淺談燃?xì)夤艿乐须s散電流的檢測(cè)與防護(hù)

上海市燃?xì)庠O(shè)備計(jì)量檢測(cè)中心 楊玉琳

淺談燃?xì)夤艿乐须s散電流的檢測(cè)與防護(hù)

上海市燃?xì)庠O(shè)備計(jì)量檢測(cè)中心 楊玉琳

運(yùn)用SCM雜散電流檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)泗陳公路(嘉松公路—滬松公路)及共和新路人工煤氣管道進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)存在雜散電流干擾的管段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提出管道防護(hù)措施。

雜散電流 燃?xì)夤艿?雜散電流檢測(cè) 干擾

0 引言

目前，隨著城市建設(shè)和鐵路(地鐵)等軌道交通的快速發(fā)展，在帶來(lái)交通出行便利的同時(shí)，也對(duì)沿線或穿越的管道產(chǎn)生了一定的影響，城市軌道交通會(huì)產(chǎn)生雜散電流并對(duì)周圍埋設(shè)的管道產(chǎn)生腐蝕已經(jīng)達(dá)成了共識(shí)，管道通過(guò)環(huán)境的日漸復(fù)雜，導(dǎo)致軌道交通所產(chǎn)生的雜散電流對(duì)鄰近埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖挠绊懭遮咃@著。已發(fā)生長(zhǎng)輸線受來(lái)自電力機(jī)車牽引動(dòng)力源的雜散電流干擾，進(jìn)而造成管道電化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象，并有日益增多的趨勢(shì)。因此對(duì)雜散電流的研究具有十分重要的意義。

1 目前現(xiàn)狀

燃?xì)夤艿雷鳛榇蟊娚畹谋匾A(chǔ)設(shè)施，其作用的重要性是總所周知的，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，城市化水平的不斷提高，必不可少的會(huì)對(duì)這些埋在地底的燃?xì)夤艿涝斐梢欢ǖ挠绊?，?jù)燃?xì)庑袠I(yè)對(duì)下屬管道的燃?xì)馐鹿史治霭l(fā)現(xiàn)，其中雜散電流對(duì)燃?xì)夤艿赖母蓴_已經(jīng)日趨明顯，其主要是由于軌道交通的飛速發(fā)展、磁懸浮鐵路、高壓輸電線路的建立對(duì)附近的埋地燃?xì)夤艿喇a(chǎn)生雜散電流干擾，主要危害表現(xiàn)為：

(1)管道的加速腐蝕造成燃?xì)夤艿拦荏w腐蝕穿孔。

(2)抵消CP電流的保護(hù)作用。

(3)擊穿管道的阻抗性絕緣，導(dǎo)致保護(hù)層的損壞。

(4)大大縮短管道的服役年限。

2 解決思路

本文就泗陳公路(嘉松公路—滬松公路)天然氣管道及共和新路人工煤氣管道進(jìn)行檢測(cè)，具體項(xiàng)目如下：

(1)雜散電流干擾源辨識(shí)：對(duì)管線周圍環(huán)境及周圍建筑設(shè)施進(jìn)行調(diào)查，按調(diào)查情況辨識(shí)干擾源類型。

(2)雜散電流檢測(cè)：運(yùn)用SCM雜散電流檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)雜散干擾強(qiáng)度。

(3)防護(hù)措施：對(duì)SCM雜散電流檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，確定燃?xì)夤艿离s散電流干擾的防護(hù)措施。

3 雜散電流檢測(cè)簡(jiǎn)介

3.1 雜散電流干擾源

地下管道的雜散電流，是指來(lái)源與管道無(wú)關(guān)的外部電源、并在大地中流動(dòng)、且能作用于受影響管道的外部電流，通常我們規(guī)定的回路以外流動(dòng)的電流稱雜散電流。雜散電流一旦流入埋地金屬體，沿管道流動(dòng)一段距離后，又從埋地金屬體流出，進(jìn)入大地或水中，在電流流出部位發(fā)生腐蝕，電流流出的部位則為陽(yáng)極，通常把此種腐蝕稱為雜散電流干擾腐蝕，并將流入或流出埋地金屬導(dǎo)體的雜散電流稱為干擾電流。 雜散電流來(lái)源主要分為三種情況：直流雜散電流、交流雜散電流和地電流。對(duì)于埋地管道而言，真正能夠?qū)艿喇a(chǎn)生雜散電流腐蝕的只有直流雜散電流和交流雜散電流，地電流基本對(duì)管道沒(méi)有影響。

