趙海陽

北京安科腐蝕技術(shù)有限公司

在公共走廊內(nèi)，高壓交流輸電線路和油氣管道交叉或并行帶來的交流干擾問題影響管道運行安全。高壓輸電線路正常運行和發(fā)生故障時，會在周圍的空氣和土壤中產(chǎn)生感應(yīng)電場。這些感應(yīng)干擾會對周圍的金屬物體甚至附近可接觸金屬的人造成電擊傷害，引起一定危險。過高的管道涂層電壓會使管道涂層性能劣化甚至擊穿，導(dǎo)致管道可能發(fā)生腐蝕或損壞絕緣法蘭及整流設(shè)備等風(fēng)險。為消除由此帶來的各類風(fēng)險，需要采取有效的緩解措施，將交流干擾風(fēng)險等級降至可接受水平。

本文選取典型高壓交流輸電線路與油氣管道交叉且并行的實際案例，介紹交流干擾影響的數(shù)值模擬計算評估流程，并根據(jù)評估結(jié)果，提出合理化干擾緩解措施，以此來降低干擾導(dǎo)致的各類風(fēng)險。

1  交流干擾評估流程

高壓輸電系統(tǒng)對油氣管道交流干擾評估的主要內(nèi)容包括：評估資料收集整理、現(xiàn)場調(diào)研測試、構(gòu)建計算模型、干擾強度預(yù)測、干擾安全評估及評估結(jié)果評審。

（1）評估資料收集。主要涉及輸電線路及桿塔資料、管道及附屬設(shè)施資料和管道敷設(shè)土壤及周圍環(huán)境資料，以此作為構(gòu)建計算模型的基礎(chǔ)。

（2）現(xiàn)場調(diào)研測試。主要涉及管道沿線分層土壤電阻率測試、管道現(xiàn)有交流干擾水平測試、管道現(xiàn)有緩解措施檢測評估和管道沿線敷設(shè)環(huán)境調(diào)研，用以對數(shù)值模擬計算模型的優(yōu)化。

（3）構(gòu)建計算模型。根據(jù)評估資料收集和現(xiàn)場調(diào)研測試數(shù)據(jù)，構(gòu)建準確評估模型，確保計算模型與現(xiàn)場實際相符合。

（4）干擾強度預(yù)測。主要涉及高壓交流輸電線路正常運行、單相對地故障及桿塔遭雷擊工況下管道沿線干擾強度的預(yù)測，預(yù)測結(jié)果涉及交流干擾電壓、交流電流密度、涂層耐受電壓、地面可接觸金屬結(jié)構(gòu)物接觸電壓結(jié)果。

（5）干擾安全評估。根據(jù)干擾強度預(yù)測階段獲得的結(jié)果，依據(jù)相應(yīng)標準規(guī)范，劃分風(fēng)險等級，對超出安全限值要求的結(jié)果，進行緩解措施設(shè)計。

（6）評估結(jié)果評審。根據(jù)上述評估過程及結(jié)果，編制干擾評估報告，邀請行業(yè)內(nèi)專家對評估報告進行評審，以此確定評估結(jié)果準確性及干擾緩解措施可實施性。

2  干擾評估案例介紹

廣東某新建220 kV輸電線路與某天然氣管道（管道外徑914 mm，壁厚17.5 mm，防腐層為3PE，防腐層厚度4.0 mm，管道埋深2 m）和對側(cè)已建220 kV輸電線路之間并行約2.5 km，新建輸電線在N11塔附近與天然氣管道存在1處小角度（6.53°）交叉，非常有必要全面整體地開展管道受高壓輸電線工程的電磁干擾安全評估。

