董家口-平度管道交流干擾模擬計算及效果評價

王 朋 張培洲 姜慶雷

（山東萊克工程設計有限公司，山東 東營 257000）

0 概述

伴隨電力系統、電氣化鐵路及能源基礎設施的大規模建設，埋地長輸油氣管道與高壓輸電線路、電氣化鐵路長距離伴行、小角度交叉的情況日益頻繁、普遍。當高壓交流輸電線路或交流電氣化鐵路與埋地管道并行或交叉時，由于電力系統的感應、傳導及耦合作用，會對埋地管道造成交流干擾影響。增加管道的安全和腐蝕風險[1]。

董家口-平度管道干線長度137km，管道規格Φ1016，鋼管材質L485M，設計壓力8.0MPa。管道采用三PE防腐，管道沿線與多條高壓交流輸電線路和電氣化鐵路并行、交叉，存在明顯的交流干擾風險。筆者通過開展現場調研檢測、結合現行標準要求進行交流干擾影響分析評估，并借助CDEGS軟件進行雜散電流干擾影響模擬分析與緩解方案設計。

1 董家口-平度管道交流干擾檢測與評估

1.1 管道及沿線土壤電阻率信息

董家口-平度管道干線管道基本信息統計表如表1所示。

董家口-平度管道沿線的土壤電阻率信息如表2所示。

1.2 雜散電流干擾源信息

董家口-平度管道沿線電壓等級≥110KV以上的高壓輸電線路共計27條；管道與輸電線路伴行總長度約90km；交叉共計38次。沿線高壓交流輸電線路的基本信息如表3所示。

為保證CDEGS軟件模擬計算的準確性，調研上述輸電線路的年最大負載、桿塔類型、導線及相序排列方式、導線類型、桿塔接地電阻等信息。

表1 董家口-平度管道干線基本信息

表2 管道沿線土壤電阻率數據表

表3 管道沿線高壓輸電線路（≥110KV）統計表

2 管道交流干擾檢測與評估

董家口-平度管道沿線交流干擾電壓數據曲線如圖1所示。測試期間管道沿線交流干擾電壓在0.03～29V之間，干擾電壓峰值出現在36#測試樁為29V。交流干擾電壓＞15V的管段集中在與500KV照瑯I、II線、500KV東澤和東澇I、II線伴行段。

管道交流電壓及交流電流密度評估指標規定如下：

（1）根據NACE SP 0177的規定，管道受交流干擾影響，其感應電壓的安全值為15V；

（2）根據GB/T 50698-2011的規定，當管道上的交流干擾電壓≤4V時，可不采取交流干擾防護措施，＞4V時，應采用交流電流密度進行評估。電流密度評估指標如表4所示。

圖1 管道沿線交流干擾電位曲線

表4 交流干擾程度的判斷指標[3]

現場測試董家口-平度管道沿線交流干擾電壓為29V，NACE SP 0177超出《減輕交流電和雷電對金屬構筑物和腐蝕控制系統影響的措施》規定的15V的安全電壓限值；且沿線部分管道的交流電流密度大于GB/T 50698規定的100A/m2的限值。

3 交流干擾及緩解措施模擬計算

3.1 模擬軟件

本次模擬計算采用加拿大SES公司開發的CDEGS軟件工具Right-of-Way模塊計算高壓輸電線路穩態條件下對管道干擾影響，并制定長輸管道雜散電流干擾的緩解措施。

3.2 模擬分析計算

3.2.1 干擾影響模擬分析計算

Right-of-way主要的操作步驟包括：設置系統頻率及單位；建立系統結構；屬性設置；定義線路終端激勵、區域。在定義激勵的界面中，分別將線路負載換算為有效負載后輸入，建立的模型。

當輸電線路負載為最大負載的情況下，管道的交流干擾電壓曲線如圖2所示。

從計算得出的管道交流干擾電壓曲線來看，在輸電線路年最大負載情況下，管道與500KV照瑯I線、照瑯II線的伴行交叉段36#樁位置交流干擾電壓最大為47.2V。

對比現場檢測與模擬計算的交流電壓，平管道交流干擾峰值位置基本一致，電位幅值略有差異。但管線總體的電位分布趨勢一致，峰值出現的位置接近。

根據模擬計算分析的結果，在年最大運行負載工況條件下，交流干擾電壓最大值＞15V，同時交流電流密度＞30A/m2的線路長度為27.8km，因此需要采取排流防護措施。

圖2 年最大負載情況下交流電壓曲線

3.2.2 緩解措施模擬分析計算

交流雜散電流排流及接地方式主要包括直接接地、負電位接地極固態去耦合器接地等。考慮本工程管道采用強制電流陰保系統保護，為避免陰保電流流失，推薦采用固態去耦合器+帶狀接地的方式進行排流。在采取緩解措施后，交流電壓及電流密度的限定值如表5所示。

在年最大運行負載條件下，利用Right-of-Way軟件進行了多種方案的緩解排流措施模擬分析。最終確定在管道沿線設置39處排流裝置，敷設接地鋅帶9.31km，采取上述措施后模擬計算的交流電壓曲線如圖3所示。

經模擬計算，在首站-平度段管道設置39處排流裝置時，管道最高干擾電壓為14V，小于NACE SP 0177的規定感應電壓的安全值限值15V。同時管道交流干擾電流密度＜60A/m2，滿足GB/T 50698的規定。

4 排流措施的實施及效果評價

董家口-平度管道共設計排流點39處，由于工農關系、現場征地等原因，現場實際實施共計37處，其中3處接地形式由與管道伴行的屏蔽接地調整為遠距離（≥50m）集中接地。7處與原設計位置存在偏移。排流措施實施后的管道交流電壓曲線如圖4所示。

表5 緩解后的安全電壓及交流電流密度的限定值

圖3 設置39處排流措施時的交流干擾電壓曲線

圖4 采取排流措施后的交流電壓曲線

排流措施實施后，管道的交流干擾電壓下降明顯，電壓曲線與模擬計算的結果有一定的相似性，管道整體的交流電壓控制在15V的安全電壓以下。但由于105#樁-113#樁土壤電阻率較低，管道交流電流密度仍均＞60A/m2。需要進一步的跟蹤監測，并對排流裝置進行優化。