趙海陽(yáng)

北京安科腐蝕技術(shù)有限公司

在公共走廊內，高壓交流輸電線(xiàn)路和油氣管道交叉或并行帶來(lái)的交流干擾問(wèn)題影響管道運行安全。高壓輸電線(xiàn)路正常運行和發(fā)生故障時(shí)，會(huì )在周?chē)�的空氣和土壤中產(chǎn)生感應電場(chǎng)。這些感應干擾會(huì )對周?chē)�的金屬物體甚至附近可接觸金屬的人造成電擊傷害，引起一定危險。過(guò)高的管道涂層電壓會(huì )使管道涂層性能劣化甚至擊穿，導致管道可能發(fā)生腐蝕或損壞絕緣法蘭及整流設備等風(fēng)險。為消除由此帶來(lái)的各類(lèi)風(fēng)險，需要采取有效的緩解措施，將交流干擾風(fēng)險等級降至可接受水平。

本文選取典型高壓交流輸電線(xiàn)路與油氣管道交叉且并行的實(shí)際案例，介紹交流干擾影響的數值模擬計算評估流程，并根據評估結果，提出合理化干擾緩解措施，以此來(lái)降低干擾導致的各類(lèi)風(fēng)險。

1  交流干擾評估流程

高壓輸電系統對油氣管道交流干擾評估的主要內容包括：評估資料收集整理、現場(chǎng)調研測試、構建計算模型、干擾強度預測、干擾安全評估及評估結果評審。

（1）評估資料收集。主要涉及輸電線(xiàn)路及桿塔資料、管道及附屬設施資料和管道敷設土壤及周?chē)�環(huán)境資料，以此作為構建計算模型的基礎。

（2）現場(chǎng)調研測試。主要涉及管道沿線(xiàn)分層土壤電阻率測試、管道現有交流干擾水平測試、管道現有緩解措施檢測評估和管道沿線(xiàn)敷設環(huán)境調研，用以對數值模擬計算模型的優(yōu)化。

（3）構建計算模型。根據評估資料收集和現場(chǎng)調研測試數據，構建準確評估模型，確保計算模型與現場(chǎng)實(shí)際相符合。

（4）干擾強度預測。主要涉及高壓交流輸電線(xiàn)路正常運行、單相對地故障及桿塔遭雷擊工況下管道沿線(xiàn)干擾強度的預測，預測結果涉及交流干擾電壓、交流電流密度、涂層耐受電壓、地面可接觸金屬結構物接觸電壓結果。

（5）干擾安全評估。根據干擾強度預測階段獲得的結果，依據相應標準規范，劃分風(fēng)險等級，對超出安全限值要求的結果，進(jìn)行緩解措施設計。

（6）評估結果評審。根據上述評估過(guò)程及結果，編制干擾評估報告，邀請行業(yè)內專(zhuān)家對評估報告進(jìn)行評審，以此確定評估結果準確性及干擾緩解措施可實(shí)施性。

2  干擾評估案例介紹

廣東某新建220 kV輸電線(xiàn)路與某天然氣管道（管道外徑914 mm，壁厚17.5 mm，防腐層為3PE，防腐層厚度4.0 mm，管道埋深2 m）和對側已建220 kV輸電線(xiàn)路之間并行約2.5 km，新建輸電線(xiàn)在N11塔附近與天然氣管道存在1處小角度（6.53°）交叉，非常有必要全面整體地開(kāi)展管道受高壓輸電線(xiàn)工程的電磁干擾安全評估。

（1）根據上述交流干擾評估流程，本項目評估結果：①基于管道沿線(xiàn)的土壤電阻率測量數據，確定電氣等效兩層土壤模型，表層至0.69 m深處土壤電阻率為79 Ω·m，下層（0.69 m以下）土壤電阻率為19.35 Ω·m；②輸電線(xiàn)路在不同運行工況下對油氣管道的干擾評估結果見(jiàn)表 1。由表 1干擾評估結果可知，在新建輸電線(xiàn)路或同時(shí)考慮已建輸電線(xiàn)路穩態(tài)工況下，流過(guò)1 cm²缺陷破損點(diǎn)的最大交流電流密度數值均超過(guò)安全限值30 A/m²，存在管體腐蝕風(fēng)險，需要采取緩解措施；在新建輸電線(xiàn)路甲線(xiàn)和乙線(xiàn)分別發(fā)生單相對地故障工況下，管道沿線(xiàn)地面可接觸金屬結構物接觸電壓均超過(guò)安全限值341.1 V，存在人身安全風(fēng)險，需采取緩解措施。

表 1 輸電線(xiàn)路不同工況下的管道干擾評估結果統計

（2）緩解方案制定。針對管道上存在的交流腐蝕潛在風(fēng)險，開(kāi)展防護措施設計。防護措施采用管道沿線(xiàn)并行敷設水平鋅帶地床+固態(tài)去耦合器的方式。計算模型中，鋅帶半徑（含填包料）選取0.1 m，與管道并行敷設，埋深2 m。

