林俊

西氣東輸蘇浙滬分公司

摘要：根據國內外交流雜散電流干擾標準，確定交流雜散電流評價(jià)指標，模擬評估新建輸電線(xiàn)路對在役天然氣管道的交流雜散電流干擾，掌握輸電線(xiàn)路對天然氣管道的干擾規律，并提出干擾防護措施，從而為做好相關(guān)管理提供指導。

關(guān)鍵詞：交流干擾；模擬計算；陰極保護；天然氣管道

目前新建輸電線(xiàn)路和電氣化鐵路與在役天然氣管道交叉并行情況變得越來(lái)越普遍，管道面臨的交流雜散電流干擾問(wèn)題越來(lái)越嚴峻。國內外標準對于交流干擾評價(jià)指標主要規定了以下幾個(gè)：①腐蝕速率，小于0.025 mm/y[1]和0.03 mm/a[2]；②交流電壓，主要考慮滿(mǎn)足人身安全和交流電流密度可控[2-4]；③交流電流密度，在滿(mǎn)足陰極保護電位條件下，平均值小于30 A/m2[1-5]；④交流電流密度和直流干擾綜合指標[1,2,5]。本文根據交流干擾評價(jià)指標，采用數值模擬軟件，評估新建輸電線(xiàn)路對相鄰某天然氣管道的交流干擾風(fēng)險，并提出干擾防護措施建議。

1  基本情況

某天然氣管道長(cháng)度約70 km，管徑508 mm，壁厚8 mm，采用3PE防腐層，以及外加電流陰極保護方式。

新建的輸電線(xiàn)路為110 kV，采用架空和電纜隧道結合的方式。涉及輸電線(xiàn)路一全長(cháng)約6.4 km，輸電線(xiàn)路二全長(cháng)約2.3 km，額定電流300 A。輸電線(xiàn)路電纜為纜芯結構，材質(zhì)為銅，用于電流傳輸；纜芯外側為導體屏蔽及絕緣屏蔽層；絕緣層外側為金屬鋁護套，用于接地及機械保護；金屬鋁護套外側為非金屬護套，材質(zhì)為聚乙烯。架空輸電線(xiàn)路輸電相序分布為上B中C下A。

天然氣管線(xiàn)與輸電線(xiàn)路交叉及并行情況見(jiàn)圖 1，3處交叉點(diǎn)分別為輸電線(xiàn)路電纜段CJ09、架空輸電線(xiàn)線(xiàn)路G35桿塔以及架空輸電線(xiàn)線(xiàn)路T2桿塔附近。管道與輸電線(xiàn)路并行段主要位于T8桿塔處至架空輸電線(xiàn)線(xiàn)路T2桿塔之間，并行長(cháng)度約3.4 km，并行間距0～120 m。

圖 1 輸電系統與管道位置示意圖

2  檢測結果

為了評估新建輸電線(xiàn)路對在役天然氣管道的交流干擾影響及確定評價(jià)指標，對與輸電線(xiàn)路交叉并行以及前后各約5 km管道沿線(xiàn)土壤電阻率和交流干擾情況進(jìn)行了測試。

管道沿線(xiàn)土壤電阻率測試結果見(jiàn)圖 2，土壤電阻率分布在15.0 Ω·m～44.2 Ω·m之間，其中3處低于20 Ω·m，土壤腐蝕性評價(jià)為“強”，11處處于20 Ω·m～50 Ω·m之間，土壤腐蝕性評價(jià)為“中”。

圖 2 管道沿線(xiàn)土壤電阻率測試結果

管道交流電壓和交流電流密度測試結果見(jiàn)圖 3，管道沿線(xiàn)的交流電壓在0～16.47 VCSE，交流電流密度平均值分布在2.06 A/㎡～23.65 A/㎡。圖 4為391#測試樁24 h交流電壓測試結果，結果顯示此段管道存在動(dòng)態(tài)交流雜散電流干擾，在白天時(shí)間段交流電壓和電流密度波動(dòng)較大，夜間時(shí)間段波動(dòng)較小，判斷目前管道的交流干擾主要是電氣化鐵路造成的。

