孟繁興

國家管網(wǎng)集團(tuán)東部儲運(yùn)公司管道保衛(wèi)部

 

摘要： 通過現(xiàn)場測試與數(shù)值模擬計(jì)算方式，評估了擬建漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電站對附近埋地原油管道可能造成的交直流雜散電流干擾。結(jié)果顯示，光伏集電線路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，對管道造成的交流雜散電流干擾和直流雜散電流干擾均未超出限值規(guī)定，可不采取防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞： 光伏發(fā)電；埋地管道；雜散電流；干擾評估

 

當(dāng)前出現(xiàn)了大量高壓/特高壓輸電線路、電氣化鐵路、光伏發(fā)電站等基礎(chǔ)設(shè)施與埋地油氣管道共用路由的情況，導(dǎo)致埋地管道受交直流雜散電流干擾越來越普遍[1-3]。目前國內(nèi)尚無光伏發(fā)電系統(tǒng)雜散電流對管道干擾影響的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，國外有個(gè)別標(biāo)準(zhǔn)針對光伏發(fā)電的雜散電流干擾影響提出了檢測和防范措施要求[4]。

某漁光互補(bǔ)光伏發(fā)電站選址與儀征長嶺原油管道赤洪支線（赤壁—洪湖）重疊，項(xiàng)目北區(qū)15#、17#、18#光伏方陣穿越赤洪支線， 3#集電線路與赤洪支線存在1處交叉，位于赤洪支線14#測試樁附近，交叉角度84°，詳見圖 1。

圖 1 光伏電站方陣和集電線路與管道位置示意圖

為了評估光伏電站對管道交流、直流雜散電流干擾風(fēng)險(xiǎn)，保障管線安全和光伏電站順利啟動，采用數(shù)值模擬技術(shù)對交流、直流干擾進(jìn)行預(yù)測評估，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行可行性防護(hù)方案探討。

1  管道陰極保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1  陰極保護(hù)系統(tǒng)測試評價(jià)

赤洪支線赤壁站和洪湖站各設(shè)置1套外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，兩站分別位于交叉穿越位置上游15 km、下游22 km，均采用恒電位模式運(yùn)行，控制電位分別為﹣1200 mV（相對于CSE，下同）、﹣1300 mV，輔助陽極地床為淺埋高硅鑄鐵陽極，其接地電阻分別為4.0 Ω、1.4 Ω，采用萬用表測得通電電位分別為﹣1190 mV、﹣1305 mV。

采用數(shù)據(jù)記錄儀和便攜式參比電極（CSE）對赤壁站出站、洪湖站進(jìn)站絕緣接頭進(jìn)行檢測，顯示兩處絕緣性能均良好。

采用密間隔電位法采集管道沿線斷電電位（圖 2），參考測試樁處土壤電阻率，進(jìn)行陰極保護(hù)有效性評價(jià)。

圖 2 赤洪支線管道CIPS檢測結(jié)果

分析圖 2可知，9#～10#樁、13#～14#樁，存在單點(diǎn)電位不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。全線檢測402處斷電電位中3處不達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)率為99.25%。調(diào)整陰極保護(hù)電位輸出后，3處斷電電位達(dá)標(biāo)。

1.2  直流雜散電流測試評價(jià)

對赤洪支線9#～19#共計(jì)11個(gè)測試樁進(jìn)行了直流雜散電流檢測，結(jié)果如表 1所示�？梢钥闯觯�該段管道通電電位在﹣1.477 V～﹣0.827 V波動，斷電電位在﹣1.103 V～﹣0.866 V波動，通電電位波動幅度較小，受直流雜散電流干擾較弱。測試樁處最正保護(hù)電位均負(fù)于﹣0.85 V，根據(jù)GB/T 21448―2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求，管道處于有效保護(hù)狀態(tài)。

表 1 通電電位和斷電電位檢測數(shù)據(jù)

1.3  交流雜散電流測試評價(jià)

