中緬天然氣管道高壓直流干擾監測與分析

(中國石油西南管道公司，昆明 610094)

高壓直流(HVDC)輸電是一種用于長距離、大功率輸電的系統，自20世紀50年代開發以來，經過半個多世紀的應用與研究，其穩定性和可靠性有了極大的保證，并具有高效、經濟的特點[1-3]。與此同時，隨著我國經濟的快速發展，對能源的需求旺盛，大量的高壓輸電系統不可避免地與油氣輸送管道交互[4-6]，例如西氣東輸、川氣東送管道便與多處高壓輸電工程長距離并行[7]。高壓直流輸電系統會對管道產生干擾，嚴重威脅管道的安全運行。本工作對中緬天然氣管道進行監測和分析，旨在為實際的工程應用做出有效的指導。

1 工程簡介

西南管道轄屬的中緬天然氣管道及玉溪支線與高壓直流輸電系統倘甸接地極較近，管道與倘甸接地極的垂直距離約32 km，管道存在高壓直流輸電系統接地極干擾的風險。有學者研究發現[5]，高壓直流輸電系統放電時產生的入地電流可達數千安培，能使管道電位產生幾百到上千毫伏的偏移。例如上海東部一條±500 kV高壓直流輸電線路，在距離管道20 km位置的接地極放電時，管地電位會產生2 000 mV的偏移；西氣東輸管道芙蓉-上海段受±500 kV三峽-上海高壓直流干擾時,其管地電位產生大幅度偏移，幅度達到1 410 mV[2]；某管道公司的研究表明，當直流接地極單極大地運行時，在管道上產生的干擾電位能達到304 V，腐蝕速率能達到0.6 mm/d[8]。同時發現，部分測試樁和站場的跨接線出現由高壓直流輸電系統接地極干擾造成的燒毀現象[8]。為了掌握中緬管道受高壓直流接地極干擾的影響范圍和程度，對所轄管道受干擾情況進行了監測，通過監測結果評估管道的受干擾程度和存在的風險。

2 監測方法

2.1 監測設備介紹

采用遠程電位監測系統對管道受高壓/特高壓直流輸電系統干擾的進行監測[9]。安裝19套HVDC遠程電位監測系統和2套HVDC電流監測遠傳。安裝位置均選擇在閥室內或者站場內。電流監測遠傳采用閥室內的電源供電。電位遠程監測系統包括管道測試線和飽和銅/硫酸銅參比電極(CSE)，管道測試線需要從管道上重新焊接，參比電極埋設在距離管道0.1～0.3 m位置處。對電位監測系統進行設置，當其監測到電位值超過限值時，系統自動發送短信通知相關人員，以便及時核實現場的電位數據和電網放電情況。

2.2 監測范圍

在中緬天然氣管道安裝7處電位監測系統，分別布置在玉溪支線1#閥室、中緬管道23#閥室、中緬管道26#閥室、K743#測試樁、K753#測試樁、曲靖分輸站進站和曲靖分輸站出站等7處位置，設置監測系統服務器對中緬天然氣管道受倘甸接地極干擾進行監測，通過監測結果評估管道的受干擾程度和存在的風險，同時可以對管道日常的陰極保護效果進行實時監測，評價管道的陰極保護情況。

2.3 監測內容

管道直流雜散電流干擾通過連續監測管道的電位偏移及通/斷電電位來進行分析和評估[10]。當受到干擾時斷電電位正于-0.85 V判定該處管道處于欠保護狀態，當斷電電位負于-1.20 V時判定該處管道處于過保護狀態。在進行管道電位檢測前，需要先在預定位置安裝HVDC電位遠程監測系統，對靠近高壓/特高壓直流輸電系統接地極附近的閥室和一些重點關注點的管道電位進行監測，測試高壓/特高壓直流輸電系統接地極單極大地回路運行時管道電位的偏移情況。管道電位的監測采用電位遠程監測系統進行，系統設置每10 min采集一組管道電位。

監測過程中要時刻關注監測的數據，及時下載并進行分析，繪制電位圖形，分析電位變化規律，出具分析報告。通過現場測試數據，分析監測管段范圍內，接地極放電電流對管道的影響程度和影響范圍，并進行評估。

