唐建新 劉付強

廣州網(wǎng)視通信息科技有限公司

摘 要：受高壓直流輸電接地極排流的影響，油氣管道上常常形成很高的管地電位，容易導致在絕緣卡套等絕緣薄弱的部位放電，對現場(chǎng)設備和人員的安全構成嚴重威脅。目前普遍采用的解決方案是加裝固態(tài)去耦合器或安裝手動(dòng)合閘裝置，但此類(lèi)方案存在去耦合器易被燒毀、手動(dòng)合閘涉及人員安全等風(fēng)險。提出了一種智能合閘、自動(dòng)排流、平臺集中監控、微信實(shí)時(shí)報警的解決方案，并通過(guò)兩年的實(shí)際應用驗證了效果。

 

受高壓直流輸電接地極排流的影響，油氣管道上常常形成很高的管地電位，從而導致在絕緣卡套等絕緣薄弱的部位放電，對閥室、現場(chǎng)設備和人員安全構成嚴重威脅。

1 安全風(fēng)險及目前應急防護措施

廣東省天然氣管網(wǎng)有限公司的工程師譚春波等研究發(fā)現[1]：

（1）接地極單極大地回路電流運行3 000 A時(shí)，管道最正電位達到140.5 V，最負電位達到﹣12.5 V，管道的最正電位遠高于標準規定的人體安全電壓35 V，管道操作人員存在觸電危險。

（2）接地極單獨大地回路電流運行時(shí)，管道上存在高電壓，管道附屬設施和設備存在損壞風(fēng)險，陰極保護系統無(wú)法進(jìn)行有效的陰極保護。

（3）在電流流出的位置存在重大的腐蝕風(fēng)險；在電流流入的位置存在重大的陰極剝離和氫脆風(fēng)險。

為了降低絕緣卡套燒蝕、場(chǎng)站閥室設施被燒壞和防止人員觸電，目前普遍采取以下應急防護措施進(jìn)行緩解[2]。

（1）將處于干線(xiàn)陰保系統保護的氣液聯(lián)動(dòng)球閥進(jìn)行接地，使閥體與Line Guard控制箱和閥位指示器之間形成等電位。

（2）將站場(chǎng)絕緣接頭位置的等電位連接器更換為固態(tài)去耦合器，將站內外跨接，防止大電流排放時(shí)產(chǎn)生電位差。

（3）對犧牲陽(yáng)極和靠近接地極附近的鋅帶地床進(jìn)行開(kāi)挖，查看犧牲陽(yáng)極腐蝕情況，對檢測發(fā)現的防腐層破損點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行修復。

（4）加強恒電位儀的操作培訓及管理，優(yōu)化恒電位儀操作流程，對現場(chǎng)人員進(jìn)行相關(guān)處理步驟進(jìn)行指導。在電網(wǎng)接地極泄流期間，嚴密監視恒電位儀輸出，當出現電位故障報警時(shí)，切換至恒流狀態(tài)，恒電流狀態(tài)下輸出電流超過(guò)額定輸出時(shí)，拆除零位接陰及陰極電纜。

（5）實(shí)施陰保數據智能化采集，沿線(xiàn)安裝電位 采集儀，對于管段受干擾情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。

（6）在閥室安裝手動(dòng)接地裝置，當收到電網(wǎng)泄流通知后，安排閥室看管人員手動(dòng)合閘接地，讓管道與閥室地網(wǎng)臨時(shí)短接（圖 1）。

2 目前應急防護措施的弊端

上述應急防護措施中，犧牲陽(yáng)極法是原有必須的管道防腐蝕措施之一，不能取消。為保護陰保恒電位儀而臨時(shí)拆除零位接陰及陰極電纜法的流程過(guò)于繁瑣，實(shí)踐中極為不便。

固態(tài)去耦合器本是為防雷用途而設置的，用于電網(wǎng)泄流時(shí)實(shí)現等電位連接，存在以下問(wèn)題。

（1）固態(tài)去耦合器可以在感應雷電情況下，瞬時(shí)通過(guò)額定的最大沖擊電流，但在長(cháng)時(shí)間的電網(wǎng)排流情況下，極易過(guò)熱燒毀，變?yōu)槎搪窢顟B(tài)，而且只有在下一次巡檢時(shí)才能發(fā)現。

（2）固態(tài)去耦合器的額定隔離電壓為對稱(chēng)型﹢2 V/﹣2 V，在某些閥室，由于受到地鐵、工廠(chǎng)的影響，管地之間的電位大部分時(shí)間都超過(guò)﹢2 V/﹣2 V（圖 2），從而導致固態(tài)去耦合器長(cháng)時(shí)間導通，反而導致管道更容易被腐蝕。

