1 000 kV特高壓輸電線路對地下油氣管線的影響

李其生，唐明貴，孫才華，吳曉輝，薛致遠(yuǎn)，高強(qiáng)

（1.河南省電力勘測設(shè)計院，鄭州市，450007；2.河南省電力公司，鄭州市，450007；3.中國石油管道研究中心，河北省廊坊市，065000；4.中國石油管道公司，河北省廊坊市，065000）

0 引言

為了滿足社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展對電力和油氣能源的需求，1 000 kV特高壓長距離輸電線路及油氣管線的建設(shè)將會遍布全國[1]，其共用走廊的情況會越來越多，尤其在油田附近，地下油氣管線縱橫交錯，密集成網(wǎng)，與輸電線路平行、交叉的情況大量存在。1 000 kV特高壓輸電線路電壓等級高、輸送容量大、電磁環(huán)境影響大，會影響其附近的油氣管線操作人員的安全、油氣管線絕緣層、油氣管線陰極保護(hù)設(shè)備，進(jìn)而腐蝕油氣管線。當(dāng)上述影響達(dá)到一定程度時，需要對油氣管線采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

1 輸電線路對油氣管線的影響

（1）靜電感應(yīng)。輸電線路電壓所產(chǎn)生的電場，通過電容耦合在油氣管線上產(chǎn)生靜電感應(yīng)電壓，由于地下油氣管線完全處于土壤中，故地埋油氣管線不受輸電線路靜電感應(yīng)影響，但正在施工的油氣管線會受到靜電感應(yīng)影響。

（2）磁感應(yīng)。輸電線路電流所產(chǎn)生的磁場，會在位于該磁場范圍內(nèi)的油氣管線上產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)油氣管線與輸電線路的接近間距較小、平行接近距離較長時，會產(chǎn)生較大的磁感應(yīng)影響。

（3）地電位升。當(dāng)輸電線路與油氣管線交叉跨越或平行接近時，輸電線路接地短路故障電流流入大地，在桿塔附近的土壤中形成地電位升，當(dāng)油氣管線絕緣層有漏敷點(diǎn)時，將引起油氣管線的電位升高。

輸電線路對油氣管線的干擾影響主要體現(xiàn)在：（1）輸電線路對油氣管線陰極保護(hù)設(shè)備正常工作的影響。例如，在裝有外接電源的陰極保護(hù)設(shè)備油氣管線上，感應(yīng)電壓過高有可能破壞恒電位儀工作的穩(wěn)定性，甚至無法送出陰極保護(hù)電流；在采用鎂犧牲陽極的油氣管線上，感應(yīng)電壓過高會使這些鎂陽極產(chǎn)生“極性逆轉(zhuǎn)”，即作為犧牲陽極的鎂變成了陰極，而被保護(hù)的油氣管線反成了陽極，此時犧牲陽極不但不會保護(hù)油氣管線，反而會加速油氣管線的腐蝕。（2）考慮對油氣管線產(chǎn)生交流腐蝕影響所允許的電流密度。敷設(shè)在地中的油氣管線，可能會出現(xiàn)絕緣層破損或漏敷，此時如果感應(yīng)電流密度超過允許值，就會對油氣管線產(chǎn)生交流腐蝕影響[2-7]。

分析輸電線路對油氣管線的危險影響，多參考輸電線路對通信線路的危險影響允許標(biāo)準(zhǔn)。GB 6830—86《電信線路遭受強(qiáng)電線路危險影響的允許值》[8]和DL/T 5033—2006《輸電線路對電信線路危險和干擾影響防護(hù)設(shè)計規(guī)程》[9]規(guī)定：輸電線路正常工作時，油氣管線上感應(yīng)電壓的允許值為60 V；輸電線路故障時，油氣管線上感應(yīng)電壓允許值為430（一般輸電線路）、650（高可靠輸電線路）、1 030 V（輸電線路故障持續(xù)時間不大于0.2 s）。文獻(xiàn)[10]指出：在沒有防護(hù)措施的管道上，允許的短時感應(yīng)最大電壓限值為1 000 V，用瀝青作防腐覆蓋層的管道為1 500 V，小于該值時可不采取接地措施。目前，我國主要輸油氣管線大多采用3層PE防腐覆蓋層，其絕緣性能遠(yuǎn)優(yōu)于瀝青覆蓋層。本文采用1 500V作為油氣管線的瞬間安全電壓限值。

