淺析電氣化鐵路跨越油氣管道的保護

劉萬耀

【摘要】電氣化鐵路跨越油氣管道可能會干擾電壓危及管道及工作人員的人身安全，引起交流腐蝕并影響陰極保護設(shè)備的正常工作。由于電氣化鐵道、油氣管道都是國家的重要經(jīng)濟命脈，任何程度的影響，都會使國家人力、物力大大浪費。因此，需采取經(jīng)濟有效的防護措施，保證油氣管道安全。本文分析了電氣化鐵路跨越油氣管道對管道的影響，并提出了保護措施。

【關(guān)鍵詞】電氣化；油氣管道；保護

一、電氣化鐵路跨越油氣管道對管道的影響

為了節(jié)約土地資源，電氣化鐵路和油氣管道經(jīng)常共用同一走廊。因此，在油氣管道沿線，往往存在與電氣化鐵路交叉或平行的情況。電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)作為一種特殊形式的不對稱高壓輸電線路，由于電磁感應(yīng)作用，常常會對電氣化鐵道附近的油氣管道及油庫產(chǎn)生感應(yīng)電壓或感應(yīng)電流，使電氣化鐵道附近的地下金屬管道受到干擾。

1、對人身安全的影響

當(dāng)管道與交流輸電線路接近且輸電線路正常運行時，線路中工作電流會通過磁耦合長時間在管道上產(chǎn)生縱向感應(yīng)電動勢，使得金屬管道的對地電壓升高。若該電壓較高，可能影響施工、維修或測量人員的正常工作，當(dāng)交流輸電線路發(fā)生短路故障時，產(chǎn)生的交流干擾可能危及人身安全。

2、對管道安全影響

在管道的金屬表面一般都會敷設(shè)防腐層，具有較高電阻和較高介電常數(shù)，以防止土壤中有害物質(zhì)腐蝕金屬管道。當(dāng)交流輸電線路發(fā)生短路故障時，短路電流通過感性耦合和阻性耦合的綜合影響在管道上產(chǎn)生較高的對地電壓，可能擊穿防腐層。

3、對管道陰極保護設(shè)備影響

在管道上設(shè)置陰極保護設(shè)備是為避免防腐層漏敷及破損處的金屬表面產(chǎn)生腐蝕。交流輸電線路正常運行情況下，工作電流通過感性耦合在油氣管道上產(chǎn)生電壓，可能干擾強制電流陰極保護的恒電位儀和犧牲陽極陰極保護的犧牲陽極的正常工作。例如：強制電流陰極保護的KKG-3型和KKG-3BG型恒電位儀的抗交流干擾能力分別為12V和30V；犧牲陽極陰極保護的鎂犧牲陽極的抗交流干擾能力為10V。這在目前的新建管道已經(jīng)幾乎不適用。

二、電氣化鐵路跨越油氣管道的保護措施

（一）容性耦合防護

容性耦合主要發(fā)生在管道施工期間，因此，對容性耦合的防護只要在管道施工期間采取適當(dāng)?shù)慕拥卮胧┚涂杀苊?。施工時應(yīng)嚴(yán)格按照《埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》SY/T0032-2000第3.0.6條規(guī)定執(zhí)行。

當(dāng)管道埋入地下后，電氣化鐵路對埋地鋼制燃?xì)夤艿赖母蓴_則主要為通過阻性耦合和感性耦合來進行，其中，對于與鐵路近距平行的埋地鋼制燃?xì)夤艿溃行择詈鲜瞧渥钪饕母蓴_方式。

對阻性耦合和感性耦合的防護，目前在實際工程中主要是通過加大管道與接地體的距離，減少干擾源的雜散電流，以及采取屏蔽、分段隔離、直接接地、鉗位式排流等綜合治理措施。

（二）排流保護方法

為了使管道中流動的雜散電流直接流回（不再經(jīng)大地）至電氣化鐵路的回歸線（鐵軌等），需要將管道與電氣化鐵路回歸線（鐵軌等）用導(dǎo)線作電氣上的連接，這一作法稱排流法。利用排流法保護管道不遭受電蝕，稱為排流保護。

1、直接排流法

把管道與電氣化鐵路變電所中的負(fù)極或回歸線（鐵軌）用導(dǎo)線直接連接起來。這種方法無需排流設(shè)備，最為簡單，造價低，排流效果好。但是當(dāng)管道對地電位低于鐵軌對地電位時，鐵軌電流將流入管道內(nèi)（稱作逆流）。所以這種排流法，只能適用于鐵軌對地電位永遠低于管地電位，不會產(chǎn)生逆流的場合，而這種機會可能不多，限制了該方法的應(yīng)用。

2、極性排流法

由于負(fù)荷的變動，變電所負(fù)荷分配的變化等，管地電位低于鐵軌對地電位而產(chǎn)生逆流的現(xiàn)象比較普遍。為了防止逆流，使雜散電流只能由管道流入鐵軌，必須在排流線中設(shè)置單向?qū)ǖ亩O管整流器、逆電壓繼電器等裝置，這種裝置稱排流器。而具有這種防止逆流的排流法稱極性排流法。

