錢(qián)玉華 孟祥華

中國石化天然氣榆濟管道分公司

摘 要：就特高壓直流輸電線(xiàn)路正常運行、單極運行短路故障和雷擊時(shí)對埋地油氣管道電磁干擾的影響機理和安全限值進(jìn)行了研究，提出了削減電磁干擾影響的防護措施，可為加強油氣管道安全管理工作提供參考。

關(guān)鍵詞：直流輸電；油氣管道；影響機理；安全限值；防護措施

直流輸電線(xiàn)路與埋地油氣管道相鄰時(shí)，對管道可能造成的電磁干擾有三個(gè)方面：一是輸電線(xiàn)路正常運行時(shí)諧波電流對管道產(chǎn)生的交流感應電壓影響；二是輸電線(xiàn)路單極大地回線(xiàn)運行時(shí)接地極對管道產(chǎn)生的直流干擾腐蝕影響；三是輸電線(xiàn)路發(fā)生單極接地故障時(shí)的短路電流以及桿塔遭受雷擊時(shí)的沖擊電流，對管道防腐層及人身安全的影響。如果上述影響的數值超過(guò)所允許的安全限值，則可能會(huì )對管道安全運行造成隱患[1,2]。

對電磁干擾的影響機理、安全限值進(jìn)行研究分析，提出削減電磁干擾影響的防護措施，對于保障油氣管道安全運行具有積極作用。

1 電磁干擾影響因素

直流輸電線(xiàn)路對埋地油氣管道的電磁干擾影響因素可分為容性耦合、感性耦合、阻性耦合三類(lèi)。

1.1 容性耦合

直流輸電線(xiàn)路導線(xiàn)上有電壓，其周?chē)�存在電�?chǎng)，由于靜電感應作用，管道上產(chǎn)生感應電壓。絕大部分油氣管道埋地敷設，大地對電場(chǎng)有良好的屏蔽作用，可忽略容性耦合影響。對于正在建設或者維修時(shí)管道可能裸露在地面的情況，通過(guò)對管道進(jìn)行分段接地，同樣可能消除容性耦合影響。

1.2 感性耦合

直流輸電線(xiàn)路導線(xiàn)上存有不同頻率的諧波電流，會(huì )在周?chē)�產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當直流輸電線(xiàn)路與管道鄰近時(shí)，交變磁場(chǎng)通過(guò)電磁感應，在管道上產(chǎn)生感應電壓。直流輸電線(xiàn)路正常運行或單極運行時(shí)，都會(huì )對埋地管道產(chǎn)生感性耦合影響。管道交流干擾電壓的大小，跟管道與輸電線(xiàn)路位置關(guān)系，輸電線(xiàn)路電流大小及頻率，管道防腐層電阻率、土壤電阻率等有關(guān)。

管道的防腐層不可能是絕對絕緣的，此感應電壓通過(guò)管道縱向阻抗、對地阻抗及大地構成的回路產(chǎn)生對地泄漏電流，從而產(chǎn)生交流腐蝕。通常防腐層的漏點(diǎn)處是電流進(jìn)出的主要通道，交流腐蝕也最為嚴重。另外當管道上感應電壓較高時(shí)，可能影響在管道上進(jìn)行測量或維修作業(yè)的人員安全。

1.3 阻性耦合

直流輸電線(xiàn)路的桿塔設有接地裝置，當輸電線(xiàn)路出現短路故障或者遭受雷擊時(shí)，一部分電流 I G會(huì )從鐵 塔的接地裝置（接地阻抗為 Z G）流入大地，此時(shí)鐵塔電位為 U Gmax=I G×Z G。電流通過(guò)大地向遠處擴散，周?chē)�地表電位�?huì )產(chǎn)生一定的電位升U G ，從而使經(jīng)過(guò)的管道對地電位升高。圖 1為鐵塔附近地表電位的衰減示意圖，由此可見(jiàn)，當桿塔接地距離管道較近時(shí)，短路故障或者遭受雷擊時(shí)管道電位大幅上升，可能擊穿管道防腐層或者對在管道上進(jìn)行測量或維修作業(yè)的人員造成不利影響。