如表 2所示，分析9#～18#測試樁處交流電壓和交流電流密度，交流電壓最大值均小于15 V，交流電流密度平均值均小于30 A/m²，根據(jù)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)》評價(jià)，其交流干擾程度判定為“弱”。

表 2 交流電壓和交流電流密度檢測結(jié)果

2  評價(jià)準(zhǔn)則與模型建立

2.1  干擾評價(jià)指標(biāo)確定

（1）交流干擾評價(jià)指標(biāo)。光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)對管線造成的交流危害之一是管道對地電壓升高，附近有施工、檢測或維修人員觸碰到管線裸露位置會發(fā)生觸電，給人員生命安全帶來威脅。為了保證人身安全，選擇15 V電壓作為評價(jià)限值。

危害之二是電磁耦合造成管道對地產(chǎn)生交流電壓，管道內(nèi)部產(chǎn)生交流雜散電流，電流由破損點(diǎn)流入附近土壤時(shí)管道會發(fā)生腐蝕。ISO 18086-2019《Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria.》規(guī)定，在代表性時(shí)間段內(nèi)、1 cm²試片或探針上測得的交流電流密度應(yīng)低于30 A/m²，以此作為交流電流密度評價(jià)限值。

（2）直流干擾評價(jià)指標(biāo)。直流干擾對管道造成的主要危害為導(dǎo)致管道陰極保護(hù)電位無法滿足要求，影響管道陰極保護(hù)效果。根據(jù)GB 50991―2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，當(dāng)存在直流電流入地時(shí)，管道極化電位應(yīng)滿足﹣0.85 V～﹣1.2 V。

2.2  建模參數(shù)及模型繪制

赤洪支線管徑406 mm，壁厚6.4/10.3 mm，材質(zhì)為L415，雙層熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層，穿越光伏電站北區(qū)，交叉區(qū)間無交流排流地床、無犧牲陽極。兩座陰保站運(yùn)行參數(shù)見表 3。

表 3 赤洪支線陰保系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

光伏電站沿道路鋪設(shè)光伏場接地網(wǎng)，所有電器設(shè)備采用就近接地。接地體采用60 mm×6 mm覆銅扁鋼，垂直接地極采用直徑60 mm、長2.5 m鋼管，水平接地體和垂直接地極頂部埋設(shè)于水塘周圍田埂1 m以下。基于以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，模擬繪制幾何模型如圖 3所示。

圖 3 光伏電站集輸電纜與管道陰保系統(tǒng)幾何模型

3  干擾預(yù)測及評價(jià)

3.1  交流干擾評估

GB/T 15543―2008《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡》規(guī)定，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，長時(shí)電壓不平衡度不超過2%，短時(shí)不得超過4%。日常運(yùn)行中電網(wǎng)調(diào)度單位將該值控制在2%以內(nèi)。不平衡度的變化將直接影響輸電線路對埋地金屬管線的電磁感應(yīng)大小，由于目前該數(shù)據(jù)缺失，本次將計(jì)算不同不平衡度下管道受干擾情況。不平衡度為0%～2%條件下管道沿線干擾電壓計(jì)算結(jié)果見表 4�？梢钥闯�，隨著不平衡相、不平衡度發(fā)生變化管道沿線干擾電壓分布趨勢基本不變，但均表現(xiàn)為隨不平衡度逐漸增大，干擾逐漸增強(qiáng)。當(dāng)A相不平衡度2%時(shí)出現(xiàn)最大交流干擾電壓為106 mV，最大交流電流密度為1.46 A/m²，如圖 4所示。結(jié)果表明，輸電線路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)集電線路對管道造成的交流雜散電流干擾未超出限值要求，可不采取防護(hù)措施。

