交流線路對埋地輸油氣管道的干擾影響機(jī)理分析及防護(hù)措施

梁盼望 楊力 蔣少波

摘? 要：針對架空交流輸電線路與管道共走廊，管道受高壓線路電磁干擾影響進(jìn)行分析，結(jié)果表明，當(dāng)架空線路與管道距離過近時，架空線路對管道存在穩(wěn)態(tài)影響，包括人身安全影響、泄漏電流等，以及暫態(tài)影響，包括短路及雷擊時的感應(yīng)電壓等，并給出了可信、有效的限值。可采用電磁干擾分析軟件CDEGS進(jìn)行理論分析，當(dāng)交流線路對管道的交流干擾超標(biāo)時，可采用目前最新、最有效的梯度控制線防護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：埋地管道;干擾影響;穩(wěn)態(tài)影響

0? ? 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為減少占用土地資源，輸電線路與石油管道、交通設(shè)施、通信設(shè)施共用廊道的問題日益凸顯，在輸電線路正常運(yùn)行和發(fā)生故障時，會在臨近的空氣和土壤中產(chǎn)生感應(yīng)交流電磁場，從而產(chǎn)生交流干擾電流（電壓），會對附近的金屬管道及觸摸管道的工作人員造成電擊傷害，感應(yīng)產(chǎn)生較高的管道涂層電壓會使管道涂層性能劣化，極端情況下甚至?xí)l(fā)生擊穿，加快管道的腐蝕，損壞絕緣法蘭及整流設(shè)備。另一方面，許多事實(shí)已證明過大的管道涂層缺陷交流漏電流密度會加速金屬管腐蝕，交流電流密度引起腐蝕問題已成為研究人員討論的焦點(diǎn)、熱點(diǎn)之一。因此，當(dāng)高壓輸電線路與管道共走廊時，研究管道受高壓線路的電磁干擾影響十分必要。

1? ? 交流干擾機(jī)理

低頻時電力線路對鄰近設(shè)施的電磁干擾其機(jī)理通常分為三類：電感性干擾、傳導(dǎo)性干擾、電容性干擾。

1.1? ? 電感性耦合（穩(wěn)態(tài)影響）

導(dǎo)體中的電感性干擾來自于平行導(dǎo)體之間的交流電流，干擾水平隨著兩導(dǎo)體之間距離和夾角的減小而增強(qiáng)，并隨土壤電阻率、通電導(dǎo)體中承載的電流大小和頻率的增加而加劇。在線路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，電感性電磁干擾為主要干擾。在輸電線路與油氣管線共用廊道時，被感應(yīng)金屬線路（油氣管線）中的感應(yīng)電壓可達(dá)幾百伏。當(dāng)電力線路中有幾百安培的電流流過時，即使與接地系統(tǒng)相連，被感應(yīng)管線的電感性干擾電位仍可達(dá)幾十伏。這一感應(yīng)電壓會在管線對地之間產(chǎn)生電壓，可能使人受到電擊或危及設(shè)備安全性和保護(hù)系統(tǒng)完整性。

1.2? ? 傳導(dǎo)性耦合（暫態(tài)影響）

輸電線路發(fā)生單相接地故障時，會有很大的故障電流經(jīng)故障結(jié)構(gòu)（包括線路桿塔及接地系統(tǒng)）流向大地，臨近桿塔的土壤電位會相應(yīng)升高。若埋地油氣管線的涂層電導(dǎo)性差，接地不好，管道本身的電位較低，管線和埋設(shè)地土壤之間就會存在一定的電位差，這種電位差也就是管道傳導(dǎo)耦合干擾。傳導(dǎo)耦合的大小受土壤電阻率影響很大，傳導(dǎo)耦合的幅值隨著離開故障結(jié)構(gòu)距離的增加而衰減，但衰減的速度取決于土壤的結(jié)構(gòu)。通常，油氣管線將同時承受電感性耦合和傳導(dǎo)性耦合。

1.3? ? 電容性耦合

電容性耦合是由通電的架空輸電線路和接地不良的平行輻射金屬管路之間的電位梯度差異產(chǎn)生的。這些管路一般是地面上的油氣管線，如果金屬管路埋于地中，電容性干擾就可以忽略不計(jì)。

2? ? 影響分類及限值

2.1? ? 長時間作用下人體接觸的安全電壓

一般認(rèn)為，長時間作用下人體接觸的安全電壓可以分為15 V、33 V和60 V三個等級。其中美國NACE SP0177標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值最為嚴(yán)格，為15 V。其次，《特低電壓（ELV）限值》（GB/T 3805—1993）規(guī)定的限值為33 V，考慮的是在干燥環(huán)境下人體長時間能夠承受的安全電壓程度，且該標(biāo)準(zhǔn)指出，該限值不針對特定專業(yè)人群?！峨娦啪€路遭受強(qiáng)電線路危險影響的容許值》（GB 6830—1986）規(guī)定，強(qiáng)電線路正常運(yùn)行時，在通信線路上感應(yīng)的縱電動勢容許值為60 V。我國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣化鐵道對油（氣）管道（含油庫）的影響容許值及防護(hù)措施》（TB/T 2832—1997）規(guī)定：“交流電氣化鐵道接觸網(wǎng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，管道相對大地的電壓差容許值為60 V。”

