強電線路下的陰極保護管道交流干擾防護措施

于勝男

摘 要：伴隨當前經濟的不斷發展，我國能源企業、電力企業和電氣化鐵路運輸行業等均發展迅速。由于線路管道的使用遵循路由則優的原則，同時受到土地資源和諸多外部因素的影響，當前社會建設中出現諸多埋地鋼質管道和架空的高壓輸電線路等，造成電線之間形成平行或者交叉現象，甚至出現局部地區線路集中在同一管道的狀況。該文主要基于國內外交流干擾防護措施和工程具體實踐的基礎，指出當前強電線路下陰極保護管道減輕交流干擾和抗強電沖擊的有效措施為固態去耦合器接地，實施過程中諸多排流設備會因為檢驗手段和檢測標準的漏洞產生諸多安全風險，相關部門和人員需給予重視。

關鍵詞：強電線路 陰極保護管道 交流干擾 防護

中圖分類號：TG174.41 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（c）-0120-02

管道防腐蝕層和陰極保護作為管道防腐蝕的聯合保護措施，但當前實施陰極保護的管道與強電線路的鋪設，導致管道防腐蝕層和陰極保護系統受到損壞，從而影響埋地管道的使用壽命。當前對于交流干擾的防護方式多種多樣，諸多方式經實際應用效果明顯，但對于埋地管道而言，實施陰極保護的重點在于采取的防護措施是否與管道的陰極保護出現沖突，避免出現陰極保護系統被影響造成保護范圍縮小和保護效果降低的狀況。

1 交流干擾防護

針對已經建成的管道需進行多方數據的測量，例如，交流干擾電壓、交流電密度和土壤電阻率等。對于管道的設計階段需要考慮到強電線路的交流干擾，管道陰極保護的設計過程中需要充分考慮到交流干擾的防護措施，需要對干擾源正常或者故障狀況下的管道干擾情況進行計算。對于已經建造的管道可采用專有軟件進行計算，針對已經實施陰極保護的管道交流防護理論公式和軟件設計過程如下。

1.1 理論設計過程

收集基礎材料并進行現場測量—將地床的具體位置進行確定—根據交流干擾狀況緩減目標值、參數測試、計算地床目標和接地電阻—根據實際情況對地床安裝方式進行確定—選擇地床所用材料—確定地床材料的規格—出施工圖[1]。

1.2 軟件設計過程

收集材料并對現場進行測量—建立管道干擾模型—交流干擾緩解地床設計計算—交流干擾緩解地床形式對比—確定干擾方案—出施工圖。

2 交流干擾防護措施

根據調查和測試結果，針對存在嚴重交流干擾的管道需采取相應的防護措施來規避交流干擾，埋地管道的的交流干擾防護可從初始設計中的干擾源、管道接地排流、電屏蔽和絕緣接頭幾方面進行防護設計。

2.1 拉近埋地管道和強電線路的距離

我國《埋地鋼制管道交流干擾防護技術標準》中規定，埋地管道和強電線路進行干擾調查的過程中，需要滿足管道和高壓交流輸出電線路的最小距離要求。通過對管道和強電線路的增加，降低管道的交流干擾電壓。如圖1所示，通過增加管道和平行高壓線外側的相線距離，來降低交流干擾電壓的最大值。通常情況下，管道設計人員會考慮到遠離強電線路的干擾源，但較多情況下管道無法避免的和高壓電路、電氣化鐵路共用同一管道，且實際工程的應用中出現方案無法實行的狀況[2]。針對于已建管道沿線后建設的強電線路或者管道共同建設的情況，可以在其干擾源上采取措施來減少管道的交流干擾。唐德志指出，強電線路的一側可以采取防護措施，主要內容包含：交流電氣化鐵路可以使用回流變壓器的供電方式；高壓輸電線的對稱能夠減少中心點的接地數量，限制短路電流、增加屏蔽和導線換位等[3]。220kV的高壓線可以減少不對稱干擾電壓的影響，具體可采用貓型鐵塔；電氣化鐵路常出現阻性耦合的地段，實踐中可將鐵軌和枕木之間的絕緣加強，減少入地電流。

