蘭鄭長YZ段管道交流干擾防護實踐

李軍龍 徐 雷 代小兵

（1. 陜西宇陽石油科技工程有限公司，陜西 西安 710018；2. 中石油云南石化有限公司，云南 安寧 650300）

0 引言

蘭鄭長管道YZ段管徑為D610mm，管線壁厚（7～9）mm，管道材質X60鋼，采取三層PE+強制電流陰極保護的聯合防腐措施。YZ段管道沿線地下水豐富，植被較少，土層厚實，土壤類型為砂礫土，平均埋深2.5m，最深6m。750kV高壓交流輸電線路為干擾源，與蘭鄭長管道YZ段長距離并行（伴有交叉），并行間距在50～1000m。

根據《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》（GB/T 50698-2011）[1]及國內已有排流工程經驗，持續干擾防護常用的接地方式有：直接接地、固態去耦合器接地和負電位接地[2,3]。其中，直接接地具有減輕干擾效果好、簡單經濟的優點，接地體可采用鋼質材料，缺點是漏失陰極保護電流，會對管道的陰極保護產生不利影響，適用于陰極保護站保護范圍小的被干擾管道。固態去耦合器接地具有隔直流、通交流、防雷、防故障電流的特性，確保陰極保護效果不受排流接地的影響，啟動電壓低，額定故障電流及雷電電流排流額定值大，缺點是價格高，斷電瞬間，固態去耦合器電容放電，很難捕捉到真正的斷電電位。負電位接地在采用鋅陽極接地體時，具有向管道提供陰極保護、減輕干擾效果好的優點，但接地體與管道直接連通，使得管道進行瞬間斷電測量與評價陰極保護有效性實施困難，倘若受干擾區域管道與強制電流保護段沒有電隔離，則測試時影響范圍將擴大，有一定的局限性。

1 交流雜散電流的危害

交流干擾形式分為正常運行狀態下的持續干擾和電力故障或雷電情況下的瞬間干擾。持續干擾有阻性耦合、電容耦合、感性耦合3種形式[4]。容性耦合發生在管道施工期間，采取臨時接地即可避免，因此當管道入地后，強電線路對輸油管道只存在一定程度的阻性耦合干擾和感性耦合干擾。

1.1 阻性耦合的產生

阻性耦合主要是發生在管道臨近強電線路的接地體，由于故障電流大，幾百安培或幾千安培通過接地體入地，在其周圍形成強大的一個電場，它可能產生電弧擊毀管道防腐層，燒穿管壁，損壞跨接線、絕緣裝置、恒電位儀及管道上的其他儀器儀表。當高壓場強作用在管道防腐層層的破損部位時，便會導致電弧的形成，在足夠電流量和長時間流通時便會造成鋼管熔化。如果接地體與管道之間的間距不足，可能會直接引起相當于高電流的電弧擊穿，而管道外包覆的防腐層又限制了電弧的轉移，這樣，電弧作用集中在微小的一塊面積上，增加了熔化的危險。避免瞬時高壓破壞管道設施最有效的方法是增大管道與輸電桿塔接地體的距離。

1.2 感性耦合的產生

電流在高壓輸電線路中流動時，其周圍會產生交變磁場，當管道和交流輸電線路接近時，交變磁場通過電磁感應，將在管道上產生縱向電動勢。由于三相輸電線路和管道軸線間距不同，三相輸電線路負荷不同，電流不平衡，所產生的磁場不能抵消，就會在附近的管道上感應出縱向電動勢。無論輸電線路正常運行還是在短路故障狀態下，均存在交流線路對管道的感性耦合影響。感應縱電動勢的大小主要和管道與輸電線路的接近情況、輸電線路電流的大小、輸電系統的頻率、管道防腐層的電阻率、大地電阻率和管道的縱線電阻等有關。