2.2? ? 管道涂層故障情況下的安全電壓

在歐洲，管道允許的短時涂層電壓最大限值為5 000 V，小于該值時可不采取接地措施。

在北美（NACE SP0177—2007），管道允許的短時感應(yīng)最大電壓限值為1 000～5 000 V，小于該值時可不采取接地措施。

根據(jù)調(diào)查，國內(nèi)目前已建成的管道，其防腐層一般分為3類——石油瀝青、塑料及環(huán)氧粉末、3層PE覆蓋層，目前國內(nèi)新建的大型管道均采用3層PE覆蓋層的技術(shù)方案。國內(nèi)相關(guān)部門曾對3層PE防腐層做過工頻耐壓試驗(yàn)，結(jié)果表明，其耐壓限值能達(dá)到57 kV。

2.3? ? 管道交流腐蝕限值

歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 15280中，使用交流/直流（AC/DC）電流密度比來衡量交流腐蝕可能性，指出只要該比值低于閾值，陽極金屬氧化就會被直流電流抑制，因而交流腐蝕就不會發(fā)生。該限值為交流電流密度（有效值）低于30 A/m2。

2.4? ? 管道雷擊安全限值

武漢大學(xué)高壓實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的《輸電線路接地系統(tǒng)對地下金屬管道的影響研究》中提供的數(shù)據(jù)顯示：熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）防腐層金屬管道在工頻情況下，耐受電壓為14～15 kV，雷電沖擊耐受電壓為28 kV;三層聚乙烯（3PE）的防腐層金屬管道的工頻耐受電壓為57 kV，雷電沖擊耐受電壓為109 kV。3? ? 分析計(jì)算方法簡介

3.1? ? 土壤參數(shù)的確定

鑒于管道沿線的土壤電阻率測量數(shù)據(jù)信息獲取難度大，結(jié)合輸電線路沿線土壤電阻率測量數(shù)據(jù)，采用均勻土壤模型，并確定電氣等效土壤電阻率。

3.2? ? 建模及分析

為了得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，可采用國際上最先進(jìn)、最權(quán)威的電磁干擾分析軟件CDEGS進(jìn)行理論分析。根據(jù)輸電線路及管道參數(shù)，采用CDEGS軟件中的MultiFields軟件包（電磁場法）建立計(jì)算模型，可確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

4? ? 防護(hù)技術(shù)簡介

為保證在高電壓等級交流輸電線路正常運(yùn)行和短路故障情況下鄰近管道系統(tǒng)的安全性，國外已經(jīng)制定了相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，各種工程設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵循相應(yīng)的規(guī)程。國內(nèi)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和制度也正在制定和完善中，并逐步開始使用，但如何結(jié)合實(shí)際工程實(shí)施進(jìn)行電磁干擾安全性研究，并定量分析計(jì)算各主要參數(shù)對結(jié)果的影響，在國內(nèi)還處于起步階段。

要把對鄰近設(shè)施的交流干擾水平降低到安全限值以下，就必須設(shè)置可靠有效的防護(hù)裝置。目前存在多種防護(hù)技術(shù)，如集中接地、消壓線等，這些方法后來被認(rèn)識到不但昂貴而且常常無效，甚至還會造成危險。

當(dāng)前，梯度控制線是最新、最有效的防護(hù)方法。梯度控制線（網(wǎng)）主要由平行埋設(shè)在管道周圍并有規(guī)律地與管道相連的一根或多根裸鋅導(dǎo)體組成，可以為管道提供良好的接地，從而降低管道的電勢，還可以抬高管道周圍附近大地的電勢，這樣管道與附近大地之間的電壓差就降低了。總之，對感性干擾和傳導(dǎo)性干擾，它都可以大大降低接觸電壓和管道護(hù)層電壓。

5? ? 結(jié)語

本文針對架空交流輸電線路與管道共走廊，管道受高壓線路的電磁干擾影響進(jìn)行分析，結(jié)果表明，當(dāng)架空線路與管道距離過近時，架空線路對管道存在穩(wěn)態(tài)影響及暫態(tài)影響。當(dāng)線路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，管道涂層電壓人體安全影響限值為60 V，管道泄漏電流限值30 A/m2。暫態(tài)時，短路故障管道涂層電壓限值5 000 V，雷擊故障管道涂層電壓限值109 kV?？刹捎秒姶鸥蓴_分析軟件CDEGS進(jìn)行理論分析，當(dāng)交流線路對管道的交流干擾超標(biāo)時，可采用目前最新、最有效的梯度控制線防護(hù)方法。

收稿日期：2020-07-03

作者簡介：梁盼望（1984—），男，陜西興平人，碩士研究生，高級工程師，從事架空輸電線路設(shè)計(jì)工作。