交流輸電線路對管道路由選擇的影響及對策

張四清，謝輝春，劉 學，孫 魁

（1.中石化江漢石油工程設計有限公司，湖北 武漢430223；2.國網(wǎng)電力科學研究院，湖北 武漢430074，3.中國石化集團江漢石油管理局水電廠，湖北 潛江433123）

引 言

高壓輸電線路對附近的埋地管道會產(chǎn)生電磁干擾。隨著我國能源工業(yè)的發(fā)展，高壓輸電線路、油氣管道建設不斷加快。因地理條件限制，高壓輸電線路與埋地油氣管道交叉、近間隔長距離并行經(jīng)常發(fā)生，高壓交流輸電線路對管道的電磁干擾問題不可避免存在。較強的電磁干擾，不僅對管道陰極保護系統(tǒng)產(chǎn)生影響，增加管道腐蝕速度，而且會大大提高其排流的難度，采用常用的排流措施難以達到標準要求。因此，在輸電線路或管道選線時，優(yōu)化輸電線路和管線的路由，將管道的交流干擾降到合理水平，減少下一步排流難度十分必要。

1 輸電線路對管道電磁干擾規(guī)律及線路優(yōu)化對策

影響輸電線路對其附近埋地金屬管道電磁感應水平的影響因素很多。因每個工程管道特性參數(shù)、輸電線路特性參數(shù)是固定的，而輸電線路及管線線路選線具有一定的靈活性。因此，根據(jù)不同參數(shù)變化的影響規(guī)律，調(diào)整輸電線路或管道的路由，改變其并行接近參數(shù)，降低其干擾水平，對實際管道工程的路由優(yōu)化具有指導意義。本文主要探討輸電線路與管道交叉角度、并行長度及并行間距等主要相關參數(shù)對干擾的影響規(guī)律，以及可采取的相應對策。

1.1 交叉角度對管道交流干擾的影響及線路優(yōu)化對策

固定其他特征參數(shù)，在高壓輸電線路電流1kA時，為分別計算分析了管道和單回、同相序雙回路、逆相序雙回路輸電線在交叉角度為0°至90°間變化時的最大干擾電壓變化規(guī)律。

1.1.1 單回線路與管道交叉角度對管道電磁干擾的影響

單回線路與管道交叉時，對管道干擾電壓的變化規(guī)律如圖1所示。

圖1 交叉角度與最大管道干擾電壓的關系

管道與單回路輸電線路交叉時，管道所受干擾水平隨交叉角度增加，迅速增加，3°左右達到最大值。再隨角度增加，最大干擾電壓迅速降低。最大干擾電壓在交叉角度超過10°后，變化幅度減小。最大干擾電壓在交叉角度超過35°后，變化趨于平緩。

1.1.2 同相序雙回線路與管道交叉角度對管道電磁干擾的影響

同相序雙回路輸電線路與管道交叉時，對管道干擾電壓的變化規(guī)律如圖2所示。

圖2 交叉角度與最大管道干擾電壓的關系（同相序）

管道與同相序雙回輸電線路交叉時，最大干擾電壓先隨角度增加急劇降低。相同情況下，同相序雙回輸電線路最大干擾電壓為單回路的4倍。最大干擾電壓在交叉角度超過10°后，變化幅度減小。超過20°后，最大干擾電壓變化趨于平緩。

1.1.3 逆相序雙回線路與管道交叉角度對管道電磁干擾的影響

逆相序雙回路輸電線路與管道交叉時，對管道干擾電壓的變化規(guī)律如圖3所示。

圖3 交叉角度與最大管道干擾電壓的關系（逆相序）

逆相序雙回線路與管道交叉角度對管道所受干擾的影響規(guī)律及電位分布情況與單回路類似，僅在干擾電位大小上存在差異。相同情況下，逆相序雙回線路最大干擾電壓為單回路的1／3左右。

1.1.4 交叉角度優(yōu)化對策

由于同相序雙回路輸電線路的電磁干擾遠遠大于逆相序雙回路，現(xiàn)在輸電線路全部為單回路或逆相序雙回路。單回路或逆相序雙回路輸電線路與管線交叉角度對管道的最大干擾電壓變化規(guī)律相似，最大干擾角度為3°，最小干擾角度為90°。交叉角度為3°～10°時，隨角度增加，最大干擾電壓急劇降低。交叉角度為10°～35°時，隨交叉角度增加，最大干擾電壓下降明顯。交叉角度為超過35°時，隨交叉角度增加變化比較平緩。因此，輸電線路或管線選線時，應采取如下對策：

1）盡量增加其交叉角度，交叉角度一般應≥35°；

2）避免出現(xiàn)≤10°的小角度交叉；

3）嚴禁出現(xiàn)3°左右的交叉。

1.2 線路與管道并行長度對管道電磁干擾的影響及線路優(yōu)化對策

固定其他特征參數(shù)，在高壓輸電線路電流1kA時，考慮各種回路輸電線路與管道間距50m，分別計算并行長度在0.5～40km變化時，管道干擾電壓的變化規(guī)律。

