基础设施对油气管道干扰规律及识别方法

2018-04-04 10:41:06 作者：汪江伟来源：《腐蚀与防护》分享至：

　　埋地油气管道与电气基础设施并行或交叉时，常常受到杂散电流干扰。如何快速识别城镇基础设施对管道的干扰类型，根据干扰源类型采取相应的防护措施，对杂散电流的防治具有重要工程价值。

本文以我国东部某管道沿途受到城市地铁、高铁、高压交/直流输电线等多种干扰为背景，开展杂散电流干扰源识别及防护措施研究。

现场测试内容和方法

01 研究对象

为上海至南京某管段，总长335km（管道里程148km～483km），外防腐层为加强级熔结环氧粉末，管径Φ762mm，材质为X60钢。

根据前期现场调研结果，分别选择管道与城市地铁、高铁、高压交流输电线路、高压直流输电系统临近的位置开展现场测试。

02 现场测试内容

● 管道通电电位；

● 管道断电电位；

● 交流干扰电压；

● 交流干扰电流密度。

现场测试示意图如图1所示。所有测试前，先将试片买入地下24小时，使之充分极化后开始检测。

图1 通/断电电位、交流干扰电压以及交流干扰电流密度现场测试示意图

03 参考标准

GB/T 21246-2007《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》

GB/T 50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》

测试结果及分析

01 城市地铁对管道干扰规律分析

管道473~479km段靠近南京地铁2号线，与地铁最近距离约5km。现场测试结果如图2所示。

（a）管地通、断电电位（b）交流干扰电压、交流干扰电流密度

图2 管道478km测试桩监测结果

由图2（a）可知通电电位在地铁运营时间段内波动较大，同时，在地铁运行时段内管道的断电电位出现比较明显的波动，地铁停运后管道不受干扰。地铁运行期间同一位置处管地电位既发生正向波动，也发生负向波动。

由图2（b）可知，地铁杂散电流对管道交流电压和交流电流密度影响不大。

导致管地电位正负波动的原因主要有2种：

1）地铁机车运行位置的影响

如图3所示，地铁机车的运行位置可能导致同一位置管地电位发生不同方向的偏移。此外，由于一个区域内地铁机车数量往往不止一辆，多机车的相互作用下使得管地电位波动更加复杂和频繁。

（a）机车在1号位置处干扰电流趋势（b）机车在2号位置处干扰电流趋势

图3 地铁机车运行位置的影响原理图

2）地铁运行状态的影响

地铁在加速运行和刹车时泄漏电流方向相反，从而导致管道上的杂散电流方向随之发生改变。

02 高铁对管道干扰规律分析

现场选择2处距离高铁较近的位置进行测试。

图4 管道341km测试桩管地通、断电电位监测结果

（a）总体监测结果（b）局部放大图

图5 管道341km测试桩管道交流干扰电压、交流干扰电流密度监测结果

如图4、5可见，341km处管道通断电电位没有明显的变化特征，而在该处交叉穿越位置管道交流干扰电压和交流电流密度呈现间歇性峰值。

（a）管地通、断电电位（b）交流干扰电压、交流干扰电流密度

图6 管道465km测试桩监测结果

465km测试桩处测试结果如图6所示。管道通断电电位的波动是由该处位置靠近南京地铁导致的，与341km处类似管道交流干扰电压和交流电流密度也呈现间歇性峰值。

我国高铁主要采用交流供电，因此对管道主要产生交流杂散电流干扰。两处测量结果显示，在管道与高铁交叉位置和并行位置都受到杂散电流干扰，而且即使采用高架方式管道也可能受到干扰，如465km处。

对单个干扰峰进行局部放大，如图5（b）所示。高铁干扰尖峰是个逐步升高再降低的过程，对该高铁干扰尖峰进行统计，结果显示干扰尖峰持续时间为30~250s之间。

03 高压交流输电线路对管道干扰规律分析

（a）管地通、断电电位（b）交流干扰电压、交流干扰电流密度

图7 管道347km测试桩处监测结果

现场测试结果如图7所示。由图7可见，高压交流输电线路主要对埋地管道产生稳定的交流干扰，而对管地通断电电位影响不大。高压交流输电线路对管道的干扰会随着其负荷（导线电流）变化而有所改变。在晚上用电量较少干扰较小，而在白天负荷高对管道的干扰较大。

04 高压直流输电系统对管道干扰规律分析

现场调研显示202km测试桩处距离三峡—上海直流输电工程华新换流站接地极约20km，现场测试结果如图8所示。

（a）管地通、断电电位（b）交流干扰电压、交流干扰电流密度

图8 直流输电系统双极对称输电方式示意图

由图8可见，管地通电电位波动剧烈，而管道交流干扰电压和电流密度均比较低。但是与地铁干扰不同，虽然管地通电电位也随时间发生快速正负向波动，但是并没有明显的时间界限，即白天和晚上均发生波动。

图9 直流输电系统双极对称输电方式示意图

我国高压直流输电系统多采用双极对称输电，即两导线的电流大小相等，方向相反，入地电流相互抵消，如图9所示。实际工况下，由于系统无法完全一致导致两极之间会有一定的不平衡电流通过直流接地极流入大地，通常小于额定电流的1%。但是由于直流输电的电流非常大（通常为几千安培），即使是1%也有几十安培，该不平衡电流会对周围的管道产生动态直流干扰。

05 城镇基础设施对管道干扰的识别方法

通过现场测试结果分析了4种干扰类型特征，各种干扰特征和识别方法如下：

（1）城市地铁

主要产生动态直流干扰。管地通断电位呈现明显的波动特征，且波动与时间呈现明显对应性，即白天地铁运行时直流电位波动明显，而晚间地铁停运后直流电位波动较小；

（2）高铁

主要产生动态交流干扰。管道交流干扰电压呈现明显的间歇干扰峰，本次现场检测的干扰峰值持续时间为30~250s；

（3）高压交流输电线路

主要产生稳态交流干扰。管道交流干扰电压比较稳定，会随着一天用电负荷的变化呈现相对缓慢的变化；

（4）高压直流输电系统

当直流输电系统双极-大地回路运行时，主要产生动态直流干扰。管地直流电位呈现动态波动特征，但与地铁直流干扰不同的是管地直流电位波动没有明显时间对应性。

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责任编辑：王元