧波市、深圳市、廣州市、佛山市等城市地鐵沿線區(qū)域埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿溃捎谑艿罔F雜散電流干擾影響， 管道陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)電位數(shù)據(jù)均出現(xiàn)異常變化，有些區(qū)域?qū)е氯細(xì)夤艿腊l(fā)生嚴(yán)重腐蝕。

 

    雜散電流是否對埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿喇a(chǎn)生腐蝕影響，以及影響程度的大小，如何檢測與評價(jià)，目前各個(gè)城市的做法不一，由于地鐵雜散電流產(chǎn)生的復(fù)雜性，按照目前的國家規(guī)范進(jìn)行檢測與評價(jià)往往存在一些難點(diǎn)和偏差。為此我們在實(shí)際工作中對地鐵雜散電流影響埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿溃绾芜M(jìn)行檢測與評價(jià)，做了一些探討和研究工作，下面把具體的檢測與評價(jià)方法詳細(xì)介紹供參考。

 

    評價(jià)方法原理簡介

 

    埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿涝谑艿酵饨珉娏饔绊憰r(shí)，分析判別這個(gè)電流是對金屬管道產(chǎn)生腐蝕影響還是起到陰極保護(hù)作用，其分析判斷依據(jù)就是檢測分析這個(gè)電流對埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿喇a(chǎn)生的極化電位數(shù)據(jù)，當(dāng)埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖臉O化電位比其在該位置土壤中的自然電位正向偏移時(shí)，埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿朗歉g狀態(tài)（陽極傾向）--即外界電流對管道產(chǎn)生電解腐蝕作用，說明這個(gè)電流是從埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿乐辛鞒觯划?dāng)極化電位比埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖淖匀浑娢回?fù)向想偏移時(shí)，埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿朗翘幱陉帢O保護(hù)狀態(tài)（陰極極）--即外界電流對管道起陰極保護(hù)作用，說明外界電流是從周圍環(huán)境中流入埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿馈Ｒ虼藱z測獲得埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿涝陔s散電流影響情況下的極化電位是一項(xiàng)重要工作。

 

    在GB-T21448-2008《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》陰極保護(hù)準(zhǔn)則中規(guī)定，（1）管道陰極保護(hù)電位（即管/ 地界面極化電位） 應(yīng)負(fù)于-850mV 或更負(fù)；（2）管道去極化電位差大于等于100mV （即極化電位較自然電位負(fù)100mV），管道處于完全陰極保護(hù)狀態(tài)，在完全陰極保護(hù)狀態(tài)下管道不會(huì)與周圍環(huán)境發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)。在規(guī)范中還要求“埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖年帢O極化電位不能夠負(fù)于-1200mV”，極化電位更負(fù)情況下管道可能發(fā)生陰極剝離反應(yīng)。

 

    檢測方法

 

    當(dāng)埋地鋼質(zhì)管道上存在地鐵雜散電流干擾情況下，管道的對地電位會(huì)出現(xiàn)異常的波動(dòng)現(xiàn)象，采用普通萬用表與硫酸銅參比電極檢測方法，很難獲得管道的陰極保護(hù)電位（管/ 地電位）準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，采用瞬時(shí)斷電法直接測量管道的極化電位就更不可行， 因?yàn)殡s散電流在管道上始終存在無法斷開。因此要評價(jià)地鐵雜散電流對埋地鋼質(zhì)管道是否產(chǎn)生腐蝕影響，首先需要解決雜散電流干擾情況下管道極化電位的測量方法。

 

    檢測管道的極化電位的方法我們進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)，用極化探頭檢測由于受人為因素影響較大，同一個(gè)點(diǎn)不同人之間的檢測數(shù)據(jù)有很大誤差；采用檢測試片加手動(dòng)開關(guān)斷電法檢測數(shù)據(jù)誤差也較大，這兩中方法效果均不理想。通過多次試驗(yàn)后，用試片加電流中斷器，再用密間隔電位檢測儀（CIPS）檢測試片的極化電位效果較好。方法是：檢測時(shí)在埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿郎嫌脤?dǎo)線連接一個(gè)與管道材質(zhì)相同的標(biāo)準(zhǔn)測試片，并將測試片埋在管道附近約10cm- 20cm 地下，為了保證試片與土壤有良好接觸可以適當(dāng)澆水以確保試片與大地良好接觸，管道與測試片的導(dǎo)線中間串接一個(gè)電流中斷器，這樣測試片與管道和大地三者之間構(gòu)成一個(gè)電流導(dǎo)通的回路（接線方法見圖1）。埋地燃?xì)夤艿郎系母鞣N電流通過導(dǎo)線- 電流中斷器-測試片-大地回流，這時(shí)各種電流對測試片產(chǎn)生極化效應(yīng)。通過電流中斷器的“通與斷”，可控制雜散電流在試片上的流動(dòng)與斷開，再用測量儀器CIPS 檢測試片的瞬時(shí)“通與斷” 電位，即可視為管道的管/ 地電位Von（CSE）和管道的Voff（CSE） 電位-即極化電位，可視為雜散電流對管道產(chǎn)生的極化影響。

