后建接地極對(duì)埋地管道的干擾

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(中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司，青島 266071)

高壓直流輸電技術(shù)以其損耗小、容量大的優(yōu)點(diǎn)成為了21世紀(jì)的寵兒。高壓直流輸電系統(tǒng)一般是以雙極對(duì)稱方式運(yùn)行的，此時(shí)的入地電流小于輸送電流的1%；但發(fā)生故障或檢修時(shí),單極運(yùn)行的情況就會(huì)出現(xiàn)，此時(shí)入地電流即為輸送電流，可高達(dá)幾千安培，雖然作用時(shí)間短，但是瞬間大電流會(huì)在短時(shí)間內(nèi)擊穿防腐蝕層，破壞管道，燒毀陰極保護(hù)設(shè)備，甚至?xí)斐删薮蟮娜藛T傷亡[1-6]。

DL/T 5224-2005《高壓直流輸電大地返回運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》指出：直流接地極與管道的最小距離不應(yīng)小于10 km。但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果證明，當(dāng)接地極與管道的距離為30 km時(shí)，單極運(yùn)行對(duì)管道造成的影響也不容忽視，電位可達(dá)幾伏。本工作研究了后建接地極對(duì)管道的影響，以期初步判斷直流通信作者：張建賓(1982-)，工程師，學(xué)士，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)安全工程、油氣儲(chǔ)存技術(shù)等方面的設(shè)計(jì)與科研工作,0532-80950514,zhangjianbin@cnpccei.cn

雜散電流對(duì)油氣管道的影響，指導(dǎo)油氣管道的運(yùn)營(yíng)維護(hù)和后期直流輸電系統(tǒng)與油氣管道的建設(shè)。

1 模型建立

模型依托南方某管道建立，通過(guò)BEASY建立兩層土壤模型：當(dāng)埋深為0～1.5 m時(shí)，土壤電阻率為150 Ω·m；當(dāng)埋深為1.5～7 m時(shí)，土壤電阻率為300 Ω·m。如圖1所示，接地極1和接地極2是原有接地極，相距1 440 km，接地極1距管道30 km；接地極3和接地極4是后建接地極，位于接地極1和地極2的垂直平分線上，相距1 440 km；接地極均采用同心雙環(huán)布置，內(nèi)環(huán)半徑為240 m，埋深3.5 m；接地極1和地極2通過(guò)高壓輸電線相連，接地極3和地極4也是如此；管道全長(zhǎng)120 km，埋深為1.5 m；模型設(shè)置參比電極為飽和硫酸銅參比電極(CSE)。

2 結(jié)果與討論

設(shè)定高壓直流輸電線路的額定輸出電流為5 000A，則雙極運(yùn)行時(shí)的不平衡電流為50 A。當(dāng)沒有直流干擾時(shí)，管道電位分布均勻，為-600 mV。

圖1 直流接地極與管道的相對(duì)位置Fig. 1 Relative position of DC grounding electrode and pipeline

當(dāng)只有接地極2為陽(yáng)極輸出時(shí)，此時(shí)與之相連的接地極1位于管道中間段附近，管道中間位置為陽(yáng)極干擾區(qū),會(huì)發(fā)生腐蝕，管道的兩端為陰極區(qū),會(huì)受到保護(hù)。如圖2所示:隨著輸出電流的增大，陰極區(qū)的管地電位逐漸減小，進(jìn)入到陰極保護(hù)電位范圍(-850～-1 200 mV);而陽(yáng)極區(qū)的管地電位迅速增大，當(dāng)輸出電流為5 000 A時(shí)，電位偏移可達(dá)789 mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值。

圖2 接地極2為陽(yáng)極輸出時(shí)的管地電位分布Fig. 2 Pipe-ground potential distribution with the grounding electrode 2 being an anodic output

圖3和圖4是后建接地極對(duì)管地電位分布規(guī)律的影響?？梢钥闯?當(dāng)后建接地極分別為陽(yáng)極輸出時(shí)，管道中間部位的電位均上升了約500 mV，而兩端的管地電位沒有太大的變化，并且當(dāng)接地極3或接地極4為陽(yáng)極輸出時(shí)對(duì)管道電位的影響一致。從實(shí)際情況來(lái)分析，回路1為接地極1→輸電線→接地極2→大地，回路2為接地極3→輸電線→接地極4→大地，而回路2與管道的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了回路1的，此時(shí)后建接地極對(duì)管道電位分布的影響主要是通過(guò)影響回路1在土壤中的電流分布來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，無(wú)論是接地極3或接地極4為陽(yáng)極輸出時(shí)，對(duì)管道電位分布的影響都是一樣的。

圖3 后建接地極3為陽(yáng)極輸出時(shí)對(duì)管地電位的影響Fig. 3 The influence of pipe-ground potential distribution with the second-building grounding electrode 3 being an anodic output

圖4 后建接地極4為陽(yáng)極輸出時(shí)對(duì)管地電位的影響Fig. 4 The influence of pipe-ground potential distribution with the second-building grounding electrode 4 being an anodic output

為了探究上述模型中后建接地極對(duì)管道電位分布的影響的分析是否成立，如圖5所示，將接地極3和接地極4沿X軸平移720 km，接地極3沿Y軸負(fù)向平移710 km，即Y13=10 km(即接地極1和接地極3在Y方向上的距離為10 km)建立模型。如圖5所示，當(dāng)接地極2和接地極3為陽(yáng)極輸出時(shí)，此時(shí)靠近管道的接地極1和接地極3分別為陰極和陽(yáng)極，兩者對(duì)管道的影響是相反的，此時(shí)管道中間部位的管地電位下降；當(dāng)接地極2和接地極4為陽(yáng)極輸出時(shí)，此時(shí)靠近管道的接地極1和接地極3均為陰極，對(duì)管道的影響是相同的，此時(shí)管道中間部位作為陽(yáng)極干擾區(qū)的疊加，因此管地電位是上升的。所以，當(dāng)后建接地極其中一極距離管道較近時(shí)，對(duì)管地電位的影響是通過(guò)入地電流直接作用在管道上實(shí)現(xiàn)的。

圖5 接地極與管道的位置分布Fig. 5 The locations of earth electrodes and pipe

圖6 后建接地極對(duì)管道電位分布的影響Fig. 6 Influence of second-building grounding electrode on potential distribution of pipeline

3 結(jié)論

(1) 一組接地極對(duì)管道產(chǎn)生影響的條件是其中一個(gè)接地極靠近管道；而當(dāng)后建接地極距離原有管道較遠(yuǎn)時(shí)，它對(duì)管道產(chǎn)生影響的方式是通過(guò)影響原有接地極回路的電流分布來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)后建接地極其中一極距離管道較近時(shí)，對(duì)管地電位的影響是通過(guò)入地電流直接作用在管道上實(shí)現(xiàn)的。

(2) 當(dāng)后建接地極與管道靠近時(shí)，管道附近的兩個(gè)接地極的極性如果相同，則對(duì)管道的影響是疊加的；若相反，則會(huì)減弱管道上的電位偏移。

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