（3）由于陰保的存在，各閥室根據離陰保恒電位儀的遠近不同而有不同的管地電位。我們發(fā)現，在有陰保恒電位儀的閥室，如果固態(tài)去耦合器導通后，恒電位儀切換為恒流狀態(tài)，那么固態(tài)去耦合器就無(wú)法自動(dòng)斷開(kāi)，只能一直處于導通狀態(tài)，直至被燒毀。而手動(dòng)接地法存在以下弊端。

①電網(wǎng)公司的接地極對地泄流，通常發(fā)生在深夜負載相對較小的時(shí)候，即使在天黑后收到電網(wǎng)公司放電泄流的通報信息，但場(chǎng)站及閥室值守員很難深夜跑到荒山野地去合閘，人員黑夜出行也存在很多不安全的因素。

②電網(wǎng)公司的設備出現故障后，接地極發(fā)生的故障性放電泄流無(wú)法預知和控制，因此，現場(chǎng)人員很難提前或第一時(shí)間到達現場(chǎng)合閘。

③閥室值守員到現場(chǎng)巡檢、操作及操作固定接地開(kāi)關(guān)，往往都是一個(gè)人進(jìn)行，對于這部分職業(yè)技能有限的外聘人員，現場(chǎng)日常操作仍存在很多風(fēng)險。

④對于電網(wǎng)公司提前通知的計劃性放電泄流，即使按照要求提前合閘，但是合閘的時(shí)間往往比實(shí)際的接地極放電時(shí)間長(cháng)得多，會(huì )造成管道腐蝕加快，不利于管道的防腐保護。

⑤現場(chǎng)操作人員反饋已到達現場(chǎng)并已手動(dòng)合閘，但是合閘的效果或者人員是否真的到現場(chǎng)合閘，管理人員很難管控。

總之，埋地金屬管道的短期保護與長(cháng)期保護出現了 “顧此失彼”的兩難問(wèn)題，國內外目前還未有一種有效措施既能降低管地電位、同時(shí)降低管道腐蝕、在電網(wǎng)泄流時(shí)又能自動(dòng)實(shí)現管地等電位的方法。

3 智能合閘自動(dòng)排流解決方案

受西氣東輸某管理處的委托，我們提出了“智能合閘、自動(dòng)排流、集中監控、微信報警”的解決方案， 即研發(fā)一臺“管道對地電位智能控制排流裝置”（安裝在閥室）、一套集中統一監控平臺（可以在云端）、一個(gè)實(shí)時(shí)監控并收取報警的微信客戶(hù)端，整體系統框架見(jiàn)圖 3。

該方案實(shí)現了以下功能。

（1）自動(dòng)鉗位、自主導通、即時(shí)響應。

（2）在供電電源（包括外接的交流電、或配套的太陽(yáng)能系統）失效的情況下，在設備控制板停機、死機、故障的情況下，也支持在線(xiàn)排流功能。

（3）在有電的情況下，自動(dòng)鉗位與程控智能排流相結合，支持更長(cháng)時(shí)間、更大的排流，并防止電子開(kāi)關(guān)因長(cháng)時(shí)間導通引起過(guò)熱而燒毀、或影響使用壽命。

（4）設備僅在電壓超過(guò)限值時(shí)進(jìn)行合閘操作、在泄流電流低于限值時(shí)進(jìn)行分閘操作，分合動(dòng)作及時(shí)準確，不出現在正常排流期間反復合閘、分閘的情況。

