川氣東送安徽、浙滬段雜散電流干擾的檢測(cè)與防護(hù)

潘 晨

（中石化節(jié)能環(huán)保工程科技有限公司，湖北 武漢 430223）

0 引言

川氣東送管道工程西起川東北普光首站，東至上海末站，全長(zhǎng)約1700km，管徑Φ1016，設(shè)計(jì)壓力10MPa；管道全線采用外防腐層與陰極保護(hù)相聯(lián)合的保護(hù)措施。該管線外防腐層采用三層PE，陰極保護(hù)采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。

此段管線投產(chǎn)至今，長(zhǎng)期以來(lái)受到雜散電流干擾，嚴(yán)重影響了管道陰極保護(hù)的正常運(yùn)行，使管道安全存在重大隱患。由于安徽、浙滬局部管段存在著嚴(yán)重的雜散電流干擾，需要進(jìn)行排流整改。為做好排流整改工作，先對(duì)管線雜散電流腐蝕狀況進(jìn)行了全面的檢查，根據(jù)檢查的結(jié)果制定排流方案。

1 雜散干擾危害

雜散電流通過(guò)鄰近的防腐層良好的管道網(wǎng)絡(luò)可以傳送到幾公里以外的地方，雜散干擾電流會(huì)對(duì)鄰近的地下金屬管線/地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非常有害的影響。雜散電流干擾的危害表現(xiàn)在：在管道的雜散電流流出點(diǎn)，管體會(huì)受到強(qiáng)烈的腐蝕。若不采取合適的治理措施，這種干擾致使管道的管體在很短的時(shí)間內(nèi)腐蝕穿孔，發(fā)生管道安全事故。

川氣東送干線管道安徽、浙滬分部管段，自十字鎮(zhèn)到嘉興站，每月下旬會(huì)出電位波動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了管道陰極保護(hù)的正常投用，因此本次針對(duì)受干擾管道進(jìn)行了詳細(xì)的雜散電流檢測(cè)。

2 直流雜散電流檢測(cè)

2.1 管道干擾程度調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，管道管地電位在-2.9～+1.3V之間波動(dòng)，正向偏移遠(yuǎn)大于100mV的判據(jù)，因此，應(yīng)采取直流干擾防護(hù)措施。

2.2 直流雜散電流檢測(cè)實(shí)施過(guò)程

采用表1中的儀器在管道、高壓線、換流站周?chē)M(jìn)行電場(chǎng)和電位梯度的測(cè)量，確定干擾源與受干擾管道電位變化的相關(guān)性。

表1 檢測(cè)應(yīng)用儀器

3 直流雜散電流檢測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果

3.1 各管段電位同步檢測(cè)結(jié)果

對(duì)十字鎮(zhèn)分輸站、十字鎮(zhèn)分輸站至晏公殿閥室、晏公殿閥室至楊家沖閥室、楊家沖閥室至后林村閥室進(jìn)行了管地電位的同步檢測(cè)，具體如圖1～圖4所示。通過(guò)專(zhuān)業(yè)波形分析比較軟件，四處波形相似度90%以上，基本可以證明十字鎮(zhèn)至后林村閥室段管地電位變化趨勢(shì)一致，為同一干擾源所致。

圖1 十字鎮(zhèn)分輸站管地電位波形圖

圖2 十字鎮(zhèn)分輸站至晏公殿閥室管地電位波形圖

圖3 晏公殿閥室至楊家沖閥室管地電位波形圖

圖4 楊家沖閥室至后林村閥室管地電位波形圖

3.2 直流干擾源確定

根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏咎峁?，安徽省境?nèi)有林峰線500kV直流輸電線路，±800kV復(fù)奉線直流輸電線路，±500kV宜華直流輸電線路等。管道與高壓線第一次交叉是在十字鎮(zhèn)下游1392號(hào)樁附近。

為確認(rèn)是否為高壓輸電線路對(duì)管道造成干擾，對(duì)管道和高壓線附近進(jìn)行了電位梯度的測(cè)量和比較分析，選取點(diǎn)為楊家沖閥室前后，該位置管道與多條高壓直流輸電線路平行，平行間距約400m。

管道附近的電位梯度為：平行0.5mV/m，垂直3.1mV/m。

高壓線附近的電位梯度為：平行0.4mV/m，垂直4.0mV/m。

比較兩者電位梯度，大小有所差距，方向基本一致。

對(duì)上海末站附近奉賢、華新等換流站做了電位梯度測(cè)量，管道無(wú)干擾時(shí)，該段幾處換流站周?chē)娢惶荻确浅Ｐ?；管道有干擾時(shí)，已對(duì)華新?lián)Q流站周?chē)s5km距離，多處測(cè)量）做了電位梯度的測(cè)量，電位梯度為5.1mV/m，方向大體指向上海末站。

與周?chē)疁麑?、蘇南、港化燃?xì)獾裙艿拦芾聿块T(mén)做了初步溝通，處于換流站周?chē)艿朗芨蓴_頻率和現(xiàn)象基本一致。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果和已測(cè)量數(shù)據(jù)推斷，川氣東送管道安徽、浙滬分部所受直流干擾源為直流高壓輸電線路與直流換流站。

