趙海陽(yáng)

北京安科腐蝕技術(shù)有限公司

在公共走廊內(nèi)，高壓交流輸電線路和油氣管道交叉或并行帶來(lái)的交流干擾問(wèn)題影響管道運(yùn)行安全。高壓輸電線路正常運(yùn)行和發(fā)生故障時(shí)，會(huì)在周圍的空氣和土壤中產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)。這些感應(yīng)干擾會(huì)對(duì)周圍的金屬物體甚至附近可接觸金屬的人造成電擊傷害，引起一定危險(xiǎn)。過(guò)高的管道涂層電壓會(huì)使管道涂層性能劣化甚至擊穿，導(dǎo)致管道可能發(fā)生腐蝕或損壞絕緣法蘭及整流設(shè)備等風(fēng)險(xiǎn)。為消除由此帶來(lái)的各類風(fēng)險(xiǎn)，需要采取有效的緩解措施，將交流干擾風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降至可接受水平。

本文選取典型高壓交流輸電線路與油氣管道交叉且并行的實(shí)際案例，介紹交流干擾影響的數(shù)值模擬計(jì)算評(píng)估流程，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果，提出合理化干擾緩解措施，以此來(lái)降低干擾導(dǎo)致的各類風(fēng)險(xiǎn)。

1  交流干擾評(píng)估流程

高壓輸電系統(tǒng)對(duì)油氣管道交流干擾評(píng)估的主要內(nèi)容包括：評(píng)估資料收集整理、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研測(cè)試、構(gòu)建計(jì)算模型、干擾強(qiáng)度預(yù)測(cè)、干擾安全評(píng)估及評(píng)估結(jié)果評(píng)審。

（1）評(píng)估資料收集。主要涉及輸電線路及桿塔資料、管道及附屬設(shè)施資料和管道敷設(shè)土壤及周圍環(huán)境資料，以此作為構(gòu)建計(jì)算模型的基礎(chǔ)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研測(cè)試。主要涉及管道沿線分層土壤電阻率測(cè)試、管道現(xiàn)有交流干擾水平測(cè)試、管道現(xiàn)有緩解措施檢測(cè)評(píng)估和管道沿線敷設(shè)環(huán)境調(diào)研，用以對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算模型的優(yōu)化。

（3）構(gòu)建計(jì)算模型。根據(jù)評(píng)估資料收集和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研測(cè)試數(shù)據(jù)，構(gòu)建準(zhǔn)確評(píng)估模型，確保計(jì)算模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相符合。

（4）干擾強(qiáng)度預(yù)測(cè)。主要涉及高壓交流輸電線路正常運(yùn)行、單相對(duì)地故障及桿塔遭雷擊工況下管道沿線干擾強(qiáng)度的預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果涉及交流干擾電壓、交流電流密度、涂層耐受電壓、地面可接觸金屬結(jié)構(gòu)物接觸電壓結(jié)果。

（5）干擾安全評(píng)估。根據(jù)干擾強(qiáng)度預(yù)測(cè)階段獲得的結(jié)果，依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，對(duì)超出安全限值要求的結(jié)果，進(jìn)行緩解措施設(shè)計(jì)。

（6）評(píng)估結(jié)果評(píng)審。根據(jù)上述評(píng)估過(guò)程及結(jié)果，編制干擾評(píng)估報(bào)告，邀請(qǐng)行業(yè)內(nèi)專家對(duì)評(píng)估報(bào)告進(jìn)行評(píng)審，以此確定評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性及干擾緩解措施可實(shí)施性。

2  干擾評(píng)估案例介紹

廣東某新建220 kV輸電線路與某天然氣管道（管道外徑914 mm，壁厚17.5 mm，防腐層為3PE，防腐層厚度4.0 mm，管道埋深2 m）和對(duì)側(cè)已建220 kV輸電線路之間并行約2.5 km，新建輸電線在N11塔附近與天然氣管道存在1處小角度（6.53°）交叉，非常有必要全面整體地開(kāi)展管道受高壓輸電線工程的電磁干擾安全評(píng)估。

（1）根據(jù)上述交流干擾評(píng)估流程，本項(xiàng)目評(píng)估結(jié)果：①基于管道沿線的土壤電阻率測(cè)量數(shù)據(jù)，確定電氣等效兩層土壤模型，表層至0.69 m深處土壤電阻率為79 Ω·m，下層（0.69 m以下）土壤電阻率為19.35 Ω·m；②輸電線路在不同運(yùn)行工況下對(duì)油氣管道的干擾評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表 1。由表 1干擾評(píng)估結(jié)果可知，在新建輸電線路或同時(shí)考慮已建輸電線路穩(wěn)態(tài)工況下，流過(guò)1 cm²缺陷破損點(diǎn)的最大交流電流密度數(shù)值均超過(guò)安全限值30 A/m²，存在管體腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，需要采取緩解措施；在新建輸電線路甲線和乙線分別發(fā)生單相對(duì)地故障工況下，管道沿線地面可接觸金屬結(jié)構(gòu)物接觸電壓均超過(guò)安全限值341.1 V，存在人身安全風(fēng)險(xiǎn)，需采取緩解措施。

表 1 輸電線路不同工況下的管道干擾評(píng)估結(jié)果統(tǒng)計(jì)