（5）排流的全過(guò)程不得產(chǎn)生電弧、火花。

（6）具備紋波/雜波消除功能，雜散電壓電流不會(huì )引發(fā)合閘誤動(dòng)作。

（7）具備脫網(wǎng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)，支持整機與管道分離。

（8）具備自檢按鈕，支持一鍵全自動(dòng)自檢。

（9）具有手動(dòng)合閘開(kāi)關(guān)，支持人工合閘、分閘。

（10）內部主要模塊采用冗余設計，滿(mǎn)足現場(chǎng)直接替換、維護方便的需求。

（11）支持通過(guò)RS 485、 IP接口或3 G/4 G方式進(jìn)行數據上傳。

（12）上傳的數據除了監控時(shí)的參數以外，還支持上傳自檢結果報告、排流報警、元器件/模塊異常報警等。

（13）采用數據壓縮傳送方式，節約網(wǎng)絡(luò )流量。

（14）全參數集中監控，集中監控，分級、分權管理。

（15）排流自動(dòng)報警，微信通知。本解決方案在兩年內分兩期上線(xiàn)了31臺設備，現場(chǎng)安裝效果見(jiàn)圖 4。

本解決方案上線(xiàn)后，與電網(wǎng)泄流時(shí)間、強度進(jìn)行了同步分析比較。圖 5是2017年1月20日的一次排流，可以看到在管地電壓上升、超過(guò)鉗位電壓時(shí)，設備立即動(dòng)作，進(jìn)行了合閘，從04:35至06:07，持續時(shí)間約1小時(shí)32分，排流期間的最大電流是1.33 A，與南方電網(wǎng)當日大塘接地極當日放電事件吻合。

表 1是安裝在不同閥室的數臺自動(dòng)合閘設備排流與南網(wǎng)一次接地極泄流的時(shí)間關(guān)聯(lián)表，可以看出離接 地極遠近的不同，排流的電流大小有較大差別、時(shí)間有先后、極性有正反。

4 方案的優(yōu)點(diǎn)

采用智能合閘自動(dòng)排流裝置解決方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）集中統一監控：全省或者全網(wǎng)只需要一個(gè)監控中心，就可以監控所有閥室的實(shí)時(shí)管地電位、設備狀態(tài)，以及監控實(shí)時(shí)排流情況。再無(wú)需現場(chǎng)閥室人員抄錄管地電位、手動(dòng)合閘分閘。

（2）微信客戶(hù)端收取報警：只要關(guān)注到微信公眾號，就可以查詢(xún)到閥室的實(shí)時(shí)管地電位值，實(shí)時(shí)收到排流報警通知，有關(guān)領(lǐng)導再無(wú)需等待匯報。

（3）自動(dòng)生成分析報告：運行維護人員可直接調取排流分析報告，與電網(wǎng)的排流通報進(jìn)行比較，為解決管道腐蝕提供詳細數據，提升了運行維護效率和管理水平。

（4）保護了陰保恒電位儀：本解決方案考慮到了不同閥室可能存在不同大小的陰保電壓、以及恒電位儀在管地短接后轉為恒流狀態(tài)的情況，確保在電網(wǎng)排流結束后自動(dòng)實(shí)現分閘，不會(huì )長(cháng)時(shí)間處于短接狀態(tài)。

（5）可以替代固態(tài)去耦合器：固態(tài)去耦合器存在大電流易被燒毀、燒毀后不可立即得知的弊端，且固定的額定通斷電壓不適合不同地方閥室的實(shí)際情況，而本解決方案的智能合閘自動(dòng)排流裝置則可設置合閘、分閘條件，支持100 A的大電流長(cháng)時(shí)間通過(guò)，出現故障則會(huì )立即被發(fā)現，還支持在雷電感應時(shí)自動(dòng)合閘分閘，從而在閥室/場(chǎng)站可以替代固態(tài)去耦合器。

（6）極端情況下無(wú)源排流：支持在無(wú)源情況下的自動(dòng)鉗位、自主導通、即時(shí)響應，從而解決了故障后未及時(shí)維修但電網(wǎng)又在排流的問(wèn)題。

（7）解決了生產(chǎn)安全隱患：由于全過(guò)程智能自動(dòng)，因此閥室看管人員無(wú)需任何操作，避免了觸電危險，也對管道施工人員起到保護作用。

5 結束語(yǔ)

埋地油氣儲運管道受高壓直流輸電接地極泄流影響，危及設備、設施及人員安全，普通加裝固態(tài)去耦合器或手動(dòng)合閘裝置的方案存在較大弊端，所提出的“智能合閘、自動(dòng)排流、集中監控、微信報警”的解決方案，可以節約運行維護成本，消除生產(chǎn)一線(xiàn)的安全隱患，提升安全管理水平，是管道保護領(lǐng)域值得推廣的智慧解決方案。

參考文獻：

[1]譚春波，許明忠，向敏，夏祝福.魚(yú)龍嶺接地極單極大地回路電流運行對天然氣管道的影響分析[J].管道保護,2018，（2）： 47-51.

[2]王革，許明忠，譚春波，向敏，夏祝福.高壓直流輸電系統接地極對管道干擾影響研究及治理[J].管道保護， 2018，（3）： 54-57.

 

作者：唐建新，廣州網(wǎng)視通信息科技有限公司總經(jīng)理。劉付強，男， 1966年生，中科院廣州電子技術(shù)有限公司高級工程師。