劉一 薛繼旭 于晶晶

國家管網(wǎng)集團北京管道石家莊輸油氣分公司

陜京二線(xiàn)天然氣管道于2005年投產(chǎn)，材質(zhì)為X70鋼，管徑1016 mm，壁厚21 mm，設計壓力10 MPa，防腐形式為三層PE +外加電流陰極保護。某次管道外腐蝕檢測發(fā)現25#閥室存在漏電現象，漏電率為6.9%，檢測得知該段管道受5.8 V～8.1 V交流雜散電流干擾。對閥室進(jìn)行排查發(fā)現去TEG（燃氣供電系統）絕緣接頭已失效。

1  失效原因分析

用萬(wàn)用表測試絕緣接頭電阻值為7.9 Ω；用絕緣測試儀復測驗證TEG絕緣接頭絕緣性能失效。絕緣性能失效導致管線(xiàn)上產(chǎn)生的較高的感應電壓通過(guò)絕緣接頭、儀表外殼接地線(xiàn)流向大地，形成電回路，管道兩端產(chǎn)生的電勢差導致電流通過(guò)而引起絕緣接頭發(fā)熱、嚴重時(shí)可能引起電弧擊穿絕緣接頭。 

管道高電壓來(lái)自閥室周邊及管線(xiàn)的雜散電流干擾。陜京二線(xiàn)25#閥室及管線(xiàn)處在高壓交流輸電網(wǎng)中，閥室周邊有4條高壓線(xiàn)，分別為西正二線(xiàn)220 kv高壓交流輸電線(xiàn)路、西鹿線(xiàn)220 kv高壓交流輸電線(xiàn)路、鹿冀線(xiàn)110 kv高壓交流輸電線(xiàn)路、大向線(xiàn)110 kv高壓交流輸電線(xiàn)路（圖 1）。

圖 1 閥室周邊輸電線(xiàn)路示意圖

絕緣接頭失效原因來(lái)自于二方面：①高壓輸電線(xiàn)路產(chǎn)生感性耦合引起管線(xiàn)雜散電流，造成絕緣接頭兩側長(cháng)期處于高電位差的狀態(tài)；②閥室外電線(xiàn)路直擊雷和閥室放空管直擊雷擊穿絕緣接頭。

此外，管道所采用的高絕緣3PE外防腐層導致強電脈沖在長(cháng)輸管線(xiàn)上更難釋放，干擾電流在閥室絕緣接頭處匯集，增加了遭受強電沖擊的可能性。

根據ISO 15589―1―2015《石油、石化與天然氣工藝 管道系統陰極保護 第一部分：陸上管線(xiàn)》，閥室兩類(lèi)絕緣接頭耐雷電沖擊性能指標分別需至少滿(mǎn)足2.5 kVac/60sec 和1.5 kVac/60sec。目前閥室普遍使用的DK-LOK絕緣接頭性能指標優(yōu)于標準規定，其耐壓性能指標滿(mǎn)足3.0 kVac/60sec。

為了模擬絕緣接頭失效過(guò)程，進(jìn)行了DK-LOK絕緣接頭標準雷電波沖擊實(shí)驗。結果表明，17 kA以上級別的標準雷電沖擊可以擊穿DK-LOK絕緣接頭，發(fā)生絕緣墊碳化和金屬燒蝕。其燒蝕機理如圖 2所示，閥室處的直擊雷、管道干線(xiàn)感應雷可能對絕緣接頭造成損傷。絕緣接頭碳化后，低雜散電流干擾強度可以導致絕緣接頭劇烈升溫，進(jìn)一步碳化直至徹底損壞。

圖 2 絕緣接頭燒蝕機理關(guān)系圖

2  整改措施

（1）改造閥室供電系統。使用市電結合太陽(yáng)能供電，拆除TEG設備及接地系統，更換失效的TEG閥絕緣接頭。更換后測試其絕緣性能良好，接地電回路消除。

（2）拆除接地系統。測試數據顯示閥室和前后線(xiàn)路交流電壓提升較大，經(jīng)對閥室及進(jìn)出站管道交流電壓和通斷電電位進(jìn)行監測，對比外腐蝕檢測數據和監測數據，確定采用在閥室上下游分別安裝6條鋅帶+固態(tài)去耦合器排流措施（圖 3）。排流后管道交流雜散電流干擾由5.8 V～8.1 V下降為0.24 V～0.37 V。

圖 3 鋅帶+固態(tài)去耦合器安裝示意圖

（3）在埋地型絕緣接頭兩側安裝絕緣測試樁，方便日常監測絕緣接頭有效性。

本次TEG絕緣接頭失效事件，系絕緣接頭受到雷電和周邊輸電線(xiàn)路雜散電流綜合影響所致，通常高壓輸電線(xiàn)路直擊雷導致絕緣接頭失效的情形較為突出。如何規避雷擊保證絕緣性能等需要從建設、運行期統籌考慮。制定絕緣排查、接地排查周期性工作計劃，增加排流設施、加強日常檢測等措施可以有效防范絕緣失效。 

作者簡(jiǎn)介：劉一，1996年生，2019年畢業(yè)于華北水利水電大學(xué)，現主要從事管道管理工作，聯(lián)系方式：15538204695，15538204695@163.com。