2.2 管道接地排流

管道交流干擾的防護措施中，接地排流是一種極為有效的方式，該種方式對于使用陰極保護的埋地管道應用時，需要避免接地系統和管道的陰極保護相沖突，防止影響到陰極保護系統的保護范圍和保護效果。管道排流的方式需要根據接地方式的不同進行分類，可分為直接排流、負電位排流和隔直排流三種類型。直接排流通過排流導線和管道相連接，接地電阻需顯著小于管道的接地電阻，避免影響排流效果。通常接地材質選擇鋼質，鋼質適合于陰極保護范圍較小的管道，該種排流方式具有簡單、經濟的優勢，降低干擾效果較好。但不適用于長距離的管線，易造成陰極保護電流的缺失，通常大型工程不建議使用該種排流方式。負電位排流是將陽極作為接地極，較長使用在受干擾的區域管道和強電流保護斷的電源隔離。該種排流方式具有良好的降干擾效果，能夠圍觀到提供陰極保護；缺點在于接地極和管道連接時，進行斷電測量和評價陰極保護方面存在局限性。使用該種排流方式的過程中需注意，若強電交流干擾造成陽極極性逆轉會加快管道的腐蝕。吳長訪，王波經實驗表明，負電位排流使用在緩解交流干擾犧牲陽極的效率會隨著干擾的增加而降低，當交流電流密度達到7A/m2以上時，鎂陽極消耗速率隨之增加10倍[4]。隔直排流是一種安裝在管道和接地極之間的電流裝置，能夠避免陰極保護電流的流失。針對于進行陰極保護的埋地管道，接地方式可以將感應電流從管道內排出，但該種方式會對陰極保護系統造成破壞。隔離直流電的裝置包含了極化電池和固態去耦合器等，當前國內交流排流較多使用固態去耦合器和鉗位式排流器。表1為固態去耦合器和鉗位式排流器的優缺點對比。

2.3 電屏蔽

電屏蔽較常使用于電力故障或者雷電情況下，目的在于減輕強電沖擊造成的影響，減少管道腐蝕。通常會采取在管道附近架空輸電線路桿塔的方式或者變電站的接地體局部位置作為屏蔽的物體。強電沖擊的電屏蔽防護措施是當前國內外較多使用且效果較好的防護方式。當前國內外較多在管道和鐵塔接地間沿著管道平行鋪設屏蔽線，屏蔽線與管道間通過接地電池或者固態去耦合器相連。屏蔽線的防護效果和管道的土壤電阻存在較大關系，尤其在北方，屏蔽線若鋪設在冰凍線上，常會因為水體和濕地造成屏蔽線效果下降。經研究發現，凍土電阻隨著深度降低使得屏蔽線防護效果較好，屏蔽線的距離越長其防護效果越差。

2.4 安裝絕緣接頭

絕緣接頭通常被用于保護結構物體或者保護區段的電絕緣，在減緩交流的干擾的管段上安裝絕緣接頭可將管線的電路連續切斷，從而縮短干擾管道的長度，降低管線上的交流感應。該種方式作用于電流陰極的保護管段，需要管道全線電流具有連續性。絕緣接頭的使用會對管道的正常使用帶來不便，且絕緣接頭本身還需使用接地電池和避雷器等對其進行保護。由此可見，對于外加電流的陰極保護需要謹慎選擇該種交流干擾防護措施。

3 結語

針對于處在設計階段的管道可對其后期可能遇到的交流干擾進行分析，在陰極保護設計中需充分考慮到交流干擾的防護設計，可以根據相關的理論公式的專業軟件參考設計。就當前管道設計看來，固態去耦合器是降低管道交流干擾的有效方式，但諸多排流方式的使用過程中需要根據檢驗手段和方式進行風險分析，由此有關部門需出臺排流設備的檢測設備。最后建議排流設備的使用需要進行分布設計并施工，排流后確定排流點的施加位置。

參考文獻

[1] 薛致遠，趙君，何嵐，等.油氣管道交流干擾防護技術發展現狀[J].油氣儲運，2014，33（12）：1272-1277.

[2] 張平.集中接地降低管道上的交流干擾電壓[J].腐蝕與防護，2013，（2）：168-170，173.

[3] 唐德志，杜艷霞，路民旭，等.埋地管道交流干擾與陰極保護相互作用研究進展[J].中國腐蝕與防護學報，2013（5）：351-356.

[4] 吳長訪，王波，裴青，等.鐵秦線管道交流雜散電流干擾檢測與評價[J].管道技術與設備，2014（1）：36-38.