后建接地極對埋地管道的干擾

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(中國石油工程建設公司華東設計分公司，青島 266071)

高壓直流輸電技術以其損耗小、容量大的優點成為了21世紀的寵兒。高壓直流輸電系統一般是以雙極對稱方式運行的，此時的入地電流小于輸送電流的1%；但發生故障或檢修時,單極運行的情況就會出現，此時入地電流即為輸送電流，可高達幾千安培，雖然作用時間短，但是瞬間大電流會在短時間內擊穿防腐蝕層，破壞管道，燒毀陰極保護設備，甚至會造成巨大的人員傷亡[1-6]。

DL/T 5224-2005《高壓直流輸電大地返回運行系統設計技術規定》指出：直流接地極與管道的最小距離不應小于10 km。但現場測試結果證明，當接地極與管道的距離為30 km時，單極運行對管道造成的影響也不容忽視，電位可達幾伏。本工作研究了后建接地極對管道的影響，以期初步判斷直流通信作者：張建賓(1982-)，工程師，學士，主要從事油氣儲運系統安全工程、油氣儲存技術等方面的設計與科研工作,0532-80950514,zhangjianbin@cnpccei.cn

雜散電流對油氣管道的影響，指導油氣管道的運營維護和后期直流輸電系統與油氣管道的建設。

1 模型建立

模型依托南方某管道建立，通過BEASY建立兩層土壤模型：當埋深為0～1.5 m時，土壤電阻率為150 Ω·m；當埋深為1.5～7 m時，土壤電阻率為300 Ω·m。如圖1所示，接地極1和接地極2是原有接地極，相距1 440 km，接地極1距管道30 km；接地極3和接地極4是后建接地極，位于接地極1和地極2的垂直平分線上，相距1 440 km；接地極均采用同心雙環布置，內環半徑為240 m，埋深3.5 m；接地極1和地極2通過高壓輸電線相連，接地極3和地極4也是如此；管道全長120 km，埋深為1.5 m；模型設置參比電極為飽和硫酸銅參比電極(CSE)。

2 結果與討論

設定高壓直流輸電線路的額定輸出電流為5 000A，則雙極運行時的不平衡電流為50 A。當沒有直流干擾時，管道電位分布均勻，為-600 mV。

圖1 直流接地極與管道的相對位置Fig. 1 Relative position of DC grounding electrode and pipeline

當只有接地極2為陽極輸出時，此時與之相連的接地極1位于管道中間段附近，管道中間位置為陽極干擾區,會發生腐蝕，管道的兩端為陰極區,會受到保護。如圖2所示:隨著輸出電流的增大，陰極區的管地電位逐漸減小，進入到陰極保護電位范圍(-850～-1 200 mV);而陽極區的管地電位迅速增大，當輸出電流為5 000 A時，電位偏移可達789 mV，遠遠超出了標準中規定的限值。

圖2 接地極2為陽極輸出時的管地電位分布Fig. 2 Pipe-ground potential distribution with the grounding electrode 2 being an anodic output

圖3和圖4是后建接地極對管地電位分布規律的影響?？梢钥闯?當后建接地極分別為陽極輸出時，管道中間部位的電位均上升了約500 mV，而兩端的管地電位沒有太大的變化，并且當接地極3或接地極4為陽極輸出時對管道電位的影響一致。從實際情況來分析，回路1為接地極1→輸電線→接地極2→大地，回路2為接地極3→輸電線→接地極4→大地，而回路2與管道的距離遠遠超過了回路1的，此時后建接地極對管道電位分布的影響主要是通過影響回路1在土壤中的電流分布來實現的，因此，無論是接地極3或接地極4為陽極輸出時，對管道電位分布的影響都是一樣的。

圖3 后建接地極3為陽極輸出時對管地電位的影響Fig. 3 The influence of pipe-ground potential distribution with the second-building grounding electrode 3 being an anodic output

圖4 后建接地極4為陽極輸出時對管地電位的影響Fig. 4 The influence of pipe-ground potential distribution with the second-building grounding electrode 4 being an anodic output

為了探究上述模型中后建接地極對管道電位分布的影響的分析是否成立，如圖5所示，將接地極3和接地極4沿X軸平移720 km，接地極3沿Y軸負向平移710 km，即Y13=10 km(即接地極1和接地極3在Y方向上的距離為10 km)建立模型。如圖5所示，當接地極2和接地極3為陽極輸出時，此時靠近管道的接地極1和接地極3分別為陰極和陽極，兩者對管道的影響是相反的，此時管道中間部位的管地電位下降；當接地極2和接地極4為陽極輸出時，此時靠近管道的接地極1和接地極3均為陰極，對管道的影響是相同的，此時管道中間部位作為陽極干擾區的疊加，因此管地電位是上升的。所以，當后建接地極其中一極距離管道較近時，對管地電位的影響是通過入地電流直接作用在管道上實現的。

圖5 接地極與管道的位置分布Fig. 5 The locations of earth electrodes and pipe

圖6 后建接地極對管道電位分布的影響Fig. 6 Influence of second-building grounding electrode on potential distribution of pipeline

3 結論

(1) 一組接地極對管道產生影響的條件是其中一個接地極靠近管道；而當后建接地極距離原有管道較遠時，它對管道產生影響的方式是通過影響原有接地極回路的電流分布來實現的，當后建接地極其中一極距離管道較近時，對管地電位的影響是通過入地電流直接作用在管道上實現的。

(2) 當后建接地極與管道靠近時，管道附近的兩個接地極的極性如果相同，則對管道的影響是疊加的；若相反，則會減弱管道上的電位偏移。

[1] NICHOLSON P. High voltage direct current interference with underground or underwater pipelines[C]//Bolton:NACE,2010:10102.

[2] CUI G,LI Z L,YANG C,et al. Study on the interference corrosion of cathodic protection system[J]. Corrosion Reviews,2015,33(5):233-247.

[3] 陳凡，何金良，張波,等. 共用接地極對云廣與貴廣Ⅱ回直流系統的影響[J]. 高壓電技術，2009(4)：743-748.

[4] 程明，張平. 魚龍嶺接地極入地電流對西氣東輸二線埋地鋼質管道的影響分析[J]. 天然氣與石油，2010,28(5)：22-26.

[5] 應斌. 高壓直流輸電系統接地極對長輸管道安全運行的影響[J]. 油氣田地面工程，2014,33(7)：23-24.

[6] 遲興和，張玉軍. 直流接地極與大地中金屬管道的防護距離[J]. 電網技術，2008,32(2)：71-74.