（2）緩解方案制定。針對(duì)管道上存在的交流腐蝕潛在風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)展防護(hù)措施設(shè)計(jì)。防護(hù)措施采用管道沿線并行敷設(shè)水平鋅帶地床+固態(tài)去耦合器的方式。計(jì)算模型中，鋅帶半徑（含填包料）選取0.1 m，與管道并行敷設(shè)，埋深2 m。

利用同樣的計(jì)算模型通過(guò)不斷調(diào)整管道沿線水平鋅帶的敷設(shè)長(zhǎng)度及布置位置，得到防護(hù)方案：共需設(shè)置鋅帶排流點(diǎn)4處，鋅帶總長(zhǎng)度710 m，可實(shí)現(xiàn)：①被評(píng)估管道全線的最大管道對(duì)地交流電壓降至2.52 V，滿足GB 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)第6.2.2節(jié)中的規(guī)定：“在土壤電阻率≤25 Ω·m的地方，應(yīng)將管道交流干擾電壓有效緩解至低于4 VAC”；②流過(guò)1 cm²缺陷破損點(diǎn)的最大交流電流密度降至29.38 A/m²，低于30 A/m²，按照GB 50698標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估其交流干擾程度為“弱”；③在新建220 kV架空輸電線路甲線典型桿塔位置（N8-N13）分別發(fā)生單相對(duì)地故障時(shí)，管道沿線的接觸電壓最大值為276.9 V，滿足依據(jù)GBT 50065標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的人身安全限值341.1 V的安全要求；③在新建220 kV架空輸電線路乙線典型桿塔位置（N8-N13）分別發(fā)生單相對(duì)地故障時(shí)，管道沿線的接觸電壓最大值為269.2 V，滿足依據(jù)GBT 50065標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的人身安全限值341.1 V的安全要求。

需要說(shuō)明的是，新建220 kV輸電線路運(yùn)行后，管道的交流干擾實(shí)際情況是新建和已建兩條輸電線路共同作用，在本項(xiàng)目進(jìn)行緩解設(shè)計(jì)時(shí)，考慮兩條輸電線路對(duì)油氣管道的干擾影響進(jìn)行的綜合防護(hù)設(shè)計(jì)。

（3）實(shí)施緩解措施后效果。新建220 kV輸電線路投產(chǎn)運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)安裝智能測(cè)試樁對(duì)油氣管道交流干擾情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，管道交流干擾電壓最大值為0.57 V，小于預(yù)測(cè)值2.52 V；交流電流密度最大值為12.82 A/m²，小于預(yù)測(cè)值29.38 A/m²，說(shuō)明緩解方案符合預(yù)期。

3  緩解措施建議

目前，“固態(tài)去耦合器+裸金屬排流地床”的交流干擾緩解方式是管道行業(yè)普遍應(yīng)用且技術(shù)成熟的緩解手段，在工程實(shí)際應(yīng)用中仍需注意以下幾點(diǎn)。

（1）固態(tài)去耦合器的型號(hào)選擇。對(duì)于交流干擾緩解，市場(chǎng)上合格產(chǎn)品均能做到有效緩解并取得良好緩解效果，針對(duì)緩解點(diǎn)位管道僅存在交流干擾時(shí)，此時(shí)固態(tài)去耦合器選擇直流鉗位范圍為±2 V型號(hào)即可滿足緩解要求，但對(duì)于緩解點(diǎn)位存在交直流混合干擾，此時(shí)固態(tài)去耦合器需選擇非對(duì)稱型直流鉗位區(qū)間型號(hào)，例如﹢0.5 V/﹣4.5 V（負(fù)向鉗位值可定制），用以應(yīng)對(duì)交直流混合干擾的緩解。

（2）排流地床方式。當(dāng)前常見(jiàn)排流地床方式有單邊敷設(shè)、雙邊敷設(shè)及深井敷設(shè)等，無(wú)論選擇上述哪種排流地床，都需要考慮現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)可實(shí)施性及經(jīng)濟(jì)性原則，以最小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)緩解目標(biāo)。

（3）裸金屬排流地床材料的選擇。結(jié)合行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議在裸金屬排流地床材料選擇時(shí)，盡量選擇電位較活潑的鋅帶及棒狀或塊狀犧牲陽(yáng)極，同時(shí)在高土壤電阻率環(huán)境中敷設(shè)排流地床時(shí)，選擇足量犧牲陽(yáng)極填包料敷設(shè)，以降低接觸電阻延長(zhǎng)壽命。

（4）受限于輸電線路故障和雷擊桿塔工況持續(xù)時(shí)間短暫，目前尚無(wú)切實(shí)有效方式可監(jiān)測(cè)到此時(shí)接觸電壓、涂層耐受電壓數(shù)據(jù)，建議在條件允許的情況下，電網(wǎng)方與管道方密切配合，來(lái)進(jìn)行此項(xiàng)參數(shù)測(cè)量，以此對(duì)緩解效果進(jìn)行校驗(yàn)。

（根據(jù)作者在2023年5月31日油氣管道和輸電線路安全保護(hù)研討班上的發(fā)言整理）

作者簡(jiǎn)介：趙海陽(yáng)，1988年生，工程師，北京安科腐蝕技術(shù)有限公司項(xiàng)目部經(jīng)理，主要從事管道陰極保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)評(píng)估、雜散電流干擾檢測(cè)評(píng)估及隱患治理方面工作。聯(lián)系方式：18963642332，zhaohy@ancorr.cn。