董家口-平度管道交流干擾模擬計(jì)算及效果評(píng)價(jià)

王 朋 張培洲 姜慶雷

（山東萊克工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營(yíng) 257000）

0 概述

伴隨電力系統(tǒng)、電氣化鐵路及能源基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，埋地長(zhǎng)輸油氣管道與高壓輸電線路、電氣化鐵路長(zhǎng)距離伴行、小角度交叉的情況日益頻繁、普遍。當(dāng)高壓交流輸電線路或交流電氣化鐵路與埋地管道并行或交叉時(shí)，由于電力系統(tǒng)的感應(yīng)、傳導(dǎo)及耦合作用，會(huì)對(duì)埋地管道造成交流干擾影響。增加管道的安全和腐蝕風(fēng)險(xiǎn)[1]。

董家口-平度管道干線長(zhǎng)度137km，管道規(guī)格Φ1016，鋼管材質(zhì)L485M，設(shè)計(jì)壓力8.0MPa。管道采用三PE防腐，管道沿線與多條高壓交流輸電線路和電氣化鐵路并行、交叉，存在明顯的交流干擾風(fēng)險(xiǎn)。筆者通過開展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研檢測(cè)、結(jié)合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行交流干擾影響分析評(píng)估，并借助CDEGS軟件進(jìn)行雜散電流干擾影響模擬分析與緩解方案設(shè)計(jì)。

1 董家口-平度管道交流干擾檢測(cè)與評(píng)估

1.1 管道及沿線土壤電阻率信息

董家口-平度管道干線管道基本信息統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

董家口-平度管道沿線的土壤電阻率信息如表2所示。

1.2 雜散電流干擾源信息

董家口-平度管道沿線電壓等級(jí)≥110KV以上的高壓輸電線路共計(jì)27條；管道與輸電線路伴行總長(zhǎng)度約90km；交叉共計(jì)38次。沿線高壓交流輸電線路的基本信息如表3所示。

為保證CDEGS軟件模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性，調(diào)研上述輸電線路的年最大負(fù)載、桿塔類型、導(dǎo)線及相序排列方式、導(dǎo)線類型、桿塔接地電阻等信息。

表1 董家口-平度管道干線基本信息

表2 管道沿線土壤電阻率數(shù)據(jù)表

表3 管道沿線高壓輸電線路（≥110KV）統(tǒng)計(jì)表

2 管道交流干擾檢測(cè)與評(píng)估

董家口-平度管道沿線交流干擾電壓數(shù)據(jù)曲線如圖1所示。測(cè)試期間管道沿線交流干擾電壓在0.03～29V之間，干擾電壓峰值出現(xiàn)在36#測(cè)試樁為29V。交流干擾電壓＞15V的管段集中在與500KV照瑯I(yè)、II線、500KV東澤和東澇I、II線伴行段。

管道交流電壓及交流電流密度評(píng)估指標(biāo)規(guī)定如下：

（1）根據(jù)NACE SP 0177的規(guī)定，管道受交流干擾影響，其感應(yīng)電壓的安全值為15V；

（2）根據(jù)GB/T 50698-2011的規(guī)定，當(dāng)管道上的交流干擾電壓≤4V時(shí)，可不采取交流干擾防護(hù)措施，＞4V時(shí)，應(yīng)采用交流電流密度進(jìn)行評(píng)估。電流密度評(píng)估指標(biāo)如表4所示。

圖1 管道沿線交流干擾電位曲線

表4 交流干擾程度的判斷指標(biāo)[3]

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試董家口-平度管道沿線交流干擾電壓為29V，NACE SP 0177超出《減輕交流電和雷電對(duì)金屬構(gòu)筑物和腐蝕控制系統(tǒng)影響的措施》規(guī)定的15V的安全電壓限值；且沿線部分管道的交流電流密度大于GB/T 50698規(guī)定的100A/m2的限值。

