孫少輝 凌艷 孫巖 李磊

北京天然氣管道有限公司河北輸氣管理處

摘  要：固態(tài)去耦合器在交流排流中主要起“隔直通交”作用。通過測試天然氣管道上已有排流點(diǎn)的排流參數(shù)，分析影響固態(tài)去耦合器“隔直通交”指標(biāo)。結(jié)果表明，交流阻抗是固態(tài)去耦合器的一個(gè)重要指標(biāo)，交流阻抗較大時(shí)會(huì)影響排流效果。固態(tài)去耦合器的額定隔離電壓為非對稱型時(shí)，交流阻抗較大造成其兩端的交流電壓差，會(huì)發(fā)生整流效應(yīng)，使得管道電位偏負(fù)。

關(guān)鍵詞：固態(tài)去耦合器；交流干擾；交流阻抗；管道

由于地理位置的限制，油氣管道與電力線路和電氣化鐵路的設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中都會(huì)采取路徑“擇優(yōu)原則”，使得相關(guān)線性工程在“公共走廊”中發(fā)生小間距、長距離并行或交叉，加重了埋地管道面臨的交流干擾問題，影響到管道及其相關(guān)設(shè)備的安全以及工作人員的人身安全。固態(tài)去耦合器在交流排流中主要起“隔直通交”作用，但是部分廠家的產(chǎn)品無法完全發(fā)揮作用，這類設(shè)備安裝在管道上會(huì)對陰極保護(hù)電位造成影響。某天然氣管線有交流排流點(diǎn)6處，排流措施為固態(tài)去耦合器+排流地床，筆者通過測試6處排流點(diǎn)固態(tài)去耦合器的各項(xiàng)參數(shù)，對比分析不同排流性能，分析對管道電位造成影響的原因。

1 固態(tài)去耦合器工作原理

固態(tài)去耦合器主要由電容、二極管（或者晶閘管）以及浪涌保護(hù)裝置并聯(lián)組成。其中電容元件用來導(dǎo)通交流電流；二極管（或者晶閘管）用于控制固態(tài)去耦合器兩端的直流電壓差，在二極管（或者晶閘管）的閾值范圍內(nèi)，直流不導(dǎo)通，在兩端電壓差超過閾值范圍后，二極管（或者晶閘管）導(dǎo)通；浪涌保護(hù)裝置用于導(dǎo)通故障電流或者雷擊電流，防止電容和二極管（晶閘管）受故障或者雷擊電流的影響。不同廠家固態(tài)去耦合器的參數(shù)如表 1所示，其中額定隔離電壓指固態(tài)去耦合器兩端電壓差。在此范圍內(nèi)，導(dǎo)通的直流電流小于規(guī)定的1 mA。如額定隔離電壓為﹣3 V/+1 V，表示兩端的電壓差在﹣3 V～+1 V范圍內(nèi)，導(dǎo)通的直流電流小于1 mA；兩端電壓差小于﹣3 V和大于+1 V時(shí)，導(dǎo)通的直流電流大于1 mA。

固態(tài)去耦合器用于交流排流時(shí)，將其一端接管道，一端接排流地床，如圖 1所示。管道存在交流干擾時(shí)，會(huì)通過固態(tài)去耦合器和排流地床流入大地，降低管道的交流干擾電壓，使其在隔離電壓范圍內(nèi)，保證管道和排流地床的直流隔離。

2 測試結(jié)果與分析

分別測試6處排流地床連接前后管道和固態(tài)去耦合器的運(yùn)行參數(shù)，對比分析2家產(chǎn)品的性能差異和其對管道的電位影響。

圖 2和圖 3分別為排流前后管道的交流電壓和通過固態(tài)去耦合器的穩(wěn)態(tài)交流電流值，其中1#、 2#和3#采用產(chǎn)品1， 4#、 5#和6#采用產(chǎn)品2。由圖 2可以看出， 6處排流點(diǎn)的交流電壓均降低明顯，降低率均大于70%，排流后的交流電壓均降到15 V以內(nèi)，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全電壓限值。由圖 3可以看出， 6處排流點(diǎn)的交流排流量在1.3 A～12.3 A，通過固態(tài)去耦合器的交流電流量均滿足表 1的穩(wěn)態(tài)交流電流值的規(guī)定，表明交流排流效果均較好， 2家產(chǎn)品均能滿足交流排流的需求。

圖 4為固態(tài)去耦合器的直流漏流量的最大值、最小值和平均值，測試結(jié)果顯示，產(chǎn)品1的直流漏流量在﹣7 mA～+19 mA（正值表示電流通過排流地床流出），產(chǎn)品2的直流漏流量在﹣3 mA～+720 mA，其中5#和6#排流點(diǎn)通過的直流漏流量大。圖 5為固態(tài)去耦合器兩端的直流電壓差，可以看出， 6處直流電壓差均在規(guī)定的隔離電壓范圍內(nèi)（﹣3 V～+0.3 V），但是2家產(chǎn)品的直流漏流量均大于規(guī)定的參數(shù)（大于1 mA）。