直流雜散電流的干擾源主要為直流電力輸配系統(tǒng)、直流電氣化鐵路、直流電焊設(shè)備、陰極保護(hù)系統(tǒng)或其它直流干擾源等，但以直流電氣化鐵路最具代表性。直流電氣化鐵路對(duì)埋地管道造成的干擾影響和危害最大。直流干擾腐蝕的機(jī)理是由于電解作用，處于腐蝕電池陽(yáng)極區(qū)的金屬管道被腐蝕。直流雜散電流造成管道腐蝕穿孔的次數(shù)和速度都是十分驚人的，其危害巨大，是腐蝕控制工作中要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一，直流雜散電流又可分為動(dòng)態(tài)雜散電流與靜態(tài)雜散電流干擾。

交流雜散電流主要來(lái)源于交流電氣化鐵路、輸配電線路及其系統(tǒng)，通過(guò)阻抗、感抗、容抗耦合而對(duì)相鄰的埋地管道或金屬體造成干擾，使管道中產(chǎn)生流進(jìn)、流出的交流雜散電流，從而導(dǎo)致腐蝕，稱為交流腐蝕或交流干擾。當(dāng)管道埋設(shè)在高壓交流電力系統(tǒng)接地體附近時(shí)，常由于瞬間高壓電弧作用導(dǎo)致管道的交流電擊腐蝕和穿孔。

3.2 雜散電流干擾調(diào)查

3.2.1 直流干擾調(diào)查

3.2.1.1 直流電氣化鐵路調(diào)查內(nèi)容

(1)直流電氣化鐵路的建設(shè)時(shí)間、供電電壓、饋電方式、饋電極性和牽引電流。

(2)軌道線路分布情況及其與管道的相互位置關(guān)系。

(3)直流供電所的分布情況及其與管道的相互位置關(guān)系。

(4)電車運(yùn)行狀況。

(5)鐵軌對(duì)地電位及其分布。

(6)鐵軌泄漏電流趨向及電位梯度。

(7)其他需要測(cè)試的內(nèi)容。

3.2.1.2 高壓直流輸電系統(tǒng)調(diào)查內(nèi)容

(1)高壓直流輸電線路建設(shè)時(shí)間、電壓等級(jí)、額定容量和額定電流。

(2)高壓直流輸電線路分布情況及其與管道的相互位置關(guān)系。

(3)換流站接地極的尺寸、形狀及其與管道的相互位置關(guān)系。

(4)單極大地回線方式的發(fā)生頻次和持續(xù)時(shí)間。

(5)換流站接地額定工作電流、最大允許運(yùn)行電流和最大短時(shí)間注入電流。

(6)其他需要測(cè)試的內(nèi)容。

3.2.1.3 陰極保護(hù)系統(tǒng)調(diào)查內(nèi)容

(1)陰極保護(hù)類型、建設(shè)時(shí)間和保護(hù)對(duì)象。

(2)陰極保護(hù)系統(tǒng)的輔助陽(yáng)極地床與受干擾管道相互位置關(guān)系。

(3)陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)對(duì)象與受干擾管道相互位置關(guān)系。

(4)陰極保護(hù)系統(tǒng)輔助陽(yáng)極的材質(zhì)、規(guī)格和安裝方式。

(5)天然氣管道的防腐層類型及等級(jí)。(6)對(duì)地電位分布。

(7)其他需要測(cè)試的內(nèi)容。

3.2.2 交流干擾調(diào)查

當(dāng)管道與高壓交流輸電線路、交流電氣化鐵路的間隔距離大于1 000 m時(shí)，不需要進(jìn)行干擾調(diào)查測(cè)試；當(dāng)管道與100 kV及以上高壓交流輸電線路靠近時(shí)，是否需要進(jìn)行干擾調(diào)查測(cè)試，可按管道與高壓交流輸電線路的極限接近段長(zhǎng)度與間隔距離相對(duì)關(guān)系圖確定，見(jiàn)圖1。