 

 

    有關(guān)測試片的面積大小對檢測結(jié)果的影響，和極化電位檢測結(jié)果如何去除IR 降影響--即斷電延遲時(shí)間影響，我們也做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，兩試片的面積分別為10cm×5cm×7mm、5cm×2.5cm×7mm。檢測所用密間隔電位檢測儀（CIPS）由加拿大PETER 公司生產(chǎn)，CIPS 測量主機(jī)與電流中斷器之間“通與斷”同步， 采用GPS 衛(wèi)星時(shí)鐘同步，保證了CIPS 測量主機(jī)與電流中斷器之間檢測同步。

 

    在保證兩塊測試片被電流充分極化的情況下，設(shè)置中斷周期為3s，其中通電時(shí)間開2s，關(guān)斷時(shí)間1s，關(guān)斷后向后延遲，從5ms-250ms 每隔5ms 測量一組測試片的Voff（CSE）電位--即極化電位和Von（CSE）電位，檢測數(shù)據(jù)分析見圖2。

 

    分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明，測試片在被電流極化后，利用斷電法檢測極化電位時(shí)，斷電后再延遲一定時(shí)間測量，就可以消除土壤中IR 降的影響，延遲后測量的試片電位即為極化電位。分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到，向后延遲約70ms-250ms 之間測得的電位數(shù)據(jù)變化很小， 說明70ms 后檢測電路中的電流已經(jīng)下降到接近零，即電路中的IR 降為零。斷電后0ms-70ms 之間還有殘余電流存在。

 

    在充分考慮消除土壤中IR 降，保障極化電位不受影響情況下， 極化電位測量系統(tǒng)設(shè)置為：電流中斷器中斷周期為3s，其中通電時(shí)間開2s，關(guān)斷時(shí)間1s，關(guān)斷后向后延遲為100ms 開始測量測試片的電位--即視為極化電位。

 

    雜散電流檢測實(shí)例

 

    區(qū)域概況

 

    佛山市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限公司的一條中壓埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿溃c廣佛地鐵并行，位于地鐵線路的上方，水平距離均在10 米范圍以內(nèi)， 并行長度約10 公里。廣佛地鐵通車以后，日常檢測中發(fā)現(xiàn)管道電位出現(xiàn)異常強(qiáng)烈波動(dòng)，通過24 小時(shí)監(jiān)測管道電位變化，發(fā)現(xiàn)管道電位波動(dòng)范圍在-3.226V-+0.846V 之間，波動(dòng)時(shí)間出現(xiàn)在每日5:00 點(diǎn)-24:00 點(diǎn)，這個(gè)時(shí)間是地鐵運(yùn)行期間；每日0:00 點(diǎn)-5:00 點(diǎn)之間管道電位穩(wěn)定，與沒有通地鐵前基本相同，這個(gè)時(shí)間是地鐵停運(yùn)期間（檢測數(shù)據(jù)分析圖見圖3）。檢測數(shù)據(jù)說明埋地燃?xì)夤艿郎洗嬖趶?qiáng)雜散電流干擾，雜散電流來源于地鐵運(yùn)行期間。

 

 

    雜散電流影響檢測

 

    為了解地鐵雜散電流對埋地燃?xì)夤艿赖奈：Τ潭却笮。枰獧z測地鐵雜散電流對管道產(chǎn)生的極化電位，檢測過程中，既檢測了地鐵運(yùn)行期間的燃?xì)夤艿罉O化電位，又檢測了地鐵停運(yùn)期間管道的極化電位。地鐵運(yùn)行期間檢測安排在每日的8:00-20:00 之間；地鐵停運(yùn)期間檢測，安排在每日凌晨0:00 點(diǎn)-5:00 點(diǎn)之間進(jìn)行。約10 公里埋地燃?xì)夤艿拦灿?jì)設(shè)置20 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，檢測時(shí)每個(gè)檢測點(diǎn)按圖1 方式接線，每個(gè)點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測15 分鐘，每3 秒鐘（開2S、關(guān)1S、關(guān)斷后100ms 測量Voff）記錄一組測試片的VON 電位和Voff 電位，檢測的同時(shí)用另一個(gè)相同的測試片測量對應(yīng)點(diǎn)的自然電位，共計(jì)獲得40 組管道電位檢測數(shù)據(jù)。20 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)檢測數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)情況見表1《地鐵沿線區(qū)域主干管道雜散電流檢測數(shù)據(jù)分析結(jié)果一覽表》和雜散電流監(jiān)測數(shù)據(jù)分析曲線圖4- 圖5。