3 數據檢測結果與分析

3.1 玉溪支線電位遠程監測

3.1.1 陰極保護效果

從玉溪支線1#閥室處管道的通/斷電電位可以看出，在2016年7月26日至8月4日，管道的通電電位存在一定的波動，在管道未受干擾時，管道的斷電電位正于-0.85 V，管道處于欠保護狀態，如圖1(a)所示；2016年8月4日至12月8日，在恒電位儀輸出調整之后，管道的通電電位存在一定的波動，在管道未受干擾時，管道的斷電電位處于-1.2～-0.85 V，管道在此段時間處于良好的陰極保護狀態；12月8日至12月19日，管道的通/斷電電位都偏正，部分時間點的斷電電位正于-0.85 V，處于欠保護狀態，如圖1(b)所示；12月19日至2017年2月7日，在管道未受干擾時，管道的斷電電位均處于-0.85～-1.2 V，管道處于良好的陰極保護狀態； 2月7日至3月15日，管道的通斷電電位偏正，部分時間點的斷電電位正于-0.85 V，處于欠保護狀態，如圖1(c)所示。

(a) 2016/07/26/至2016/08/04 (b) 2016/12/08/至2016/12/19 (c) 2017/02/07/至2017/03/15圖1 玉溪支線1#閥室處管道處于欠保護時間段的電位(相對于CSE)Fig. 1 Potentials of pipeline in low protection periods at 1# valve room of Yuxi spur line (vs CSE)

3.1.2 直流雜散電流干擾

根據2016年8月1日至2017年3月15日玉溪支線1#閥室長時間的監測結果，對該處受到干擾的時間段進行統計，結果如表1所示。結果顯示，此處管道共受到13次異常直流雜散電流干擾，受干擾的總時長為505.2 h(約21 d)，受干擾時，此處的管道電位均為負向偏移，最負通電電位偏移至-3.60 V，最負斷電電位偏移至-1.21 V，如圖2所示。每次受干擾時的管道電位和受干擾時間段見表1。玉溪支線的監測數據顯示，管道斷電電位均負于-0.85 V，處于有效的保護之內。

表1 玉溪支線1#閥室處管道電位受到干擾的時間段Tab. 1 Interfered periods of pipeline potential at 1# valve room of Yuxi spur line

3.2 中緬管道電位遠程監測

3.2.1 陰極保護效果

由中緬管道安裝的6個電位遠程監測系統的通/斷電電位監測結果可知，在管道未受到特高壓干擾時，管道的通斷電電位都存在一定的波動。其中，靠近倘甸接地極的26#閥室、743#測試樁處通電電位波動較其他幾個位置處的波動大，如圖3和4所示。但除了743#測試樁位置以外,其他5個位置的斷電電位，在未受到高壓直流接地極的放電干擾時，大部分時間處于-0.85～-1.2 V，處于有效的陰極保護狀態。743#測試樁處通電電位大部分時間在-1.5～-1.20 V波動，斷電電位處于-0.75 V上下波動，無法極化至-0.85 V，推斷其原因是此位置處于山頂，試片的極化效果不好，造成試片極化電位無法達標。

(a) 最負通電電位(-3.60 V)

(b) 最負斷電電位(-1.21 V)圖2 玉溪支線1#閥室處管道受異常干擾電位Fig. 2 Interfered potential of pipeline at 1# valve room of Yuxi spur line: (a) most negative on-potential (-3.60 V); (b) most negative off-potential (-1.21 V)

3.2.2 直流雜散電流干擾

由表2可見：從2016年8月至2017年3月15日，共監測到中緬管道共受到疑似接地極放電造成的干擾17次，共持續時間約26 h，其中確定為永寧接地極放電造成干擾的有9次，其他的為疑似倘甸接地極放電造成的干擾。

(a) 2016/08/29至2016/11/19 (b) 2016/11/27至2017/03/08圖3 緬管道26#閥室處電位監測結果Fig. 3 Potential monitoring data at 26# valve room of China-Myanmar pipeline

(a) 2016/08/17至2016/10/31 (b) 2016/11/27至2017/03/04圖4 中緬管道743#測試樁處電位監測結果Fig. 4 Potential monitoring data at 743# test pole of China-Myanmar pipeline

(1) 疑似倘甸接地極放電時結果分析

從表3電位監測數據可以看出，疑似倘甸接地極放電時，靠近倘甸接地極的26#閥室位置、K743#測試樁與K753#測試樁處管道電位均往負方向偏移，而距倘甸接地極較遠的23#閥室處管道電位往正方向偏移。由于監測點較少，無法斷定這些干擾是由倘甸接地極放電造成的。