利用同樣的計算模型通過(guò)不斷調整管道沿線(xiàn)水平鋅帶的敷設長(cháng)度及布置位置，得到防護方案：共需設置鋅帶排流點(diǎn)4處，鋅帶總長(cháng)度710 m，可實(shí)現：①被評估管道全線(xiàn)的最大管道對地交流電壓降至2.52 V，滿(mǎn)足GB 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》標準第6.2.2節中的規定：“在土壤電阻率≤25 Ω·m的地方，應將管道交流干擾電壓有效緩解至低于4 VAC”；②流過(guò)1 cm²缺陷破損點(diǎn)的最大交流電流密度降至29.38 A/m²，低于30 A/m²，按照GB 50698標準評估其交流干擾程度為“弱”；③在新建220 kV架空輸電線(xiàn)路甲線(xiàn)典型桿塔位置（N8-N13）分別發(fā)生單相對地故障時(shí)，管道沿線(xiàn)的接觸電壓最大值為276.9 V，滿(mǎn)足依據GBT 50065標準計算得到的人身安全限值341.1 V的安全要求；③在新建220 kV架空輸電線(xiàn)路乙線(xiàn)典型桿塔位置（N8-N13）分別發(fā)生單相對地故障時(shí)，管道沿線(xiàn)的接觸電壓最大值為269.2 V，滿(mǎn)足依據GBT 50065標準計算得到的人身安全限值341.1 V的安全要求。

需要說(shuō)明的是，新建220 kV輸電線(xiàn)路運行后，管道的交流干擾實(shí)際情況是新建和已建兩條輸電線(xiàn)路共同作用，在本項目進(jìn)行緩解設計時(shí)，考慮兩條輸電線(xiàn)路對油氣管道的干擾影響進(jìn)行的綜合防護設計。

（3）實(shí)施緩解措施后效果。新建220 kV輸電線(xiàn)路投產(chǎn)運行，現場(chǎng)安裝智能測試樁對油氣管道交流干擾情況進(jìn)行監測。監測結果表明，管道交流干擾電壓最大值為0.57 V，小于預測值2.52 V；交流電流密度最大值為12.82 A/m²，小于預測值29.38 A/m²，說(shuō)明緩解方案符合預期。

3  緩解措施建議

目前，“固態(tài)去耦合器+裸金屬排流地床”的交流干擾緩解方式是管道行業(yè)普遍應用且技術(shù)成熟的緩解手段，在工程實(shí)際應用中仍需注意以下幾點(diǎn)。

（1）固態(tài)去耦合器的型號選擇。對于交流干擾緩解，市場(chǎng)上合格產(chǎn)品均能做到有效緩解并取得良好緩解效果，針對緩解點(diǎn)位管道僅存在交流干擾時(shí)，此時(shí)固態(tài)去耦合器選擇直流鉗位范圍為±2 V型號即可滿(mǎn)足緩解要求，但對于緩解點(diǎn)位存在交直流混合干擾，此時(shí)固態(tài)去耦合器需選擇非對稱(chēng)型直流鉗位區間型號，例如﹢0.5 V/﹣4.5 V（負向鉗位值可定制），用以應對交直流混合干擾的緩解。

（2）排流地床方式。當前常見(jiàn)排流地床方式有單邊敷設、雙邊敷設及深井敷設等，無(wú)論選擇上述哪種排流地床，都需要考慮現場(chǎng)敷設可實(shí)施性及經(jīng)濟性原則，以最小的代價(jià)實(shí)現緩解目標。

（3）裸金屬排流地床材料的選擇。結合行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗，建議在裸金屬排流地床材料選擇時(shí)，盡量選擇電位較活潑的鋅帶及棒狀或塊狀犧牲陽(yáng)極，同時(shí)在高土壤電阻率環(huán)境中敷設排流地床時(shí)，選擇足量犧牲陽(yáng)極填包料敷設，以降低接觸電阻延長(cháng)壽命。

（4）受限于輸電線(xiàn)路故障和雷擊桿塔工況持續時(shí)間短暫，目前尚無(wú)切實(shí)有效方式可監測到此時(shí)接觸電壓、涂層耐受電壓數據，建議在條件允許的情況下，電網(wǎng)方與管道方密切配合，來(lái)進(jìn)行此項參數測量，以此對緩解效果進(jìn)行校驗。

（根據作者在2023年5月31日油氣管道和輸電線(xiàn)路安全保護研討班上的發(fā)言整理）

作者簡(jiǎn)介：趙海陽(yáng)，1988年生，工程師，北京安科腐蝕技術(shù)有限公司項目部經(jīng)理，主要從事管道陰極保護系統檢測評估、雜散電流干擾檢測評估及隱患治理方面工作。聯(lián)系方式：18963642332，zhaohy@ancorr.cn。