一種管道電流測量裝置的研發(fā)

朱雪蓮 錢濟(jì)人

【摘 ?要】±800KV賓金特高壓直流輸電工程直流接地極位于浙江武義，距離金華-麗水-溫州天然氣輸氣管道約800米。特高壓直流輸電接地極單極運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生幾千安培的入地電流，對(duì)附近管道影響較大。為研究入地電流對(duì)管道影響，及時(shí)了解雜散電流發(fā)生的時(shí)間和參數(shù)，測量管道電流是必要的。本文采用法拉第磁光效應(yīng)原理，研發(fā)一種管道電流參數(shù)測量裝置，投入運(yùn)行，有效監(jiān)視特高壓直流輸電單極接地時(shí)管道電流，對(duì)管道安全運(yùn)行具有重要的作用。

【關(guān)鍵詞】直流輸電;管道電流;測量裝置

引言

特高壓直流輸電一般為雙極對(duì)稱接線方式，在正常運(yùn)行時(shí)，通過接地極流入大地的雙極不平衡電流僅為系統(tǒng)額定電流的百分之一，只有幾十安倍大小，對(duì)周圍埋地管道的干擾不大。當(dāng)輸電系統(tǒng)發(fā)生故障為單極運(yùn)行時(shí)，大地作為直流輸電系統(tǒng)中一根導(dǎo)線，將有幾千安倍入地電流，持續(xù)時(shí)間可達(dá)幾小時(shí)。單極運(yùn)行時(shí)的入地電流會(huì)從管道防腐層破損點(diǎn)流入（出）管道，形成強(qiáng)大的雜散電流，在電流流入段引起管地電位的大幅度負(fù)向偏移，發(fā)生析氫腐蝕產(chǎn)生氣泡，造成管道防腐層剝離;在電流流出段引起管地電位的大幅度正向偏移，造成管道陰極保護(hù)失效，加劇管道腐蝕甚至引起管道穿孔;入地電流還會(huì)引起管道附屬設(shè)備損害，如造成氣液聯(lián)動(dòng)閥誤動(dòng)、引壓管間放電燒蝕、恒電位儀輸入端擊穿等故障。因此，掌握單極接地時(shí)管道內(nèi)部雜散電流的狀態(tài)和大小，是減少特高壓直流輸電接地極單極運(yùn)行時(shí)對(duì)油氣管道損害和評(píng)估排流裝置有效性的手段。

1 特高壓直流輸電單極接地概況

2 管道電流裝置測量原理

法拉第磁光效應(yīng)原理如圖1所示，偏振光在磁光材料（磁光玻璃晶體或者光纖）中傳輸，當(dāng)存在與傳輸方向一致的磁場時(shí)，偏振光將出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角度被稱為法拉第旋光角，其角度大小與磁場大小成正比。

3 管道電流測量裝置

管道電流測量裝置由光源、環(huán)形器、起偏器、相位調(diào)制器、保偏光纖、1/4波片、傳感光纖、反射鏡、光電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和通信模塊組成。

由光源發(fā)出的光經(jīng)過環(huán)型器與起偏器后，變?yōu)榫€偏振光。起偏器的尾纖與相位調(diào)制器的尾纖以45°熔接，線偏振光以45°注入保偏光纖，分別沿保偏光纖的X軸和Y軸傳輸。這兩個(gè)正交模式的線偏振光經(jīng)過1/4波片后，分別變?yōu)樽笮陀倚龍A偏振光，進(jìn)入傳感光纖中傳播。載流導(dǎo)線中傳輸?shù)碾娏鳟a(chǎn)生磁場，在傳感光纖中產(chǎn)生法拉第磁光效應(yīng)，使這兩束圓偏振光的相位差發(fā)生變化并以不同的速度傳輸，在鏡面處反射后，兩束圓偏振光的偏振模式互換（即左旋光變?yōu)橛倚?，右旋光變?yōu)樽笮猓┰俅瓮ㄟ^傳感光纖，并再次經(jīng)歷法拉第效應(yīng)使兩束光產(chǎn)生的相位差加倍。這兩束光再次通過1/4波片后，恢復(fù)為線偏振光。兩束光在起偏器處發(fā)生干涉，攜帶相位差信號(hào)的光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換進(jìn)入數(shù)據(jù)采集和通信模塊。根據(jù)法拉第磁光效應(yīng)與安培環(huán)路定律可知，載流導(dǎo)線中傳輸?shù)碾娏鞔笮∨c相位差成正比，因此通過檢測光相位差信號(hào)可計(jì)算出待測電流值。

整套裝置采用太陽能和蓄電池供電，采用GPRS 將數(shù)據(jù)傳回服務(wù)器，在通信協(xié)議上還移植了消息隊(duì)列遙測傳輸協(xié)議棧（MQTT），更便于在帶寬和網(wǎng)絡(luò)受限的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下傳輸消息。

4 應(yīng)用情況

2018年6月研發(fā)的電流測量裝置安裝在武義接地極附件的管道上，電流最小測量值為0.5A（保證5%精度），7月10日成功測量到金賓直流接地極單極運(yùn)行，在入地電流2000-3000A的情況下，管道內(nèi)部電流最大值為7A。由于金麗溫管道針對(duì)賓金特高壓直流工程，敷設(shè)了幾十公里的排流鋅帶，采用了分段隔離等防治手段，通過管道電流測量裝置的實(shí)測值，證明了管道排流工程的有效性，與仿真模擬值基本相符。

（作者單位：1.浙江能源天然氣集團(tuán)有限公司;2.浙江浙能天然氣運(yùn)行有限公司）