表 4 集電線路不同三相不平衡度時(shí)交流干擾計(jì)算結(jié)果

圖 4 不同不平衡度干擾電壓和電流密度計(jì)算結(jié)果

3.2  直流干擾評估

根據(jù)設(shè)計(jì)資料及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，光伏電站正常運(yùn)行情況下組件對地泄漏總電流設(shè)置為8.02 A。光伏發(fā)電板與赤洪支線最小間距為5 m�？紤]最保守的評估條件，直流泄漏電流均從距離最近光伏板流入、流出大地，此時(shí)管道通電電位設(shè)置為﹣1.2 V。管道電位分布如圖 5所示，此時(shí)靠近該光伏板位置電流從大地流入管道，管道電位負(fù)向偏移；遠(yuǎn)離該光伏板位置電流從管道流入大地，管道電位正向偏移，為陽極干擾。通電電位﹣1.186 V～﹣1.413 V，最正偏移量為14 mV，最負(fù)偏移量為213 mV。參考現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)（通電電位﹣0.732 V～﹣1.477 V，斷電電位﹣0.866 V～﹣1.114 V），判斷該直流干擾狀態(tài)下管道陰極保護(hù)電位均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖 5 距離最近光伏板電流從接地流入大地示意圖

反之，當(dāng)直流電流從遠(yuǎn)離管道位置流入大地，從距離管道最近光伏板接地回流時(shí)，管道電位分布如圖 6所示。此時(shí)，管道電位負(fù)向偏移，為陰極干擾。通電電位在﹣0.986 V～﹣1.213 V，電位最正偏移量為214 mV，最負(fù)偏移量為13 mV。參考現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)（通電電位在﹣0.732 V～﹣1.477 V，斷電電位在﹣0.866 V～﹣1.114 V），判斷該直流干擾狀態(tài)下管道陰極保護(hù)電位均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖 6 距離最近光伏板電流從大地回流至接地示意圖

結(jié)果表明，光伏電站穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)對管道造成的直流雜散電流干擾未超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值要求，可不采取防護(hù)措施。

4  結(jié)語

赤洪支線管道目前受到交直流雜散電流干擾較弱，測試樁處最小保護(hù)電位均負(fù)于﹣0.85 V，處于有效保護(hù)狀態(tài)。預(yù)測光伏電站投運(yùn)、集電線路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，最大交流干擾電壓為106 mV，最大交流電流密度為1.46 A/m²，未超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值要求。管道受陽極干擾和陰極干擾時(shí)，通電電位分別為﹣1.186 V～﹣1.413 V、﹣0.986 V ～﹣1.213 V，直流雜散電流干擾未超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值要求，交直流干擾可不采取防護(hù)措施。

目前我國光伏發(fā)電工程處于蓬勃發(fā)展階段，其對埋地油氣管道的影響將逐漸顯現(xiàn)。有必要在項(xiàng)目建設(shè)期就對潛在的干擾問題進(jìn)行評估并采取適當(dāng)?shù)母蓴_防護(hù)措施。光伏電站投產(chǎn)后，應(yīng)及時(shí)開展管道交流干擾和直流干擾的復(fù)測核實(shí)，在管道潛在受干擾位置安裝電位自動采集裝置，定期檢測其對地絕緣電阻以及直流電流的泄漏量，避免和減少對管道造成干擾影響。

 

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉龍，王政驍，羅艷龍，李長春，何仁洋.埋地鋼質(zhì)管道交流雜散電流干擾研究現(xiàn)狀[J].材料保護(hù)，2022，55(08)：158-165.

[2]郭勇，王港.埋地管道交流雜散電流干擾的防護(hù)[J].石油和化工設(shè)備，2016，19(11)：81-83.

[3]李曉龍，楊緒運(yùn)，李長春，羅艷龍，何仁洋.埋地鋼質(zhì)管道直流雜散電流干擾研究綜述[J].中國特種設(shè)備安全，2023，39(02)：4-11.

[4]ISO 18086-2019 Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria[S].

作者簡介：孟繁興，1989年生，本科，高級工程師，主要從事管道腐蝕防護(hù)工作。聯(lián)系方式：18552920513，meng8668@163.com。