3 交流干擾及緩解措施模擬計(jì)算

3.1 模擬軟件

本次模擬計(jì)算采用加拿大SES公司開發(fā)的CDEGS軟件工具Right-of-Way模塊計(jì)算高壓輸電線路穩(wěn)態(tài)條件下對(duì)管道干擾影響，并制定長(zhǎng)輸管道雜散電流干擾的緩解措施。

3.2 模擬分析計(jì)算

3.2.1 干擾影響模擬分析計(jì)算

Right-of-way主要的操作步驟包括：設(shè)置系統(tǒng)頻率及單位；建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；屬性設(shè)置；定義線路終端激勵(lì)、區(qū)域。在定義激勵(lì)的界面中，分別將線路負(fù)載換算為有效負(fù)載后輸入，建立的模型。

當(dāng)輸電線路負(fù)載為最大負(fù)載的情況下，管道的交流干擾電壓曲線如圖2所示。

從計(jì)算得出的管道交流干擾電壓曲線來看，在輸電線路年最大負(fù)載情況下，管道與500KV照瑯I(yè)線、照瑯I(yè)I線的伴行交叉段36#樁位置交流干擾電壓最大為47.2V。

對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與模擬計(jì)算的交流電壓，平管道交流干擾峰值位置基本一致，電位幅值略有差異。但管線總體的電位分布趨勢(shì)一致，峰值出現(xiàn)的位置接近。

根據(jù)模擬計(jì)算分析的結(jié)果，在年最大運(yùn)行負(fù)載工況條件下，交流干擾電壓最大值＞15V，同時(shí)交流電流密度＞30A/m2的線路長(zhǎng)度為27.8km，因此需要采取排流防護(hù)措施。

圖2 年最大負(fù)載情況下交流電壓曲線

3.2.2 緩解措施模擬分析計(jì)算

交流雜散電流排流及接地方式主要包括直接接地、負(fù)電位接地極固態(tài)去耦合器接地等?？紤]本工程管道采用強(qiáng)制電流陰保系統(tǒng)保護(hù)，為避免陰保電流流失，推薦采用固態(tài)去耦合器+帶狀接地的方式進(jìn)行排流。在采取緩解措施后，交流電壓及電流密度的限定值如表5所示。

在年最大運(yùn)行負(fù)載條件下，利用Right-of-Way軟件進(jìn)行了多種方案的緩解排流措施模擬分析。最終確定在管道沿線設(shè)置39處排流裝置，敷設(shè)接地鋅帶9.31km，采取上述措施后模擬計(jì)算的交流電壓曲線如圖3所示。

經(jīng)模擬計(jì)算，在首站-平度段管道設(shè)置39處排流裝置時(shí)，管道最高干擾電壓為14V，小于NACE SP 0177的規(guī)定感應(yīng)電壓的安全值限值15V。同時(shí)管道交流干擾電流密度＜60A/m2，滿足GB/T 50698的規(guī)定。

4 排流措施的實(shí)施及效果評(píng)價(jià)

董家口-平度管道共設(shè)計(jì)排流點(diǎn)39處，由于工農(nóng)關(guān)系、現(xiàn)場(chǎng)征地等原因，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施共計(jì)37處，其中3處接地形式由與管道伴行的屏蔽接地調(diào)整為遠(yuǎn)距離（≥50m）集中接地。7處與原設(shè)計(jì)位置存在偏移。排流措施實(shí)施后的管道交流電壓曲線如圖4所示。

表5 緩解后的安全電壓及交流電流密度的限定值

圖3 設(shè)置39處排流措施時(shí)的交流干擾電壓曲線

圖4 采取排流措施后的交流電壓曲線

排流措施實(shí)施后，管道的交流干擾電壓下降明顯，電壓曲線與模擬計(jì)算的結(jié)果有一定的相似性，管道整體的交流電壓控制在15V的安全電壓以下。但由于105#樁-113#樁土壤電阻率較低，管道交流電流密度仍均＞60A/m2。需要進(jìn)一步的跟蹤監(jiān)測(cè)，并對(duì)排流裝置進(jìn)行優(yōu)化。