王成香1  趙剛2

1.山東省天然氣管道有限責任公司； 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(guò)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烈得多，可造成管壁腐蝕，導致穿孔泄漏，甚至燃燒或者爆炸事故。目前電氣化鐵路、高壓輸電線(xiàn)與天然氣長(cháng)輸管道交叉伴行情況比較普遍，所產(chǎn)生的雜散電流導致管道保護失效，造成的危害逐漸顯現。因此，開(kāi)展雜散電流干擾測試工作就顯得尤為重要。

1 測試前準備

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(chē)裝置、直流電網(wǎng)、電話(huà)電纜網(wǎng)絡(luò )、直流電解裝置、電焊機及其它構筑物陰極保護系統等；交流干擾源有高壓交流電網(wǎng)和交流電氣化鐵路設施等。在正式測試前，必須對管道所處環(huán)境進(jìn)行調查，摸清帶來(lái)雜散電流干擾的主要因素，重點(diǎn)需要對以下幾方面進(jìn)行調查。

1.1 高壓輸電系統

（1）管道與高壓輸電線(xiàn)路的相對位置關(guān)系。（2）接地系統的類(lèi)型（包括基礎）及與管道的距離。（3）高壓線(xiàn)等級等參數。（4）區域內發(fā)電廠(chǎng)（變電站）的設置情況。

1.2 電氣化鐵路

（1）鐵軌與管道的相對位置關(guān)系。（2）牽引變電所位置，鐵路沿線(xiàn)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)、敷設情況及地面設施等資料。（2）管道防腐層絕緣電阻率、防腐層類(lèi)型和厚度。（3）管道已有陰極保護和防腐設施的運行參數及運行狀況。（4）相鄰管道或其他埋地金屬構筑物干擾腐蝕與防護技術(shù)資料。（5）管道目前已有的交流排流設施的參數及位置。

2 雜散電流測試

2.1 土壤電阻率測試

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

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

（3）測量步驟。

①在測量點(diǎn)使用接地電阻測量?jì)x（常用儀器為ZC-8，誤差不大于3%），采用四極法進(jìn)行測試，測量接線(xiàn)見(jiàn)圖 1。

②將測量?jì)x的四個(gè)電極以等間距a布置在一條直線(xiàn)上，電極入土深度應小于a /20。

③轉動(dòng)接地電阻測量?jì)x的手柄，使手搖發(fā)電機達到額定轉速，調節平衡旋鈕，直至電表指針停在黑線(xiàn)上，此時(shí)黑線(xiàn)指示的度盤(pán)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、直流電位普查測試

初步調查干擾形式（直流干擾/交流干擾）及分布情況，為詳細測試提供依據。用Fluke289型萬(wàn)用表或數據記錄儀采用地表參比法測量管道對地通電電位和管道交流感應電壓。每測試樁5分鐘交直流普測，記錄交直流普測最大值、最小值、平均值。

（1） 管 地 通 電 電 位 測 試 測 試 標 準 ：GB-T 21246―2007 《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護參數測量方法》，本項目中管地通電電位可參考管線(xiàn)CIPS通電電位的的檢測結果。

①測量前，應確認陰極保護運行正常，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，應保證硫酸銅電極底部與土壤接觸良好。

③電位測量時(shí)管道連線(xiàn)見(jiàn)圖 2。

④將電壓表調整到適當的檔位，記錄電位讀數，同時(shí)要記錄電壓表連線(xiàn)極性。

（2）管道交流感應電壓測試

測試標準： GB/T 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護技術(shù)標準》。

測量?jì)x表應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。參比電極應豎直布置，與埋地金屬管道之間的距離應大于10 m。每次測試時(shí)，參比電極位置宜保持一致。參比電極設置處，地下不應有冰層、混凝土層、金屬及其他影響測試的物體。土壤干燥時(shí)，應濕潤地面。按圖 3接好測試線(xiàn)路，然后直接記錄測試值。

2.3 直流干擾專(zhuān)項檢測

由管線(xiàn)直流電位的普查結果，結合管線(xiàn)CIPS通斷電電位的檢測結果，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)檢測的工具方法。根據測試結果，對重點(diǎn)干擾區段提出防護建議。對于管道直流干擾嚴重位置或管道直流電位變化劇烈管段，進(jìn)行長(cháng)時(shí)間電位檢測，采用uDL2監測管道的通電電位、試片的斷電電位，試片的直流電流等相關(guān)數據，按照圖 4進(jìn)行接線(xiàn)，設置儀器的數據記錄頻率和記錄時(shí)間。

檢測完成后將數據導出至電腦，通過(guò)專(zhuān)用軟件導出電位數據，繪制電位曲線(xiàn)，通過(guò)相關(guān)數據來(lái)判斷 管道受干擾的程度，分析管道陰保系統有效性。對于埋地管道動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾風(fēng)險的評價(jià)，目前主要參考澳大利亞標準AS 2832.1―2015《Cathodicprotection of metals, Part1: Pipes and cables》，該標準對地鐵雜散電流干擾下陰極保護管線(xiàn)的風(fēng)險評價(jià)做了如下規定。

（1）根據本準則評價(jià)牽引電流的影響時(shí)，必須記錄足夠長(cháng)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)。如果用數據記錄儀檢測電位，采樣頻率至少為4次/min。

（2）從管道極化電位偏移的角度對動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾下陰極保護管道的干擾風(fēng)險規定見(jiàn)表 1。

2.4 交流干擾專(zhuān)項測試

對存在大于4 V的持續交流干擾電壓的管道區域，依據國標GB/T 50698-2011，測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試交流電流密度，利用標準電阻測量管道和試片間的連接電纜中的交流電流，除以測試試片的面積，即為交流電流密度(圖 5)。

（2）計算法

交流電流密度也可根據上面交流電壓測試結果，按公式（2）計算：

式中： i 為評估的交流電流密度， 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 值應取測試點(diǎn)處與管道埋深相同的土壤電阻率實(shí)測值， d 值按發(fā)生交流腐蝕最嚴重考慮，取0.0 113。

結合以上數據，通過(guò)計算或實(shí)測得到交流電流密度，判斷腐蝕風(fēng)險。管道受交流腐蝕風(fēng)險可按表 2確定。對于交流電流密度大于30 A/m 2的位置應重點(diǎn)關(guān)注。

對于交流干擾電壓劇烈波動(dòng)或交流干擾嚴重管段，進(jìn)行24 h交流干擾電壓監測。按照圖 6的接線(xiàn)方式連接，記錄管道的24 h交流電壓。根據管道沿線(xiàn)土壤電阻率、交流電壓大小及波動(dòng)情況，評價(jià)交流干擾的嚴重程度。

3 結論及建議

（1）結論。通過(guò)對所有測試數據綜合分析，干擾風(fēng)險為“弱”，則在合理調配陰保設施、改善陰保 系統輸出、保持干擾段監控的情況下不需要進(jìn)一步采取專(zhuān)項排流措施；干擾風(fēng)險為“中”及以上時(shí)，宜采取排流措施。

（2）建議。排流應選擇在土壤潮濕、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)管道交流干擾防護技術(shù)標準》，排流方式宜采用固態(tài)去耦合器+排流地床方式進(jìn)行。為規避固態(tài)去耦合器故障時(shí)接地體對管道陰保產(chǎn)生不利影響，排流地床應使用鋅犧牲陽(yáng)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安裝一處智能測試樁，對于干擾集中區域進(jìn)行加密安裝，實(shí)時(shí)監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任公司，從事生產(chǎn)調度工作。