4 干擾原理

雙極高壓直流輸電系統(tǒng)采用兩根電力線，一根從發(fā)電廠連接到用電負(fù)荷；另一根回線從用電負(fù)荷連接到發(fā)電廠。雙極高壓直流輸電系統(tǒng)還有接地電極，從而容許不平衡電流經(jīng)由大地從發(fā)電廠流到用電負(fù)荷，或者從用電負(fù)荷流回發(fā)電廠。這些不平衡電流通常小于100A，可以連續(xù)流動(dòng)幾個(gè)小時(shí)。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)失常或者在計(jì)劃例行維修期間，可以通過(guò)電力線1或者電力線2輸送電流，返回電流可以通過(guò)大地流回發(fā)電廠。這樣可以幾千安培的電流經(jīng)有大地回路流回，從而造成地下河水下管道及設(shè)施的直流干擾。由于正負(fù)極均有接地漏電的可能，因此電流方向有可能變化，及受干擾管道的正負(fù)可能存在變化。電流流入管道的位置，管地電位負(fù)向偏移，電流流出管道的位置，管地電位正向偏移。

5 直流雜散電流干擾治理建議

5.1 直流排流方式的選擇

本管道部分管段受到不同程度的直流干擾，因此應(yīng)進(jìn)行直流雜散電流排流，一般直流雜散電流排流有直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流和接地排流四種方式。

根據(jù)本管道受干擾情況調(diào)查，基本確定為直流輸電線路干擾，但該干擾很難使用直接將管道與高壓線塔連接的方式排流，因此，排流方式為接地排流結(jié)合強(qiáng)制排流的方式。使用接地排流，安裝犧牲陽(yáng)極地床，抑制管道電位過(guò)于偏負(fù)的趨勢(shì)。使用強(qiáng)制排流，使用陰保站恒電位儀，給管道施加陰極保護(hù)電流，抑制管道電位偏正的趨勢(shì)。

5.2 直流排流點(diǎn)的選擇

一般直流干擾中，雜散電流從管道破損點(diǎn)流入，流經(jīng)管道，從管道破損點(diǎn)流出，電流流入點(diǎn)電位偏負(fù)，電流流出點(diǎn)電位偏正。應(yīng)當(dāng)在流入點(diǎn)做靜電屏蔽，改善防腐層質(zhì)量，減少雜散電流的流入；應(yīng)當(dāng)在流出點(diǎn)做接地排流，使大部分雜散電流通過(guò)接地床流入大地，減少防腐層破損點(diǎn)的泄漏電流對(duì)管體的腐蝕。

在陰保場(chǎng)站做單側(cè)接地，試驗(yàn)排流效果。經(jīng)測(cè)量，管道內(nèi)直流雜散電流最大值約4.2A，雜散電流流出點(diǎn)管道電位可達(dá)+1.3V，在該點(diǎn)做接地排流試驗(yàn)，接地電阻約5Ω。做接地排流試驗(yàn)時(shí)，測(cè)得管到電位從+1.3V變?yōu)?0.5V，接地體電位從-0.7V變?yōu)?0.5V，排流電流為1.7A，排流效果明顯。

根據(jù)已有檢測(cè)數(shù)據(jù)，建議在十字鎮(zhèn)、楊家沖閥室、湖州和嘉興四個(gè)點(diǎn)站場(chǎng)閥室附近做接地排流和強(qiáng)制排流。

圖5 接地排流接線原理圖

5.3 排流措施

強(qiáng)制排流使用十字鎮(zhèn)、湖州和嘉興站恒電位儀，抑制管地電位偏正的趨勢(shì)；接地排流使用各處的接地陽(yáng)極，減小從破損點(diǎn)流入管道的雜散電流數(shù)量，一致管道電位偏負(fù)的趨勢(shì)；選在十字鎮(zhèn)站、楊家沖閥室、湖州站、嘉興站匯流點(diǎn)外30～40m處，使用鋅合金犧牲陽(yáng)極，接線原理如圖5所示。

采用多支陽(yáng)極并聯(lián)使用，選用同一爐號(hào)或開(kāi)路電位相近的陽(yáng)極。

陽(yáng)極埋設(shè)方式按軸向和徑向分為立式和水平式兩種。一般情況下陽(yáng)極距管道外壁3～5m，最小不宜＜0.5m，埋設(shè)深度以陽(yáng)極頂部距地面不＞1m為宜。成組布置時(shí)，陽(yáng)極間距以2～3m為宜。

陽(yáng)極應(yīng)埋設(shè)在土壤冰凍線以下。在地下水低于3m的干燥地帶，陽(yáng)極應(yīng)適當(dāng)加深埋設(shè)；埋設(shè)在河床中的陽(yáng)極應(yīng)避免洪水沖刷和河床挖泥清淤時(shí)的損壞。

在布設(shè)陽(yáng)極時(shí)，注意陽(yáng)極與管道間不應(yīng)存在有金屬構(gòu)筑物。

上述措施的正確實(shí)施，可以有效地治理當(dāng)前的雜散電流對(duì)該區(qū)域內(nèi)管道造成的危害，有效地控制該區(qū)域內(nèi)的管道腐蝕危險(xiǎn)，確保管道能夠安全、正常運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

由于常見(jiàn)的雜散電流干擾源增多，嚴(yán)重危害到埋地管道的安全?？梢跃C合利用目前已有的雜散電流存在及干擾源定位的檢測(cè)判斷方法，進(jìn)行雜散電流下的防護(hù)與排流。川氣東送安徽、浙滬段說(shuō)明了雜散電流的檢測(cè)、判斷方法和排流改造。

結(jié)合目前國(guó)內(nèi)管道工程經(jīng)驗(yàn)，可通過(guò)鋅陽(yáng)極接地排流解決直流干擾。

在此，感謝天津市嘉信技術(shù)工程公司對(duì)川氣東送安徽、浙滬段排流工程的技術(shù)支持。