馮德佳 丁小軍 胡貴斌

國家管網(wǎng)集團廣東省管網(wǎng)有限公司

摘要：廣東地區天然氣埋地管道因受高壓直流輸電（HVDC）接地極干擾，實(shí)施了分段絕緣、閥室接地網(wǎng)改造、鋅帶排流等綜合性防護措施，同時(shí)加密內外檢測頻次，加大管道外腐蝕缺陷及防腐層缺陷開(kāi)挖修復強度，通過(guò)綜合性防護措施，明顯緩解了管道受到高壓直流的干擾。

關(guān)鍵詞：高壓直流；接地極；干擾；效果評估

高壓直流輸電系統因故障出現單極大地回流方式時(shí)（接地極放電），會(huì )對周邊埋地油氣管道產(chǎn)生干擾，影響范圍之大、干擾程度之嚴重，遠超過(guò)地鐵、礦山采掘直流設備等雜散電流干擾。不僅對操作人員安全造成威脅，還可能導致管道穿孔、絕緣設施燒蝕密封失效、設備裝置損毀等現象發(fā)生。目前國內外尚無(wú)相應的標準規范可依。結合具體案例，采取合理的綜合防護措施控制管道安全風(fēng)險，可供有關(guān)方面參考借鑒。

1  干擾風(fēng)險

高壓直流輸電系統一般采用雙極運行模式，當輸電線(xiàn)路故障或檢修時(shí)，會(huì )采取單極運行模式，利用導線(xiàn)和大地構成直流側的單極回路，接地極放電排流時(shí)，入地電流可達幾千安培。持續的大電流不斷在大地內進(jìn)行擴散，從埋地金屬管道的絕緣破損點(diǎn)、犧牲陽(yáng)極等位置流入管道，在管道上產(chǎn)生極高的干擾電壓電流[1]，造成管道腐蝕、恒電位儀燒毀、閥室引壓管放電燒蝕等現象。

2  安全邊界

2.1  操作人員觸電的安全限值要求

管道與大地之間的接觸電壓應滿(mǎn)足人體安全電壓限值，一般情況下應小于35 V，特殊情況下可參考GB/T 3805―2008《特低電壓（ELV）限值》，跨步電壓限值滿(mǎn)足 Em =7.42+0.0318 ρs，且不大于50 V。

2.2  閥室引壓管、絕緣接頭電弧和燒蝕的安全條件

引壓管上、絕緣卡套兩側電壓差限制條件如下：

（1）小于4 V時(shí)，可不采取措施。

（2）4 V～10 V時(shí)，應保證閥室相鄰的引壓管間間距不小于10 mm。

（3）大于10 V時(shí)，應采取排流防護措施將引壓管上絕緣卡套兩側電壓差降至10 V之內。

2.3  陰保設備、電涌保護裝置損毀的安全條件

陰極保護設備、浪涌保護裝置不發(fā)生損毀，不影響正常工況下陰極保護的保護范圍，接地網(wǎng)不漏泄陰極保護電流。

3  案例分析

某管道沿線(xiàn)有7條高壓直流輸電線(xiàn)路、19處交叉并行，影響長(cháng)度約11 km。距離管道3.5 km ～80 km范圍內共有接地極 6 個(gè)。據測試，在地表土層薄、深層基本全為巖層的特殊土壤結構情況下，即使管道和直流接地極的垂直距離達100 km，管道仍然可能受到較大的干擾。

接地極放電時(shí)，在閥室不同電位金屬部件間形成高的電位差，易在距離小、絕緣薄弱的金屬部位放電，特別是絕緣卡套的內部，嚴重時(shí)可能導致卡套穿孔漏氣、著(zhù)火、甚至爆炸。某管道6#閥室曾發(fā)生絕緣卡套燒蝕穿孔漏氣事件。

根據現場(chǎng)測試，當±500 kV高壓直流輸電線(xiàn)路的翁源接地極以3200 A的電流放電時(shí)，管地通電電位高達304 VCSE（超出正常值的300倍），管道中流動(dòng)的干擾電流可達到上百安培，接地極放電期間的腐蝕速率可達到0.6 mm/d，受干擾管道的長(cháng)度可達上百千米（圖 1、圖 2）。

圖 1 接地極陽(yáng)極放電時(shí)管道受干擾模式

圖 2 接地極陰極放電時(shí)管道受干擾模式

4  防控措施

對以上管道實(shí)施了分段絕緣、閥室接地網(wǎng)改造、鋅帶排流等綜合性防護措施[2,3]，同時(shí)加密內外檢測頻次，加大管道外腐蝕缺陷及防腐層缺陷開(kāi)挖修復強度，保持高強度的日常檢查維護。檢測數據表明，腐蝕速率明顯減低。

4.1  管理措施

建立溝通協(xié)調機制，在接地極故障性放電排流前和排流后，電網(wǎng)方及時(shí)通報放電情況，管道方收到信息后第一時(shí)間向相關(guān)人員發(fā)送排流信息（圖 3）。

圖 3 歷年來(lái)接地極排流信息統計

嚴格遵守受高壓直流輸電影響管道作業(yè)管理規范，管道電位測量時(shí)必須穿戴個(gè)人勞保用品，做好個(gè)人安全防護工作，放電期間，暫停管道電位的測量、管道沿線(xiàn)本體施工等作業(yè)。