圖 3 管道沿線(xiàn)交流電壓和交流電流密度分布圖

圖 4 391#測試樁24 h交流電壓和電流密度波動(dòng)圖

3  干擾評估

采用CDEGS軟件，建立交流干擾預測評估模型，模擬計算新建輸電線(xiàn)路對在役天然氣管道的交流干擾程度。

3.1  干擾評估結果

交流輸電線(xiàn)路正常運行時(shí)，由于電壓波動(dòng)導致三相電流不平衡，GB/T 15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》規定“電網(wǎng)正常運行時(shí)，長(cháng)時(shí)電壓不平衡度不超過(guò)2%，短時(shí)不得超過(guò)4%”。在B相線(xiàn)路與其他二相存在不同不平衡度時(shí)，管道沿線(xiàn)的交流電壓和交流電流密度的模擬計算結果見(jiàn)圖 5。結果顯示，輸電線(xiàn)路B相不平衡度達到4%時(shí)，管道交流電壓達到3.1 V，交流電流密度達到46.599 A/㎡，交流電壓峰值出現在輸電線(xiàn)路開(kāi)始并行和結束并行的位置。輸電線(xiàn)路的三相不平衡度越高，對管道的交流干擾越大，在輸電線(xiàn)路的B相不平衡度大于2%時(shí)，管道沿線(xiàn)部分位置的交流電流密度高于30 A/㎡。

圖 5 391#測試樁24 h交流電壓和交流電流密度波動(dòng)圖

在不同相位的不平衡度分別達到4%，管道沿線(xiàn)的交流電壓和交流電流密度模擬計算結果見(jiàn)圖 6。結果顯示，不同相保持不平衡度時(shí)，管道的交流干擾程度差異性較大，其中在B相不平衡度為4%時(shí)，管道受到的交流干擾最大。

圖 6 不同相不平衡度為4%時(shí)管道交流電壓和交流電流密度分布圖

3.2  干擾防護措施模擬計算

在輸電線(xiàn)路B相不平衡度為4%時(shí)，管道部分位置的交流電流密度高于30 A/㎡，根據國內外評價(jià)指標規定，本次干擾緩解目標為輸電線(xiàn)路造成的交流電流密度小于30 A/㎡。

交流干擾緩解方式主要采用排流地床加固態(tài)去耦合器。本次采用水平敷設鋅帶，水平鋅帶+填包料直徑300 mm，鋅帶規格15.88 mm×22.23 mm，鋅帶與管道同深埋設，距離管道外壁0.3 m，鋅帶與管線(xiàn)之間安裝固態(tài)去耦合器。

在交流干擾2個(gè)峰值位置388#和393#測試樁，分別設置70 m和40 m鋅帶排流，防護措施的模擬計算結果見(jiàn)圖 7。結果顯示，設置排流點(diǎn)后，管道沿線(xiàn)的交流電流密度均可降低到30 A/㎡內。

圖 7 采取防護措施前后管道交流電壓和交流電流密度分布圖

4  結論

（1）新建輸電線(xiàn)路對在役管道交流干擾評估結果顯示，管道沿線(xiàn)交流電壓峰值出現在輸電線(xiàn)路開(kāi)始并行和結束并行的位置。輸電線(xiàn)路的三相不平衡度越高，對管道的交流干擾越大，輸電線(xiàn)路不同相保持不平衡度時(shí)，管道的交流干擾程度差異性較大。

（2）在管道交流干擾峰值的2個(gè)位置采取干擾防護措施，可將全線(xiàn)管道的交流電流密度降至30 A/㎡內，建議在388#和393#測試樁處增加70 m和40 m鋅帶排流措施。

參考文獻：

[1]SP 21424-2018 Alternating Current Corrosion on Cathodically Protected Pipelines: Risk Assessment, Mitigation, and Monitoring [S].NACE international，2018

[2]SY/T 0087.6-2021鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價(jià)標準 第6部分：埋地鋼質(zhì)管道交流干擾腐蝕評價(jià)[S]. 國家能源局，2021.

[3]SP0177-2019 Mitigation of Alternating Current and Lightning Effects on Metallic Structures and Corrosion Control Systems [S]. NACE international，2018

[4]GB/T 50698-2011埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準[S]. 中華人民共和國住房和城鄉建設部，2011.

[5]ISO 18086:2019, Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria[S]. Geneva, Switzerland: ISO，2019.

作者簡(jiǎn)介：林俊，1987年生，助理工程師，現為西氣東輸蘇浙滬輸氣分公司管道科三級工程師，主要從事管道管理工作。聯(lián)系方式：13851536318，529461066@qq.com。