 

    檢測數(shù)據(jù)分析

 

    地鐵停運(yùn)期間管道的極化電位比較穩(wěn)定，可以視為管道在沒有地鐵雜散電流干擾情況下的陰極保護(hù)電位。地鐵運(yùn)行期間由于燃?xì)夤艿朗艿降罔F產(chǎn)生的雜散電流影響，管道的極化電位會(huì)發(fā)生偏移或波動(dòng)，偏移或波動(dòng)范圍越大說明雜散電流影響越嚴(yán)重。如果管道受到地鐵產(chǎn)生的雜散電流影響，極化電位比沒有干擾情況下“負(fù)向”偏移，說明地鐵雜散電流是流入管道，若負(fù)向偏移沒有比1200mV 更負(fù)，則雜散電流對管道沒有影響，是起保護(hù)作用。若管道受到地鐵產(chǎn)生的雜散電流影響，極化電位比沒有干擾情況下“正向”偏移，說明地鐵雜散電流是流出管道，雜散電流對管道產(chǎn)生腐蝕影響。1 號和10 號兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析圖可以一看出， 1 號點(diǎn)地鐵運(yùn)行期間管道的極化電位，有正向偏移趨勢，說明這個(gè)區(qū)域雜散電流是從管道上流出，通過調(diào)查也證實(shí)，1 號點(diǎn)距離地鐵系統(tǒng)匯流站最近，只有100 米左右；10 號監(jiān)測點(diǎn)在地鐵運(yùn)行期間，管道的極化電位有明顯的負(fù)向偏移，說明是地鐵雜散電流的流入?yún)^(qū)域，雜散電流對管道沒有影響。

 

 

    更進(jìn)一步分析管道的電位檢測數(shù)據(jù)（見圖4 和圖5），發(fā)現(xiàn)， 管道上存在雜散電流時(shí)，極化電位（Voff 電位）波動(dòng)范圍明顯比開電位（VON 電位）收窄很多，特別是地鐵雜散電流引起VON 電位負(fù)向偏移時(shí)，管道的極化電位幾乎沒有負(fù)向偏移發(fā)生變化（或很小），說明引起電位負(fù)向變化的雜散電流對燃?xì)夤艿烙绊懞苄　６艿朗茈s散電流影響，VON 電位正向波動(dòng)時(shí)，管道的極化電位同時(shí)發(fā)生正向偏移變化，說明引起電位正向變化的電流對燃?xì)夤艿烙绊懞艽螅瑫?huì)產(chǎn)生腐蝕。

 

 

    結(jié)論

 

    （1）埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿朗艿降罔F系統(tǒng)雜散電流干擾影響時(shí)， 測量管道的極化電位分析與評價(jià)雜散電流對管道的影響程度，是一種較好的方法；

 

    （2）埋地鋼質(zhì)管道上存在直流雜散電流干擾，檢測管道的極化電位時(shí)，可以采用與管道材質(zhì)相同的測試片法測量。方法是用導(dǎo)線把測試片和管道連接在一起，測試片埋地與管道構(gòu)成電流回路，在導(dǎo)線上安裝電流中斷器，用CIPS 檢測儀測量試片的極化電位， 即可視為管道的極化電位；這種瞬時(shí)斷電測量法，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，數(shù)據(jù)結(jié)果不因檢測人員改變而發(fā)生變化；

 

    （3）檢測所用測試片面積以5cm×2.5cm× 測量管道的厚度為宜，這種規(guī)格的測試片與管道連接后在-1.2V 左右的管道電位時(shí)， 5 分鐘左右即可完全被極化，測試片面積越大需要的極化時(shí)間越長；

 

    （4）瞬時(shí)斷電法測量極化電位，電流中斷器中斷周期設(shè)置為3s，其中通電時(shí)間為2s，關(guān)斷時(shí)間1s，斷電后再向后延遲100ms 測量測極化電位較好，可以去除IR 降的影響，極化電位又沒有明顯下降。