劉一 薛繼旭 于晶晶

國家管網(wǎng)集團(tuán)北京管道石家莊輸油氣分公司

陜京二線天然氣管道于2005年投產(chǎn)，材質(zhì)為X70鋼，管徑1016 mm，壁厚21 mm，設(shè)計壓力10 MPa，防腐形式為三層PE +外加電流陰極保護(hù)。某次管道外腐蝕檢測發(fā)現(xiàn)25#閥室存在漏電現(xiàn)象，漏電率為6.9%，檢測得知該段管道受5.8 V～8.1 V交流雜散電流干擾。對閥室進(jìn)行排查發(fā)現(xiàn)去TEG（燃?xì)夤╇娤到y(tǒng)）絕緣接頭已失效。

1  失效原因分析

用萬用表測試絕緣接頭電阻值為7.9 Ω；用絕緣測試儀復(fù)測驗(yàn)證TEG絕緣接頭絕緣性能失效。絕緣性能失效導(dǎo)致管線上產(chǎn)生的較高的感應(yīng)電壓通過絕緣接頭、儀表外殼接地線流向大地，形成電回路，管道兩端產(chǎn)生的電勢差導(dǎo)致電流通過而引起絕緣接頭發(fā)熱、嚴(yán)重時可能引起電弧擊穿絕緣接頭。 

管道高電壓來自閥室周邊及管線的雜散電流干擾。陜京二線25#閥室及管線處在高壓交流輸電網(wǎng)中，閥室周邊有4條高壓線，分別為西正二線220 kv高壓交流輸電線路、西鹿線220 kv高壓交流輸電線路、鹿冀線110 kv高壓交流輸電線路、大向線110 kv高壓交流輸電線路（圖 1）。

圖 1 閥室周邊輸電線路示意圖

絕緣接頭失效原因來自于二方面：①高壓輸電線路產(chǎn)生感性耦合引起管線雜散電流，造成絕緣接頭兩側(cè)長期處于高電位差的狀態(tài)；②閥室外電線路直擊雷和閥室放空管直擊雷擊穿絕緣接頭。

此外，管道所采用的高絕緣3PE外防腐層導(dǎo)致強(qiáng)電脈沖在長輸管線上更難釋放，干擾電流在閥室絕緣接頭處匯集，增加了遭受強(qiáng)電沖擊的可能性。

根據(jù)ISO 15589―1―2015《石油、石化與天然氣工藝 管道系統(tǒng)陰極保護(hù) 第一部分：陸上管線》，閥室兩類絕緣接頭耐雷電沖擊性能指標(biāo)分別需至少滿足2.5 kVac/60sec 和1.5 kVac/60sec。目前閥室普遍使用的DK-LOK絕緣接頭性能指標(biāo)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其耐壓性能指標(biāo)滿足3.0 kVac/60sec。

為了模擬絕緣接頭失效過程，進(jìn)行了DK-LOK絕緣接頭標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，17 kA以上級別的標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊可以擊穿DK-LOK絕緣接頭，發(fā)生絕緣墊碳化和金屬燒蝕。其燒蝕機(jī)理如圖 2所示，閥室處的直擊雷、管道干線感應(yīng)雷可能對絕緣接頭造成損傷。絕緣接頭碳化后，低雜散電流干擾強(qiáng)度可以導(dǎo)致絕緣接頭劇烈升溫，進(jìn)一步碳化直至徹底損壞。

圖 2 絕緣接頭燒蝕機(jī)理關(guān)系圖

2  整改措施

（1）改造閥室供電系統(tǒng)。使用市電結(jié)合太陽能供電，拆除TEG設(shè)備及接地系統(tǒng)，更換失效的TEG閥絕緣接頭。更換后測試其絕緣性能良好，接地電回路消除。

（2）拆除接地系統(tǒng)。測試數(shù)據(jù)顯示閥室和前后線路交流電壓提升較大，經(jīng)對閥室及進(jìn)出站管道交流電壓和通斷電電位進(jìn)行監(jiān)測，對比外腐蝕檢測數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定采用在閥室上下游分別安裝6條鋅帶+固態(tài)去耦合器排流措施（圖 3）。排流后管道交流雜散電流干擾由5.8 V～8.1 V下降為0.24 V～0.37 V。

圖 3 鋅帶+固態(tài)去耦合器安裝示意圖

（3）在埋地型絕緣接頭兩側(cè)安裝絕緣測試樁，方便日常監(jiān)測絕緣接頭有效性。

本次TEG絕緣接頭失效事件，系絕緣接頭受到雷電和周邊輸電線路雜散電流綜合影響所致，通常高壓輸電線路直擊雷導(dǎo)致絕緣接頭失效的情形較為突出。如何規(guī)避雷擊保證絕緣性能等需要從建設(shè)、運(yùn)行期統(tǒng)籌考慮。制定絕緣排查、接地排查周期性工作計劃，增加排流設(shè)施、加強(qiáng)日常檢測等措施可以有效防范絕緣失效。 

作者簡介：劉一，1996年生，2019年畢業(yè)于華北水利水電大學(xué)，現(xiàn)主要從事管道管理工作，聯(lián)系方式：15538204695，15538204695@163.com。