3、強制排流法

在管道和鐵軌的電氣接線中加入直流電流，促進排流。這種方法也可看做是利用鐵軌做輔助陽極的強制電流陰極保護。由于鐵軌對地電位變化大，所以也存在逆流問題，需要有防逆流回路。這種方法可能使管道過保護，而使鐵軌腐蝕加強，還可能對附近的埋地金屬構(gòu)筑物有干擾。故采用這種方法時應(yīng)慎重。

（三）AT供電方式保護

在電氣化鐵路與管道交叉影響區(qū)域，為讓回流電流盡可能多地經(jīng)回流線流回牽引變電所，可縮短牽引網(wǎng)吸上線間距。考慮到為避免回流線將信號電路旁路，確保信號安全，吸上線的設(shè)置間距應(yīng)大于2個閉塞分區(qū)，按每隔2～3km設(shè)置一處吸上線，以保證回流順暢，以減小泄露電流。自耦變壓器供電方式，簡稱AT供電方式。它不僅是電氣化鐵路減輕對鄰近油氣管道、通信線路干擾影響的有效措施之一，而且對電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)本身也有較好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，已經(jīng)被許多發(fā)展電氣化鐵路的國家研究和采用。我國北京、大同、秦皇島、鄭州、武昌的電氣化鐵路，也是采用AT供電方式。目前我國已經(jīng)運行及在建的高速鐵路均采用AT供電方式。

三、電氣化鐵路跨越油氣管道的保護應(yīng)用

中石油石蘭管道設(shè)計管徑457mm，設(shè)計壓力為10MPa，采用L415級鋼管。穿越處管道設(shè)計壓力為10MPa，管徑為Φ457。本設(shè)計管段位于二級地區(qū)，一般段線路與穿越段線路設(shè)計系數(shù)均取0.6，輸油管道均為Φ457×7.1mm。蘭州新區(qū)新建鐵路朱家窯至中川線及配套工程石化鐵路牽引網(wǎng)采用帶回流線的直接供電方式，全線設(shè)置牽引變電所一座，牽引網(wǎng)額定電壓為25kV。管道在穿越蘭州新區(qū)新建鐵路朱家窯至中川線及配套工程石化鐵路處，為黃土高原或黃土臺原，巖性以土黃色粉砂質(zhì)黃土或土夾砂巖、礫巖為主，土壤電阻率多在35Ω·m～78Ω·m，腐蝕性等級以弱、中為主；土壤中有機質(zhì)含量低，無明顯的細(xì)菌腐蝕危害。

由于本次設(shè)計采取地下穿越方式穿越蘭州新區(qū)新建鐵路朱家窯至中川線及配套工程石化鐵路，感性耦合和容性耦合的影響忽略不計，主要考慮牽引供電系統(tǒng)對管道的阻性耦合影響。

電氣化鐵道阻性耦合的影響計算公式如下：

已知：西小川以東接觸網(wǎng)最大電流為587A，hgd=8.5m， hdg=2.5m， Φg=1.219m， 則以有 y=10.61m ， υ=18.6736 。

通過計算，Ψm=156.4×10-4T

在不考慮管道現(xiàn)有的防護措施基礎(chǔ)上，電氣化鐵路對于與鐵路正交管道上的電磁影響遠低于規(guī)定允許值。

對中石油石蘭線三層PE外防腐層這種高電阻涂層管道，由于高干擾電壓和小破損點，遭受的交流腐蝕的風(fēng)險可能更大。

強電線路（主要包括高壓輸電線路和電氣化鐵路）對管道的交流干擾主要為電容耦合影響、電感耦合影響、電阻耦合影響和交流腐蝕影響。（電容耦合影響僅發(fā)生在管道架空，且未埋地前。本工程中中石油石蘭管道已經(jīng)埋地敷設(shè)完畢，對電容耦合影響不予考慮）。

本次采用固態(tài)去耦合器排流：這種方式是將去耦合器串入回路，由于去耦合器具有隔直流、通交流的特點，一方面可以應(yīng)用在有陰極保護的管道上，另一方面也使得排流地床材料有更多的選擇，不再局限于鍍鋅扁鋼、鋼管、犧牲陽極等材料，可以選擇銅接地材料，鑄鐵材料等。去耦合器的導(dǎo)通電壓根據(jù)可陰極保護的準(zhǔn)則進行任意設(shè)置，一般為+2V/-2V，也可設(shè)置為+1V/-3V。

參考文獻

[1]徐士祺.交流電氣化鐵路對相鄰油氣管道干擾影響防護技術(shù)研究[D].西安石油大學(xué)，2008.

[2]閆明亮.電氣化鐵路雜散電流對埋地管線干擾影響研究[J].數(shù)字化用戶，2013年15期.