王成香1  趙剛2

1.山東省天然氣管道有限責(zé)任公司； 2.新疆煤制天然氣外輸管道公司

雜散電流是指在規(guī)定的電路或意圖電路之外流動(dòng)的電流，是一種因外界條件影響而產(chǎn)生的電流。雜散電流通過金屬管道流動(dòng)時(shí)，將會(huì)在管道上形成腐蝕電池，其腐蝕作用比自然腐蝕強(qiáng)烈得多，可造成管壁腐蝕，導(dǎo)致穿孔泄漏，甚至燃燒或者爆炸事故。目前電氣化鐵路、高壓輸電線與天然氣長(zhǎng)輸管道交叉伴行情況比較普遍，所產(chǎn)生的雜散電流導(dǎo)致管道保護(hù)失效，造成的危害逐漸顯現(xiàn)。因此，開展雜散電流干擾測(cè)試工作就顯得尤為重要。

1 測(cè)試前準(zhǔn)備

雜散電流干擾分為直流和交流雜散電流。直流干擾源有直流電氣化鐵路、電車裝置、直流電網(wǎng)、電話電纜網(wǎng)絡(luò)、直流電解裝置、電焊機(jī)及其它構(gòu)筑物陰極保護(hù)系統(tǒng)等；交流干擾源有高壓交流電網(wǎng)和交流電氣化鐵路設(shè)施等。在正式測(cè)試前，必須對(duì)管道所處環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，摸清帶來雜散電流干擾的主要因素，重點(diǎn)需要對(duì)以下幾方面進(jìn)行調(diào)查。

1.1 高壓輸電系統(tǒng)

（1）管道與高壓輸電線路的相對(duì)位置關(guān)系。（2）接地系統(tǒng)的類型（包括基礎(chǔ)）及與管道的距離。（3）高壓線等級(jí)等參數(shù)。（4）區(qū)域內(nèi)發(fā)電廠（變電站）的設(shè)置情況。

1.2 電氣化鐵路

（1）鐵軌與管道的相對(duì)位置關(guān)系。（2）牽引變電所位置，鐵路沿線高壓桿塔的位置與分布。

1.3 管道情況

（1）管道外徑、壁厚、材質(zhì)、敷設(shè)情況及地面設(shè)施等資料。（2）管道防腐層絕緣電阻率、防腐層類型和厚度。（3）管道已有陰極保護(hù)和防腐設(shè)施的運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀況。（4）相鄰管道或其他埋地金屬構(gòu)筑物干擾腐蝕與防護(hù)技術(shù)資料。（5）管道目前已有的交流排流設(shè)施的參數(shù)及位置。

2 雜散電流測(cè)試

2.1 土壤電阻率測(cè)試

（1）測(cè)試范圍。同時(shí)在進(jìn)行交流干擾電壓測(cè)試位置和擬建排流地床的位置進(jìn)行土壤電阻率測(cè)試。

（2）測(cè)試方法。采用等距法測(cè)量從地表至深度為a（1.3～1.5倍管道埋深）的平均土壤電阻率。

（3）測(cè)量步驟。

①在測(cè)量點(diǎn)使用接地電阻測(cè)量?jī)x（常用儀器為ZC-8，誤差不大于3%），采用四極法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量接線見圖 1。

②將測(cè)量?jī)x的四個(gè)電極以等間距a布置在一條直線上，電極入土深度應(yīng)小于a /20。

③轉(zhuǎn)動(dòng)接地電阻測(cè)量?jī)x的手柄，使手搖發(fā)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)平衡旋鈕，直至電表指針停在黑線上，此時(shí)黑線指示的度盤值乘以倍率即為接地電阻值，記錄土壤電阻R值。

④將a ， R 值代入平均土壤電阻率計(jì)算公式（1），從地表至深度為a的平均土壤電阻率

式中： ρ 為測(cè)試點(diǎn)從地表至深度a土層的平均土壤電阻率，Ω·m； a為相鄰電極的距離， m； R為接地電阻儀示值，Ω。

2.2 交、直流電位普查測(cè)試

初步調(diào)查干擾形式（直流干擾/交流干擾）及分布情況，為詳細(xì)測(cè)試提供依據(jù)。用Fluke289型萬用表或數(shù)據(jù)記錄儀采用地表參比法測(cè)量管道對(duì)地通電電位和管道交流感應(yīng)電壓。每測(cè)試樁5分鐘交直流普測(cè)，記錄交直流普測(cè)最大值、最小值、平均值。

（1） 管 地 通 電 電 位 測(cè) 試 測(cè) 試 標(biāo) 準(zhǔn) ：GB-T 21246―2007 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)量方法》，本項(xiàng)目中管地通電電位可參考管線CIPS通電電位的的檢測(cè)結(jié)果。

①測(cè)量前，應(yīng)確認(rèn)陰極保護(hù)運(yùn)行正常，管道已充分極化。

②將硫酸銅電極放置在管頂正上方地表的潮濕土壤上，應(yīng)保證硫酸銅電極底部與土壤接觸良好。

③電位測(cè)量時(shí)管道連線見圖 2。

④將電壓表調(diào)整到適當(dāng)?shù)臋n位，記錄電位讀數(shù)，同時(shí)要記錄電壓表連線極性。

（2）管道交流感應(yīng)電壓測(cè)試

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。

測(cè)量?jī)x表應(yīng)具有防電磁干擾性能。參比電極可采用鋼棒電極、硫酸銅電極。采用鋼棒電極時(shí)，其鋼棒直徑不宜小于16 mm，插入土壤深度宜為100 mm。參比電極應(yīng)豎直布置，與埋地金屬管道之間的距離應(yīng)大于10 m。每次測(cè)試時(shí)，參比電極位置宜保持一致。參比電極設(shè)置處，地下不應(yīng)有冰層、混凝土層、金屬及其他影響測(cè)試的物體。土壤干燥時(shí)，應(yīng)濕潤(rùn)地面。按圖 3接好測(cè)試線路，然后直接記錄測(cè)試值。