圖1 極限接近段長(zhǎng)度與間隔距離相對(duì)關(guān)系

3.2.2.1 高壓輸電系統(tǒng)調(diào)查內(nèi)容

(1)管道與高壓輸電線路的相對(duì)位置關(guān)系。

(2)塔形、相間距、相序排列方式、導(dǎo)線類型和平均對(duì)地高度。

(3)接地系統(tǒng)的類型及與管道的距離。

(4)額定電壓、負(fù)載電流及三相負(fù)荷不平衡度。

(5)單相短路故障電流和持續(xù)時(shí)間。

(5)區(qū)域內(nèi)發(fā)電廠的設(shè)置情況。

3.2.2.2 電氣化鐵路調(diào)查內(nèi)容

(1)鐵軌與管道的相互位置關(guān)系。

(2)牽引變電所位置，鐵路沿線高壓桿塔的位置與分布。

(3)饋電網(wǎng)絡(luò)及供電方式。

(4)供電臂短時(shí)電流、有效電流及運(yùn)行狀況。

3.3 雜散電流測(cè)試方法

3.3.1 直流雜散電流測(cè)試

直流雜散電流初步測(cè)試內(nèi)容主要為管地電位，包括通電電位、斷電電位和自然電位，測(cè)試方法見(jiàn)圖2。

圖2 直流雜散電流管地電位測(cè)試示意

3.3.2 交流雜散電流測(cè)試

交流雜散電流初步測(cè)試內(nèi)容主要為交流電壓，交流電壓采用交流電壓測(cè)試儀通過(guò)測(cè)試樁或露管段直接測(cè)試，測(cè)試方法見(jiàn)圖3。

圖3 交流電壓測(cè)試示意

3.3.3 重點(diǎn)位置雜散電流監(jiān)測(cè)

針對(duì)雜散電流腐蝕類型難以確定、間歇性雜散電流干擾以及初步測(cè)試分析存在雜散電流干擾的位置進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，采用SCM感應(yīng)測(cè)試法，必要時(shí)采用動(dòng)態(tài)測(cè)試法確定干擾源的位置、流向、大小等。

4 案例分析

4.1 雜散電流干擾源辨識(shí)

本次選取了松江地區(qū)泗陳公路(嘉松公路—滬松公路)設(shè)計(jì)壓力0.4 MPa，管道規(guī)格D325×8的天然氣管道及閘北區(qū)的共和新路設(shè)計(jì)壓力0.4 MPa，管道規(guī)格DN500的人工煤氣管道進(jìn)行檢測(cè)。

對(duì)泗陳公路(嘉松公路—滬松公路)管道沿途情況進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)管道沿途有支管、架空橋管、工地、居民區(qū)、河流、輕軌、電纜、商店、餐廳、綠化帶和穿越等；大部分道路車流量和人流量多。管道沿途存在雜散電流干擾源主要有軌道交通及高壓電纜等。

對(duì)共和新路對(duì)管道沿途情況進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查發(fā)現(xiàn)人工煤氣管道埋設(shè)于共和新路南北高架橋下，穿過(guò)上?；疖囌倦姎饣F路及上海地鐵 3、4號(hào)線，管道沿途存在雜散電流干擾源主要有電氣化鐵路及軌道交通3、4號(hào)線等。

4.2 雜散電流檢測(cè)

對(duì)泗陳公路(嘉松公路—滬松公路)及共和新路管道的宏觀檢查，發(fā)現(xiàn)其主要干擾源有直流雜散電流干擾又有交流雜散電流的干擾，綜合上述調(diào)查結(jié)果，應(yīng)采用重點(diǎn)位置雜散電流監(jiān)測(cè)的方法(SCM 感應(yīng)測(cè)試法)對(duì)這2段路段的管道進(jìn)行檢測(cè)。

根據(jù)管道沿線的環(huán)境，在泗陳公路(嘉松公路—滬松公路)選擇了 2處可能有干擾源的地方，利用SCM儀器進(jìn)行雜散電流測(cè)試。

在共和新路選擇了1處可能有干擾源的地方進(jìn)行雜散電流測(cè)試。

泗陳公路(嘉松公路—滬松公路)路段，本次選取2個(gè)位置：9號(hào)線泗涇站附近和松江供電分局望東變電站高壓線附近進(jìn)行測(cè)試。

在9號(hào)線泗涇站附近測(cè)試中發(fā)現(xiàn)間隔6分鐘左右出現(xiàn)脈沖型波動(dòng)，最大感應(yīng)電流波動(dòng)值14.040A，雜散電流干擾強(qiáng)。見(jiàn)圖4所示。

圖4 九號(hào)線泗涇站附近雜散電流感應(yīng)檢測(cè)