1.2.1 單回線路與管道并行長度對管道電磁干擾的影響

單回輸電線路對管道干擾電壓的變化規(guī)律如圖4所示。

圖4 并行長度與最大管道干擾電壓的關系（單回）

隨著與單回輸電線路并行長度的增加，管道上感應的干擾電壓最大值先逐漸增加，當并行長度達到某個極限位置時，該電壓達最大。隨后管道上感應的交流干擾電壓稍有減小，最終趨于穩(wěn)定。

1.2.2 同相序同塔雙回輸電線路與管道并行長度對管道電磁干擾的影響

相同情況下，雙回路（同相序）對管道干擾電壓的變化規(guī)律如圖5所示。

圖5 并行長度與最大管道干擾電壓的關系（同相序）

同相序變化規(guī)律與高壓單回輸電線路相似。最大管道干擾電壓為單回路的110%，比較接近。

1.2.3 逆向序同塔雙回輸電線路與管道并行長度對管道電磁干擾的影響

相同情況下，雙回路（逆相序）對管道干擾電壓的變化規(guī)律如圖6所示。

圖6 并行長度與最大管道干擾電壓的關系（逆相序）

逆向序變化規(guī)律與高壓單回輸電線路相似與單回路或同相序相似。最大管道干擾電壓為同相序的5／13，單回路干擾電壓的4／10。

1.2.4 并行長度優(yōu)化對策

對于各種回路輸電線路，其與管道的并行長度對管道的最大干擾的變化規(guī)律為：并行長度≤5km時，最大干擾電壓直線上升；5～10km，逐漸上升，直至最大值；≥10km時，先緩慢下降，再逐步穩(wěn)定。因此在輸電線路和管線選線時，應采取如下優(yōu)化對策：

1）當輸電線路和管線無法避開，并行長度≤10km時，應盡早避開，以減小交流干擾；

2）當輸電線路和管線無法避開，并行長度≥10km時，可以長距離并行，無須采用其它避讓措施。

1.3 線路與管道間距對管道所受干擾的影響及線路優(yōu)化對策

由上節(jié)可知，并行長度為10km時管道交流干擾最嚴重，因此本節(jié)固定其他特征參數(shù)，在高壓輸電線路電流1kA時，輸電線路與管道間并行長度為10km，分別計算兩者間距在0.005～2km變化時，管道干擾電壓的變化規(guī)律。

1.3.1 單回線路與管道并行間距對管道電磁干擾的影響

單回輸電線路對管道干擾電壓的影響規(guī)律如圖7所示。

間距增大，管道干擾在離單回輸電線路100m區(qū)域內(nèi)先急劇增大后急劇減小，100～200m變化較大，200m后變化平緩。

對于高壓單回三相水平排列而言，管道所受交流干擾在平行間距接近線高處出現(xiàn)最大值，因此盡量避免在近距離與交流輸電線路并行。

圖7 間距與最大管道干擾電壓的關系（單回）

1.3.2 同相序雙回線路與管道并行間距對管道電磁干擾的影響

相同情況下，雙回路（同相序）對管道干擾電壓的變化規(guī)律如圖8所示。

圖8 間距與最大管道干擾電壓的關系（同相序）

輸電線路同相序排列時，管道交流干擾隨間距增大而逐漸遞減。急劇變化區(qū)在100m以內(nèi)。超過200m后，最大干擾電壓趨于穩(wěn)定。干擾最大值為接近單回路兩倍。

1.3.3 逆相序雙回線路與管道并行間距對管道電磁干擾的影響

相同情況下，雙回路（逆相序）對管道干擾電壓的變化規(guī)律如圖9所示。

輸電線路逆相序排列時，管道交流干擾與單回路相似，隨間距增加先增大后減小，峰值出現(xiàn)在30m附近。干擾最大值為接近單回路0.5倍。

逆相序時由于相位不同的抵消效應，使得干擾較之同相序小，而空間與相電流變化的綜合效果使得逆相序線路并非在線路正下方管道電位達最大，而是在某個間距值達最大。

圖9 間距與最大管道干擾電壓的關系（逆相序）

1.3.4 并行間距優(yōu)化對策

因同相序雙回路干擾大，輸電線路均不采用該方式。對于單回路或逆相序雙回路輸電線路，其與管道的并行間距對管道的最大干擾的變化規(guī)律為：隨著二者并行間距增加，最大干擾電壓直線上升，在間距與平均線高處達到最大值；隨著二者并行間距繼續(xù)增加，至間距為100m左右時，又急劇下降。當間距為100～200m時，最大干擾電壓緩慢下降。因此在管線選線時，應采取如下優(yōu)化對策：

1）應增加管線與高壓輸電線路并行間距，間距應≥200m。

2）當并行間距較小時，應盡量≥100m。

3）嚴禁管線與輸電線路的并行間距接近平均線高。

3 結(jié)論

根據(jù)上述的計算分析，在輸電線路與管道路由選擇過程中，我們可采取以下3點對策以減低輸電線路對管道干擾：

1）應盡量增加輸電線路與管線的交叉時，應盡量增加其交叉角度，交叉角度一般應≥35°，避免交叉角度≤10°，嚴禁出現(xiàn)3°左右的交叉角度。

2）當輸電線路和管線無法避開，并行長度≤10km時，應盡早避開，以減小交流干擾。

3）管線與高壓輸電線路并行時，一般間距應≥200m；當并行間距較小時，應盡量≥100m；嚴禁管線與輸電線路的并行間距接近平均線高。

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