交流輸電線路對埋地鋼質管道的干擾影響主要有兩個方面：一是長期存在著的交流電壓的交流腐蝕影響；二是故障狀態下瞬間感應電壓的危險影響，造成的瞬間高感應電壓可能擊穿防腐層，擊穿絕緣裝置，甚至擊穿恒電位儀，并對操作人員的人身安全造成威脅。一般認為交流感應電壓的存在可引起管道表面的去極化作用，加劇管道腐蝕[5-7]，交流干擾可加速防腐層的老化，引起防腐層的剝離，干擾陰極保護系統的正常運行，使犧牲陽極系統發生極性逆轉，降低犧牲陽極的電流效率，致使管道得不到有效的防腐保護。

2 交流干擾判據

《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》（GB/T 50698-2011）提出利用交流電壓和交流電流密度結合的準則用于判斷管道是否存在交流干擾：

當管道存在不大于4V的持續交流干擾電壓時，可不采取交流干擾防護措施；高于4V時，應采用交流電流密度判斷交流電流是否引起腐蝕，如果能夠測量到交流電壓和缺陷面積，可通過下式計算出交流電流密度：

式中：

Jac為交流電流密度計算值，（A/m2）；

Vac為交流電壓有效值的平均值，（V）；

ρ 為土壤電阻率，（Ω·m）；

Iac為交流電流，（A）；

S為防腐層漏點面積，（m2）；

d為防腐層漏點直徑，取0.0113m（破損點面積在1～3cm2時易發生腐蝕）。

交流干擾的程度表1進行判定。

表1 交流干擾程度的判斷指標

當交流干擾程度判定為“強”時，應采取交流干擾防護措施；判定為“中”時，宜采取交流干擾防護措施；判定為“弱”時，可不采取交流干擾防護措施。

3 交流干擾現場測試

管道公司于2019年8月組織檢測公司對蘭鄭長YZ段33個測試樁進行了交流干擾測試，檢測數據詳如表2所示，干擾曲線詳如圖1所示。

圖1 蘭鄭長YZ段管道交流干擾曲線

表2 （續）

表2 蘭鄭長YZ段管道交流干擾測試數據

由表2及圖1可知，檢測公司對33個測試樁進行了交流干擾測試，共檢測出強干擾11處，交流電流密度為103A/m2～294A/m2，中度干擾10處，交流電流密度為35A/m2～64A/m2，弱干擾12處。

對交流干擾的判別，采取以電壓先行判別，并綜合電流密度指標評估的指導原則。12處“強干擾”應采取交流干擾防護措施，10處“中等干擾”宜采取交流干擾防護措施。結合交流干擾參數測試結果，YZ段管道共設19個排流點。

4 防護系統和排流效果

在所檢測的33處位置中，有66%即22處位置存在交流腐蝕風險，為確保管道及人身安全，必須對上述管段采取防護措施以降低管道的受干擾程度。結合現有干擾測試數據，借助CDEGS軟件包進行降低交流干擾問題分析設計。

本工程使用帶狀鋅合金陽極（15.88×22.22mm）作接地材料，鋅陽極和管道之間串接具有隔直通交功能的固態去耦合器。鋅陽極周圍填包回填料，回填料為石膏粉75%+膨潤土20%+硫酸鈉5%（質量分數）的混合物。交流干擾的主要目的是降低管道上的交流電壓，主要措施是降低管道的接地電阻，根據排流地床目標接地電阻值計算得到所需鋅陽極長度在17～185m之間。

表3 排流點一覽表

交流干擾防護工程完工后，進行了交流干擾防護效果的現場測試（如表4所示），并與排流前的數據進行對比。

表4 排流前后交流干擾參數對比

由表4數據可知，交流干擾防護措施實施前后，測試樁處交流干擾電壓及交流電流密度均明顯降低，干擾程度均為“弱”，符合相關標準的規定，獲得了理想的防護效果。

5 結語

（1）CDEGS軟件包用于管道交流持續干擾防護設計，具有優化方案，節約投資的優點，能取得理想的防護效果；

（2）利用水平鋅陽極作為接地極，可以有效的降低管道的接地電阻；

（3）固態去耦合器具有隔直通交的功能，在進行交流干擾防護的同時，能有效隔離陰極保護電流，減輕干擾效果好。