對比排流前后管道電位可以看出（圖 6），1#～4#排流點(diǎn)排流前后管地電位變化不大，表明有較 小直流電流通過固態(tài)去耦合器時(shí)，對管道電位影響不明顯。 5#和6#排流點(diǎn)排流后管道電位負(fù)向偏移明顯，分別負(fù)向偏移了0.50 V和0.98 V，表明固態(tài)去耦合器連接后，有直流電流流入管道表面，造成管地電位變負(fù)。直流漏流量的測試結(jié)果顯示， 5#和6#排流點(diǎn)直流漏流量大，有電流通過排流地床流出，分析管道電位變負(fù)時(shí)由于排流地床的流出電流，通過土壤流回管道的表面，造成管地電位變負(fù)，直流電流流動(dòng)方向如圖 7所示。

固態(tài)去耦合器兩端的交流電壓差測試結(jié)果顯示（圖 8）， 5#和6#固態(tài)去耦合器兩端的交流電壓差較大，分別達(dá)到了1.25 V和1.77 V。產(chǎn)品2的隔離電壓分別為﹣3 V/+0.3 V，表明內(nèi)部的二極管組為非對稱型（圖 9）。在固態(tài)去耦合器通過交流電流時(shí)，交流電流優(yōu)先通過電容，當(dāng)交流電流較大時(shí)，電容兩端存在交流電壓差，二極管組與電容并聯(lián)，因此二極管組兩端也存在交流電壓差， 5#和6#固態(tài)去耦合器兩端的交流電壓差，即為電容和二極管組兩端的交流電壓差。二極管組為非對稱型，正方向二極管組的導(dǎo)通電壓為0.3 V（圖 9中1個(gè)二極管表示的方向），負(fù)方向二極管組的導(dǎo)通電壓為﹣3.0 V（圖 9中多個(gè)二極管表示的方向），在二極管組兩端存在交流電壓差時(shí)，交流電流為正弦波形式，以5#排流點(diǎn)為例，在交流電流波動(dòng)到正半波時(shí)，固態(tài)去耦合器兩端的電壓差能達(dá)到+1.25 V，大于正方向二極管組的導(dǎo)通電壓（+0.3 V），電流通過正向二極管導(dǎo)通，在交流電流波動(dòng)到負(fù)半波時(shí)，固態(tài)去耦合器兩端的電壓差能達(dá)到﹣1.25 V，仍小于向二極管組的負(fù)向?qū)�通電壓（�? V）值，電流無法導(dǎo)通，二極管兩端的交流電壓差造成固態(tài)去耦合器交流電流正半波導(dǎo)通，負(fù)半波不導(dǎo)通，形成整流效應(yīng)，將整流的直流電流施加在排流地床和管道之間，形成如圖 7的直流電流，造成管道電位變負(fù)。當(dāng)固態(tài)去耦合器兩端交流電壓差較小時(shí)，二極管組不導(dǎo)通，不會(huì)產(chǎn)生整流的直流電流，如排流點(diǎn)1#～3#。

固態(tài)去耦合器兩端的交流電壓差是由通過的交流和其交流阻抗決定。排流量大和交流阻抗較大時(shí)，都會(huì)造成其兩端的交流電壓差大。圖 10為各個(gè)排流點(diǎn)的固態(tài)去耦合器交流阻抗測試結(jié)果，可以看出產(chǎn)品2的交流阻抗遠(yuǎn)大于產(chǎn)品1， 6#排流點(diǎn)交流阻抗達(dá)到 0.37 Ω，如排流點(diǎn)的電流達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)稱的80 A時(shí)，固態(tài)去耦合器兩端的交流電壓差將達(dá)到29.6 V，在影響管地電位的同時(shí)，也將影響排流點(diǎn)的排流效果，因此在排流量較大時(shí)，固態(tài)去耦合器的交流阻抗直接影響排流效果。

3 結(jié)論

交流阻抗是固態(tài)去耦合器的一個(gè)重要指標(biāo)，當(dāng)交流阻抗較大時(shí)，在交流排流電流較大狀態(tài)下，會(huì)在固態(tài)去耦合器兩端殘留較大交流電壓差，影響交流排流效果。在固態(tài)去耦合器的額定隔離電壓為不對稱時(shí)，交流電壓差會(huì)施加在固態(tài)去耦合器的二極管組兩端，造成二極管組發(fā)生整流效應(yīng)，通過排流地床流出電流，流入管道表面，造成管地電位偏負(fù)，使得固態(tài)去耦合器無法起到“隔直通交”的作用。在固態(tài)去耦合器通過的直流漏流量較小時(shí)，雖然超過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的直流泄漏電流值，但是對管道電位的影響較小。

作者簡介：孫少輝， 1977年生，工程師，北京天然氣管道秦皇島作業(yè)區(qū)主任，從事油氣儲(chǔ)運(yùn)工作22年，現(xiàn)主要從事作業(yè)區(qū)及管道管理工作。通 訊 作 者 ： 李 磊 ， 1 9 8 6 年生，工程師，從事油氣管道本體防護(hù)工作。聯(lián)系方式：13720991915， lilei287mail@qq.com。