2.3 直流干擾專項(xiàng)檢測(cè)

由管線直流電位的普查結(jié)果，結(jié)合管線CIPS通斷電電位的檢測(cè)結(jié)果，分析不同管段上直流雜散電流的情況以及相關(guān)性，選取重點(diǎn)檢測(cè)的工具方法。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)重點(diǎn)干擾區(qū)段提出防護(hù)建議。對(duì)于管道直流干擾嚴(yán)重位置或管道直流電位變化劇烈管段，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間電位檢測(cè)，采用uDL2監(jiān)測(cè)管道的通電電位、試片的斷電電位，試片的直流電流等相關(guān)數(shù)據(jù)，按照?qǐng)D 4進(jìn)行接線，設(shè)置儀器的數(shù)據(jù)記錄頻率和記錄時(shí)間。

檢測(cè)完成后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出至電腦，通過專用軟件導(dǎo)出電位數(shù)據(jù)，繪制電位曲線，通過相關(guān)數(shù)據(jù)來判斷 管道受干擾的程度，分析管道陰保系統(tǒng)有效性。對(duì)于埋地管道動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，目前主要參考澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 2832.1―2015《Cathodicprotection of metals, Part1: Pipes and cables》，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地鐵雜散電流干擾下陰極保護(hù)管線的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)做了如下規(guī)定。

（1）根據(jù)本準(zhǔn)則評(píng)價(jià)牽引電流的影響時(shí)，必須記錄足夠長(zhǎng)時(shí)間的電位以確保包含最大程度的雜散電流的影響。這個(gè)時(shí)間段包括早晚用電高峰，一般為20小時(shí)。如果用數(shù)據(jù)記錄儀檢測(cè)電位，采樣頻率至少為4次/min。

（2）從管道極化電位偏移的角度對(duì)動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾下陰極保護(hù)管道的干擾風(fēng)險(xiǎn)規(guī)定見表 1。

2.4 交流干擾專項(xiàng)測(cè)試

對(duì)存在大于4 V的持續(xù)交流干擾電壓的管道區(qū)域，依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 50698-2011，測(cè)試交流干擾電流密度。

（1）探頭法或試片法

采用極化探頭或試片測(cè)試交流電流密度，利用標(biāo)準(zhǔn)電阻測(cè)量管道和試片間的連接電纜中的交流電流，除以測(cè)試試片的面積，即為交流電流密度(圖 5)。

（2）計(jì)算法

交流電流密度也可根據(jù)上面交流電壓測(cè)試結(jié)果，按公式（2）計(jì)算：

式中： i 為評(píng)估的交流電流密度， A/m2； V 為交流干擾電壓有效值的平均值， V； ρ 為土壤電阻率，Ω·m； d 為破損點(diǎn)直徑， m。

其中ρ 值應(yīng)取測(cè)試點(diǎn)處與管道埋深相同的土壤電阻率實(shí)測(cè)值， d 值按發(fā)生交流腐蝕最嚴(yán)重考慮，取0.0 113。

結(jié)合以上數(shù)據(jù)，通過計(jì)算或?qū)崪y(cè)得到交流電流密度，判斷腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。管道受交流腐蝕風(fēng)險(xiǎn)可按表 2確定。對(duì)于交流電流密度大于30 A/m 2的位置應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

對(duì)于交流干擾電壓劇烈波動(dòng)或交流干擾嚴(yán)重管段，進(jìn)行24 h交流干擾電壓監(jiān)測(cè)。按照?qǐng)D 6的接線方式連接，記錄管道的24 h交流電壓。根據(jù)管道沿線土壤電阻率、交流電壓大小及波動(dòng)情況，評(píng)價(jià)交流干擾的嚴(yán)重程度。

3 結(jié)論及建議

（1）結(jié)論。通過對(duì)所有測(cè)試數(shù)據(jù)綜合分析，干擾風(fēng)險(xiǎn)為“弱”，則在合理調(diào)配陰保設(shè)施、改善陰保 系統(tǒng)輸出、保持干擾段監(jiān)控的情況下不需要進(jìn)一步采取專項(xiàng)排流措施；干擾風(fēng)險(xiǎn)為“中”及以上時(shí)，宜采取排流措施。

（2）建議。排流應(yīng)選擇在土壤潮濕、電阻率低且容易征地的位置施工，同時(shí)參考GB/T 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，排流方式宜采用固態(tài)去耦合器+排流地床方式進(jìn)行。為規(guī)避固態(tài)去耦合器故障時(shí)接地體對(duì)管道陰保產(chǎn)生不利影響，排流地床應(yīng)使用鋅犧牲陽極材料。為避免管道受到瞬態(tài)的直流及交流雜散電流干擾，宜每3 km安裝一處智能測(cè)試樁，對(duì)于干擾集中區(qū)域進(jìn)行加密安裝，實(shí)時(shí)監(jiān)控管道的通斷電電位與交流干擾狀況。

作者：王成香，山東省天然氣管道有限責(zé)任公司，從事生產(chǎn)調(diào)度工作。