(2) 永寧接地極陰極放電時結果分析

由圖5可見，在永寧接地極陰極放電時(序號13)，中緬管道的6個位置的管道的通/斷電電位均往負方向偏移，其中曲靖站進出站位置的通電電位偏移量最大，達到了-4.3 V。

由圖6可見，743#測試樁處管道斷電電位在-1.2～-0.85 V，管道處于保護狀態。除743#測試樁位置，其他位置管道斷電電位在受干擾時均負于-1.2 V，最負斷電電位達到了-1.8 V，此處管道處于過保護狀態。

(3) 永寧接地極陽極放電時結果分析

由圖7可見，在永寧接地極陽極放電時(序號17)，中緬管道的6個位置的管道通/斷電電位均往正方向偏移，其中曲靖站進出站位置的通電電位偏移量最大，達到了+0.4 V。管道的斷電電位在受干擾時均正于-0.85 V，最正位置管道斷電電位達到了+0.15 V，處于欠保護狀態，存在腐蝕的風險。

4 總結與建議

(1) 玉溪支線1#閥室處管道電位在2016年7月26日至8月4日、12月8日至12月19日、2月7日至3月15日的三個時間段受異常直流雜散電流干擾時，部分時間段的管道斷電電位正于-0.85 V，處于欠保護狀態，需要進一步調查管道欠保護的原因。

表2 中緬管道疑似受接地極放電干擾統計表Tab. 2 Statistical table of suspected discharge interference of grounding electrode to China-Myanmar pipeline

表3 疑似倘甸接地極放電時中緬管道相關參數Tab. 3 Parameters of China-Myanmar pipeline during suspected discharge of Tangdian grounding electrode

(2) 在2016年9月至2017年2月1的時間段內，監測到玉溪支線處管道共受到13次異常直流雜散電流干擾，受干擾的總時長為505.2 h(約21 d)，受干擾時，此處的管道電位均為負向偏移，管道的通電電位最負偏移至-3.6V，斷電電位最負偏移至-1.21 V，玉溪支線的監測數據顯示，管道斷電電位均負于-0.85 V，處于有效保護狀態。

(a) 進站

(b) 出站圖5 永寧接地極陰極放電時中緬管道曲靖站進出站電位Fig. 5 Potentials of China-Myanmar pipeline in (a) and out (b) Qujing station during cathodic discharge of Yongning grounding electrode

圖6 永寧接地極陰極放電時中緬管道743#測試樁處電位Fig. 6 Potentials of China-Myanmar pipeline at 743#testing pole during cathodic discharge of Yongning grounding electrode

(a) 進站

(b) 出站圖7 永寧接地極陽極放電時中緬管道曲靖站進出站電位Fig. 7 Potentials of China-Myanmar pipeline in (a) and out (b) Qujing station during anodic discharge of Yongning grounding electrode

(3) 中緬管道6個監測點中除743#測試樁位置(由于在山頂位置，試片極化效果不好)，其他位置在未受高壓直流雜散電流干擾時，管道的斷電電位大部分時間處于-1.20～-0.85 V，處于較好的陰極保護狀態。

(4) 在2016年9月至2017年3月的時間段內，共監測到昆明分公司管轄的中緬管道共受到疑似接地極放電造成的干擾17次，共持續時間約26 h，其中確定為永寧接地極放電造成干擾的有9次，其他為疑似倘甸接地極放電造成的干擾。

(5) 在永寧接地極陰極放電時，此段中緬管道的電位均往負方向偏移，斷電電位均負于-1.2 V，處于過保護狀態；在永寧接地極陽極放電時，此段中緬管道的電位均往正方向偏移，斷電電位均正于-0.85 V，處于欠保護狀態。建議斷開曲靖站上下游跨接線，降低永寧接地極對曲靖站上游管道的影響。

(6) 在管道受到疑似倘甸接地極放電干擾時，管道也同時出現了過保護和欠保護的位置，由于目前監測點數量有限，無法確定是否是倘甸接地極放電造成的干擾，以及管道干擾的影響范圍和最大干擾程度，建議在倘甸接地極的近端和遠端增加部分監測點，進一步監測倘甸接地極的放電情況。