4.2  防治措施

（1）設立可控硅控制型自動(dòng)合閘保護裝置，閥室地網(wǎng)作為排流床，利用可控硅反應快、壽命長(cháng)、分合無(wú)火花等特點(diǎn)，通過(guò)設定觸發(fā)條件（管道電位和直流電流），從而實(shí)現排流目的。

（2）加設3處絕緣接頭，將原管段分為4段，采用分段隔離方式治理，減少故障大直流對整條管道線(xiàn)路的干擾影響。

（3）采用非對稱(chēng)型固態(tài)去耦合器（﹢0.5 /﹣3.5 v），閥室接地地網(wǎng)與鋅塊/鎂塊（線(xiàn)路陰保站補充鋅塊）相連，每間閥室沿圍墻鋪設50組犧牲陽(yáng)極，通過(guò)補充犧牲陽(yáng)極，減緩地網(wǎng)的腐蝕。

（4）增設大功率抗干擾的恒電位儀+陽(yáng)極地床改造，確保恒電位儀的正常輸出。

（5）對受干擾的管道共鋪設了154處鋅帶，長(cháng)度共49 km。通過(guò)鋅帶與管道直連，在發(fā)揮排流作用的同時(shí)起到犧牲陽(yáng)極作用。

（6） 結合內檢測結果、陰極保護有效性、雜散電流干擾情況，對受到高壓直流干擾的管道防腐層700余處破損點(diǎn)進(jìn)行修復。

4.3  監檢措施

（1）建立高壓直流接地極干擾智能監測系統，采用無(wú)線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )監測管地電位、交流電壓，當監測數據超過(guò)預警電位，提供聲光預警并發(fā)送短信通知，可實(shí)現±100 V、±300 V DC檢測量程，精度±0.5% r.d. +5 mV，AC量程可實(shí)現1.5至200 V，精度±0.5 V，定時(shí)檢測周期可達到分鐘級。

（2） 重點(diǎn)對環(huán)焊縫異常和外部金屬損失進(jìn)行開(kāi)挖驗證，掌握管道本體的腐蝕狀況。為了評價(jià)高壓直流接地極對管道的干擾情況，可縮短內檢測間隔周期，加密內檢測。

4.4  防控效果

經(jīng)過(guò)日常的跟蹤以及智能合閘裝置的運行參數顯示，高壓直流接地極排流期間，閥室/站場(chǎng)的管道電壓大大低于35 V。全線(xiàn)管道的腐蝕速率顯著(zhù)降低，腐蝕速率均滿(mǎn)足低于100 μm/a的緩解目標。

經(jīng)過(guò)對閥室地網(wǎng)的改造以及綜合的排流措施，目前閥室/站場(chǎng)的截斷閥的最薄弱的部分（卡套），絕緣卡套的兩側電壓差小于4 V，未出現絕緣卡套燒蝕和引壓管放電的現象。線(xiàn)路的恒電位儀和電位傳送器運行正常，未再出現因高壓直流而導致?lián)p壞跡象。

5  結論

（1）當沒(méi)有采取鋅帶和分段絕緣緩解措施時(shí)，高壓直流接地極入地電流與管道干擾電壓成正比例關(guān)系；當采取鋅帶防護措施時(shí)，鋅帶點(diǎn)位置的防護效果要明顯優(yōu)于未設置鋅帶的位置。這表明采取鋅帶的防護措施對整個(gè)干擾管道均有一定的緩解效果，多個(gè)鋅帶對管道可以起到綜合的緩解作用。隨著(zhù)鋅帶與管道距離的增大，管線(xiàn)整體電位緩解效果基本相同，但鋅帶敷設處管道電位有明顯變化，且距離管道越近緩解效果越明顯。實(shí)際工程中，為了能使鋅帶敷設段達到比較好的緩解效果（90%以上的緩解百分比），建議鋅帶距離管道不超過(guò) 3 m。

（2）采取綜合防護措施時(shí)，干擾管道流入段和流出段的排流措施會(huì )相互影響。當防護措施位置合理時(shí)，管道整體的干擾電位均會(huì )有明顯的抑制，防護措施流入流出的電流會(huì )減少干擾管道表面流入流出的電流。在防護措施位置不合理時(shí)，可能會(huì )增加其中一個(gè)干擾方向的管道干擾程度。

參考文獻：

[1]程明，張平.魚(yú)龍嶺接地極入地電流對西氣東輸二線(xiàn)埋地鋼質(zhì)管道的影響分析[J].天然氣與石油，2010(05)：25-26.

[2]秦潤之，杜艷霞.高壓直流輸電系統對埋地金屬管道的干擾研究現狀[J].腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2016(05)：264-265.

[3]周長(cháng)李，胡漢董.特高壓直流電流對埋地管道的干擾及防護措施分析[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2020，40(22)：43-45.

作者簡(jiǎn)介：馮德佳，1987年生，2011年畢業(yè)于廣東石油化工學(xué)院，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，主要從事管道的腐蝕控制等工作。聯(lián)系方式：13413300371，930414272@qq.com。