高壓輸電線路對埋地管道的干擾研究

熊繼開，劉書晨

(國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050)

1 引言

隨著我國能源資源的快速發展，我國的能源儲備量已經處于世界前列，其中，電力能源發揮了核心作用[1]。近年來，我國的電力行業迅猛發展，高壓輸電線路也遍及全國各地，造成了建設用地緊張等問題[2]。同時，由于高壓輸電線路與埋地管道對于建設地址的要求相近，因此常常會出現兩者近距離建設的情況。此時，若輸電線路發生故障，就會對埋地管道產生一定的干擾，可能產生過電壓等相關影響，進而威脅到管道維修人員的人身安全以及管道安全[3]。因此，研究高壓輸電線路對鄰近埋地管道的電磁干擾，得出其影響因素及規律，成為亟待解決的問題。

為研究高壓輸電線路對鄰近埋地管道的電磁干擾，本文首先介紹了高壓輸電線路對埋地管道產生的影響，然后運用仿真軟件計算得出了影響高壓輸電線路對埋地管道電磁干擾的因素。

2 高壓輸電線路對埋地管道的影響

2.1 人身安全

圖1為埋地管道安裝及檢修現場圖[4]。當高壓輸電線路與埋地管道相距較遠時，前者對后者的影響可以忽略不計，當工作人員對埋地管道進行安裝及檢修時，并不會受到傷害。而當高壓輸電線路與埋地管道相距較近時，高壓輸電線路會對埋地管道產生電磁干擾，并通過電磁耦合作用在管道上產生耦合電流，進而使管道產生過電壓[5]。此時，若管道工作人員與管道接觸，管道過電壓就會對人體造成威脅。

圖1 管道安裝及檢修現場圖

2.2 管道安全

當高壓輸電線路正常運行，并不存在故障時，高壓輸電線路會在鄰近埋地管道上產生管道電壓，該管道電壓數值較小，并未超過國家標準規定的閾值[6]，因此此時可以忽略高壓輸電線路對埋地管道的影響。而在高壓輸電線路故障時，其在埋地管道上產生的管道電壓會大大增加，可能會超過國家標準，甚至可能出現管道涂層因無法承受過電壓而瞬間擊穿的情況。因此，對高壓輸電線路故障時在埋地管道上產生的管道過電壓進行研究，具有重要意義。

3 短路故障時管道過電壓研究

為計算高壓輸電線路故障時，在鄰近埋地管道上產生的過電壓，運用仿真軟件進行分析。以單相接地短路為例，分別計算輸電線路與管道間距、短路電流幅值及土壤參數對管道過電壓的影響。

3.1 輸電線路與管道間距的影響

為研究輸電線路與管道間距對管道過電壓的影響，設置輸電線路與管道間距分別為100m、200m與500m，對管道過電壓進行計算，計算結果如圖2所示。

圖2 管線間距的影響

觀察圖2可得以下結論:(1)當高壓輸電線路與埋地管道的間距不變時，管道過電壓的數值存在峰值，峰值出現在短路電流流入處；(2)隨著間距的增加，管道過電壓呈現下降趨勢。綜上，高壓輸電線路對鄰近埋地管道的電磁干擾受二者間距的影響較大，因此在實際工程設計中，可以通過適當增大兩者間距達到降低管道過電壓的目的。

3.2 短路電流幅值大小的影響

為研究短路電流幅值對管道過電壓的影響，設置短路電流分別為9kA、12kA和15kA對管道過電壓進行計算，計算結果如圖3所示。

圖3 短路電流幅值的影響

觀察圖3可得，隨著短路電流的增大，管道過電壓顯著增大。造成這種現象的原因是，輸電線路發生單相短路故障時，由于此時線路不再滿足三相平衡狀態，因此會產生巨大的短路電流，而該短路電流也使其周圍磁場強度顯著增強，導致高壓輸電線路與埋地管道之間的電磁耦合作用增強，最終在埋地管道上產生過電壓。同時，通過查閱資料可知，埋地管道電壓的規定閾值為57kV，而由圖3可知，管道過電壓均未超過閾值。并且當高壓輸電線路發生單相短路故障時，繼電保護的快速作用會導致故障持續時間較短，因此，短路電流一般不會對管道過電壓產生較大影響。

3.3 土壤參數的影響

為研究土壤參數對管道過電壓的影響，設置土壤電阻率分別為300Ω·m、500Ω·m 和1000Ω·m 對管道過電壓進行計算，計算結果如圖4所示。

圖4 土壤電阻率的影響

由圖4可知，隨著土壤電阻率的增加，管道過電壓呈現增大的趨勢。造成這種現象的原因是，隨著土壤電阻率的增加，故障電流在土壤中產生的磁場鏡像位置越深，導致其鏡像磁場對相電流磁場的抵消作用減少，最終導致管道過電壓增大。因此，在埋地管道的實際工程建設中，應考慮到周圍土壤電阻率的因素，可以通過選擇土壤電阻率小的地區達到降低管道過電壓的影響。

4 結論

為更好的解決高壓輸電線路對埋地管道的電磁干擾問題，本文首先介紹了高壓輸電線路對埋地管道造成的影響和風險，然后運用仿真軟件分別對輸電線路與管道間距、短路電流幅值及土壤電阻率對管道過電壓的影響進行了計算，并得到了不同影響因素的影響規律。結果表明，短路電流幅值對管道過電壓的影響較小，而輸電線路與管道間距、土壤電阻率對管道過電壓的影響較大。由此可知，在埋地管道的實際建設中，應充分考慮到輸電線路與管道間距及土壤電阻率的影響，可以通過增大輸電線路與管道的間距、選擇土壤電阻率小的建址等措施，達到降低管道過電壓的目的。本文所得結論可為后續埋地管道的防護研究提供一定的理論依據。