在松江供電分局望東變電站高壓線附近測(cè)試時(shí)，測(cè)得最大感應(yīng)電流波動(dòng)值16.021 A，雜散電流干擾強(qiáng)。見(jiàn)圖5所示。

圖5 松江供電分局望東變電站高壓線附近雜散電流感應(yīng)檢測(cè)

共和新路人工煤氣管道在鐵路開(kāi)、停車期間及地鐵運(yùn)行期間進(jìn)行雜散電流檢測(cè)。該處靠近電氣化鐵路及地鐵 3、4號(hào)線，位于共和新路高架橋天目中路立交橋下，公路上汽車交通對(duì)管道有一定的影響。

對(duì)共和新路燃?xì)夤艿罊z測(cè)情況如下：共和新路路段，本次選取1處位置在鐵路開(kāi)、停車期間及地鐵運(yùn)行期間進(jìn)行雜散電流檢測(cè)，在鐵路開(kāi)、停車期間及地鐵運(yùn)行期間存在明顯的雜散電流干擾，鐵路開(kāi)、停車期間及地鐵運(yùn)行期間管中最大雜散電流差值為51.410 A，存在較強(qiáng)的雜散電流干擾。見(jiàn)圖6所示。

圖6 高架橋下鐵路開(kāi)、停車期間及地鐵運(yùn)行期間雜散電流感應(yīng)檢測(cè)

4.3 防護(hù)措施

4.3.1 排流保護(hù)

排流保護(hù)是雜散電流干擾防護(hù)的主要方法，應(yīng)根據(jù)干擾程度、狀態(tài)，干擾源與管道位置關(guān)系，場(chǎng)地環(huán)境等條件選擇直接排流、極性排流、接地排流等保護(hù)方式。

4.3.2 綜合治理

(1)干擾源側(cè)應(yīng)采取措施，減少泄漏電流數(shù)量，使其對(duì)外部系統(tǒng)的干擾降至最小。

(2)在受到干擾的管道系統(tǒng)中，適當(dāng)、合理的裝設(shè)絕緣法蘭，以緩解或解決干擾問(wèn)題。

(3)電連接(包括串入可調(diào)電阻)可以調(diào)整或改變管道內(nèi)干擾電流流向分布，有助于排流效果提高。

(4)防腐層修理和加強(qiáng)，可限制流入或流出管道的干擾電流，緩解干擾和提高排流保護(hù)效果。

(5)改變預(yù)定的管道走向或陰極保護(hù)陽(yáng)極地床的位置。

(6)調(diào)節(jié)陰極保護(hù)電流的輸出或采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)代替強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。

(7)設(shè)置屏蔽柵極或電場(chǎng)屏蔽，有助于改變雜散電流流向和流入被干擾體的數(shù)量。

4.3.3 共同防護(hù)

處于同一干擾區(qū)域的不同產(chǎn)權(quán)歸屬的埋地管道或地下電力、通信等纜線，應(yīng)在互相協(xié)商的基礎(chǔ)上，納入共同的干擾保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)施“共同保護(hù)”，以避免在獨(dú)立進(jìn)行干擾保護(hù)中形成相互間的再生干擾。

5 結(jié)語(yǔ)

雜散電流會(huì)對(duì)埋地金屬燃?xì)夤艿涝斐呻娀瘜W(xué)腐蝕，由于腐蝕的隱蔽性和突發(fā)性，往往會(huì)造成災(zāi)難性的后果，本文通過(guò)對(duì)泗陳公路(嘉松公路—滬松公路)和共和新路兩個(gè)路段的檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)燃?xì)夤艿乐写_實(shí)存在雜散電流干擾，同時(shí)經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)影響燃?xì)夤艿赖碾s散電流干擾源是多元化的，既有直流雜散電流干擾又有交流雜散電流干擾，這就要求我們?cè)诓扇》雷o(hù)的過(guò)程中，充分考慮干擾源的類型，綜合分析問(wèn)題，按排流保護(hù)為主、綜合治理、共同防護(hù)的原則進(jìn)行。

Detection and Protection of Stray Current in Gas Pipeline

Shanghai Municipal Gas Devices Measurement Test Center Yang Yulin

SCM stray current detection system is used in the gas pipeline testing of Sichenroad(from Jiasong road to Husong road) and GongheXin road. This paper analyzesdatum of pipelines which stray current interference exists in, and some measures for pipeline protection are also put forward.

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