直流輸電線(xiàn)路會(huì )定期切換成單極大地運行模式進(jìn)行線(xiàn)路檢修。此時(shí)電流通過(guò)接地極向土壤無(wú)窮遠擴散，從而形成回路，接地極處入地電流會(huì )達到幾千安培。當經(jīng)過(guò)油氣管道時(shí)，電流可能從管道防腐層或者場(chǎng)站閥室接地進(jìn)出管道，從而使管道發(fā)生直流雜散電流干擾腐蝕，管道電位變化嚴重時(shí)甚至會(huì )影響恒電位設備運行，造成絕緣接頭或法蘭故障。

2 電磁干擾影響安全限值

為確保管道作業(yè)人員人身安全、防止管道防腐層擊穿、減小管道腐蝕，在線(xiàn)路路由選擇和建設運行中，必須將各種影響控制在安全限值內。所以在輸電線(xiàn)路工程設計時(shí)通過(guò)計算或者在輸電線(xiàn)路建成投用后需要通過(guò)測試相關(guān)干擾數值，與安全限值進(jìn)行比較。

2.1 人身安全電壓限值

輸電線(xiàn)路正常運行時(shí)，主要考慮諧波電流在管道上的感應電壓。一般情況下，只有管道工作人員在測試電位或者維修時(shí)才有可能觸碰到與管道金屬部分有連接的裸露金屬部件，參照GB 6830―1986《電信線(xiàn)路遭受強電線(xiàn)路危險影響的允許值》，選取針對職業(yè)人員的 60 V 作為人體長(cháng)時(shí)間安全電壓限值。在輸電工程設計時(shí)通過(guò)加拿大模擬軟件計算感應電壓值或在輸電線(xiàn)路建成后直接使用萬(wàn)用表測試，得出的數值可與60 V相比較。

輸電線(xiàn)路出現短路故障時(shí)，作用時(shí)間一般很短且發(fā)生的概率較小，有管道工作人員在測試電位或者維修作業(yè)的幾率更小，參照DL/T 5340―2006《輸電線(xiàn)路對電信線(xiàn)路危險和干擾影響防護設計規程》，選取3 000 V（峰值）作為人體瞬時(shí)安全電壓限值。在輸電工程設計時(shí)，可以通過(guò)公式U Gmax=I G×Z G計算桿塔處最大電位（短路電流I G可參考選取典型參數10 kA），進(jìn)而通過(guò)鐵塔附近地表電位的衰減示意圖大概測算管道電位，測算出的數值可與3 000 V相比較。

2.2 管道防腐層安全電壓限值

目前，針對直流輸電線(xiàn)路單極接地故障及遭受雷擊時(shí)對管道防腐層電壓產(chǎn)生的影響，國內外尚無(wú)明確的限值要求�？蓞⒖嘉錆h大學(xué)《輸電線(xiàn)路接地系統對地下金屬管道的影響研究》中的相關(guān)成果： FBE管道的工頻耐壓為14 kV～15 kV，雷電沖擊耐壓為28 kV； 3PE層管道的工頻耐壓為57 kV，雷電沖擊耐壓為109 kV。在輸電工程設計時(shí)，可以通過(guò)公式U Gmax＝I G×Z G計算桿塔處最大電位（短路電流I G可參考選取典型參數10 kA，雷電電流I G可參考選取典型參數200 kA），進(jìn)而通過(guò)鐵塔附近地表電位的衰減示意圖大概測算管道電位，測算出的數值可與相應限值相比較。

2.3 管道交流腐蝕限值

目前，針對直流輸電諧波電流引起的管道交流腐蝕影響，國內外尚無(wú)明確的限值要求。所以參照GB 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》中規定的識別評價(jià)參數作為腐蝕限值。當管道上的交流干擾電壓不高于4 V時(shí)，可不采取交流干擾防護措施；高于4 V時(shí)，應采用交流電流密度進(jìn)行評估，交流電流密度可按下式計算：