2 地下油氣管線上感應(yīng)電壓的計算

輸電線路對油氣管線的危險影響，涉及到維護(hù)人員人身安全和設(shè)備安全，是輸電線路設(shè)計時必須考慮的問題。輸電線路在地下油氣管線上感應(yīng)電壓的最大值為

式中：U20為輸電線路與油氣管線間平行距離為20m時油氣管線磁感應(yīng)電壓最大值，V，其值可由圖1查表得到[10]；fd為距離因子，fd=M/790×10-6，M為無量綱系數(shù)，其值等于互感系數(shù)值，可根據(jù)輸電線路與管道等值距離、土壤電阻率由圖2查表得到；Ick為無量綱系數(shù)，其值等于高壓輸電線短路電流值；a為綜合屏蔽系數(shù)，通常為0.4～0.8；ar為傳播常數(shù)修正系數(shù)，

式中r1為無量綱系數(shù)，其值等于單位面積管道上防腐涂層的電阻值[10]。

某1 000 kV輸電線路與地埋油氣管線的相對位置如圖3所示，圖中長度單位為km，其接近段長7.13 km，分為11個區(qū)域。其中，油氣管線的管徑為523mm；1 000 kV輸電線路在接近段的最大短路電流為30 kA；正常運(yùn)行時的工頻剩余電流為15 A；正常運(yùn)行時的輸送功率為13GW；正常運(yùn)行時的輸送負(fù)荷電流為8 340A。

由圖1可查表得U20=200 V，由圖2查表可得第i個區(qū)域的輸電線路與油氣管線的互感系數(shù)Mi，以及輸電線路三相導(dǎo)線分別與油氣管線的互感系數(shù)MiA、MiB、MiC，如表1所示。表1中：ai1為第i個區(qū)域中輸電線路起點(diǎn)與油氣管線的垂直距離；ai2為第i個區(qū)域中輸電線路末端與油氣管線的垂直距離；ai為第i個區(qū)域中輸電線路與油氣管線垂直距離的平均值，ai=（ai1ai2）0.5；aiA為第i個區(qū)域中輸電線路A相與油氣管線垂直距離的平均值；aiB為第i個區(qū)域中輸電線路B相與油氣管線垂直距離的平均值；aiC為第i個區(qū)域中輸電線路C相與油氣管線垂直距離的平均值；Li為第i個區(qū)域中油氣管線長度。

表1 互感系數(shù)Tab.1 Coofficient of mutual inductance

輸電線路與油氣管線的平均互感系數(shù)M，以及輸電線路三相導(dǎo)線與油氣管線的互感系數(shù)MA、MB、MC分別為

則輸電線路與油氣管線的距離因子fd，以及輸電線路三相導(dǎo)線與油氣管線的距離因子fdA、fdB、fdC分別為

fd=M/790×10-6=0.114 6

fdA=MA/790×10-6=0.112 5

fdB=MB/790×10-6=0.112 9

fdC=MC/790×10-6=0.107 7

根據(jù)文獻(xiàn)[10]可得：r1=104、a=0.8。由式（2）得，ar=2。

由式（1）得：輸電線路故障時，Umax=1 100.16 V；輸電線路正常運(yùn)行時，輸電線路的工頻剩余電流在管道上感應(yīng)電壓US=0.55 V，輸電線路三相導(dǎo)線在油氣管線上感應(yīng)電壓UA=300.24 V、UB=301.31 V、UC=287.43 V。則三相導(dǎo)線在油氣管線上產(chǎn)生的電壓為

287.43∠240=13.27∠60

正常運(yùn)行，時管線上產(chǎn)生的電壓為

計算結(jié)果表明，故障狀態(tài)管道上磁感應(yīng)最大電壓為1 100.16 V，正常狀態(tài)管道上磁感應(yīng)最大電壓為13.38V，均滿足要求。

3 結(jié)論

（1）正常運(yùn)行狀態(tài)下，1 000 kV輸電線路對地下油氣管線的危險影響一般可不予計算，只有當(dāng)輸電線路三相導(dǎo)線分別與油氣管線間的接近間距差別較大時才有必要計算。

（2）1 000 kV輸電線故障狀態(tài)下，對油氣管線的危險影響主要受接近間距、平行長度及接近段的大地導(dǎo)電率控制。

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