當交流電流密度＞100 A/m2時(shí)，應采取交流干擾防護措施；當30 A/m2≤交流電流密度≤100 A/m2時(shí)，宜采取交流干擾防護措施；當交流電流密度＜30 A/m2時(shí)可不采取交流干擾防護措施。在輸電工程設計時(shí)通過(guò)加拿大模擬軟件計算感應電壓值或在輸電線(xiàn)路建成后直接使用萬(wàn)用表測試，得出的數值可與相應限值相比較。

2.4 管道直流腐蝕限值

針對直流輸電線(xiàn)路單極大地運行模式對管道產(chǎn)生的直流雜散電流干擾腐蝕，可參照GB 50991―2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護技術(shù)標準》中規定的識 別評價(jià)參數作為腐蝕限值。對于沒(méi)有實(shí)施陰極保護的管道，當任意點(diǎn)上的管地電位相對于自然電位正向或負向偏移超過(guò)20 mV，應確認存在直流干擾；當任意點(diǎn)上管地電位相對于自然電位正向偏移大于或等于l00 mV時(shí)，應及時(shí)采取干擾防護措施。對于已投運陰極保護的管道，當干擾導致管道不滿(mǎn)足最小保護電位要求時(shí)，應及時(shí)采取干擾防護措施。在輸電工程建成后使用測試自然電位或極化電位得出的數值可與相應限值相比較。

3 電磁干擾防護措施

（1）在進(jìn)行輸電線(xiàn)路桿塔建設時(shí)，應該盡量降低電力系統接地極電阻，從而減小阻性耦合對油氣管道的電磁干擾影響。

（2）當電磁影響超過(guò)人身安全電壓限值時(shí)，可在管道測試樁等位置設置接地墊，避免接觸電壓和跨步電壓對操作人員的危害。

（3）當電磁干擾影響超過(guò)管道防腐層安全電壓限值或交直流腐蝕限值時(shí)，應設置排流設施來(lái)削減電磁干擾危害。針對管道防腐層電壓超限，宜采取鋅帶直接接地；針對交流腐蝕超限，宜采用固態(tài)去耦合器排流防護；針對直流腐蝕超限，宜采取直接排流與強制排流結合的方法進(jìn)行防護。

（4）在與直流輸電系統相鄰處，應在管道上安裝試片，通過(guò)開(kāi)挖檢測，實(shí)際確定電磁干擾對管道所造成的危害程度。排流設施投用后，要實(shí)際測量排流效果。

4 結論

（1）特高壓輸電線(xiàn)路與埋地油氣管道鄰近時(shí)，可通過(guò)容性耦合、感性耦合、阻性耦合作用對管道電位和交流電壓產(chǎn)生影響。

（2）當輸電線(xiàn)路工程建設單位向油氣管道管理單位進(jìn)行路由協(xié)商時(shí)，相關(guān)各方應確保電磁干擾影響值在安全限值內，盡量避免線(xiàn)路桿塔及換流站接地極距離管道過(guò)近。線(xiàn)路桿塔與管道的垂直距離應大于一倍的桿塔高度，換流站接地極與管道的垂直距離宜盡可能遠。

（3）當輸電線(xiàn)路電磁干擾影響超過(guò)安全限值時(shí)，后建方應采取多種工程防護措施確保管道及作業(yè)人員安全。

參考文獻：

[1] 李丹丹. 高壓直流輸電線(xiàn)路對某埋地金屬管道的干擾規律研究[D]. 成都: 西南石油大學(xué), 2014.

[2] 程明, 張平. 魚(yú)龍嶺接地極入地電流對西氣東輸二線(xiàn)埋地鋼質(zhì)管道的影響分析[J]. 天然氣與石油,2010, 28(5): 22.

作者：錢(qián)玉華，男， 1989年生， 2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運工程專(zhuān)業(yè)，主要從事管道保護、腐蝕控制等工作。

2019年第4期（總第47期）