（1）根據(jù)上述交流干擾評估流程，本項目評估結(jié)果：①基于管道沿線的土壤電阻率測量數(shù)據(jù)，確定電氣等效兩層土壤模型，表層至0.69 m深處土壤電阻率為79 Ω·m，下層（0.69 m以下）土壤電阻率為19.35 Ω·m；②輸電線路在不同運行工況下對油氣管道的干擾評估結(jié)果見表 1。由表 1干擾評估結(jié)果可知，在新建輸電線路或同時考慮已建輸電線路穩(wěn)態(tài)工況下，流過1 cm²缺陷破損點的最大交流電流密度數(shù)值均超過安全限值30 A/m²，存在管體腐蝕風(fēng)險，需要采取緩解措施；在新建輸電線路甲線和乙線分別發(fā)生單相對地故障工況下，管道沿線地面可接觸金屬結(jié)構(gòu)物接觸電壓均超過安全限值341.1 V，存在人身安全風(fēng)險，需采取緩解措施。

表 1 輸電線路不同工況下的管道干擾評估結(jié)果統(tǒng)計

（2）緩解方案制定。針對管道上存在的交流腐蝕潛在風(fēng)險，開展防護措施設(shè)計。防護措施采用管道沿線并行敷設(shè)水平鋅帶地床+固態(tài)去耦合器的方式。計算模型中，鋅帶半徑（含填包料）選取0.1 m，與管道并行敷設(shè)，埋深2 m。

利用同樣的計算模型通過不斷調(diào)整管道沿線水平鋅帶的敷設(shè)長度及布置位置，得到防護方案：共需設(shè)置鋅帶排流點4處，鋅帶總長度710 m，可實現(xiàn)：①被評估管道全線的最大管道對地交流電壓降至2.52 V，滿足GB 50698―2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護技術(shù)標準》標準第6.2.2節(jié)中的規(guī)定：“在土壤電阻率≤25 Ω·m的地方，應(yīng)將管道交流干擾電壓有效緩解至低于4 VAC”；②流過1 cm²缺陷破損點的最大交流電流密度降至29.38 A/m²，低于30 A/m²，按照GB 50698標準評估其交流干擾程度為“弱”；③在新建220 kV架空輸電線路甲線典型桿塔位置（N8-N13）分別發(fā)生單相對地故障時，管道沿線的接觸電壓最大值為276.9 V，滿足依據(jù)GBT 50065標準計算得到的人身安全限值341.1 V的安全要求；③在新建220 kV架空輸電線路乙線典型桿塔位置（N8-N13）分別發(fā)生單相對地故障時，管道沿線的接觸電壓最大值為269.2 V，滿足依據(jù)GBT 50065標準計算得到的人身安全限值341.1 V的安全要求。

需要說明的是，新建220 kV輸電線路運行后，管道的交流干擾實際情況是新建和已建兩條輸電線路共同作用，在本項目進行緩解設(shè)計時，考慮兩條輸電線路對油氣管道的干擾影響進行的綜合防護設(shè)計。

（3）實施緩解措施后效果。新建220 kV輸電線路投產(chǎn)運行，現(xiàn)場安裝智能測試樁對油氣管道交流干擾情況進行監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，管道交流干擾電壓最大值為0.57 V，小于預(yù)測值2.52 V；交流電流密度最大值為12.82 A/m²，小于預(yù)測值29.38 A/m²，說明緩解方案符合預(yù)期。

3  緩解措施建議

目前，“固態(tài)去耦合器+裸金屬排流地床”的交流干擾緩解方式是管道行業(yè)普遍應(yīng)用且技術(shù)成熟的緩解手段，在工程實際應(yīng)用中仍需注意以下幾點。

（1）固態(tài)去耦合器的型號選擇。對于交流干擾緩解，市場上合格產(chǎn)品均能做到有效緩解并取得良好緩解效果，針對緩解點位管道僅存在交流干擾時，此時固態(tài)去耦合器選擇直流鉗位范圍為±2 V型號即可滿足緩解要求，但對于緩解點位存在交直流混合干擾，此時固態(tài)去耦合器需選擇非對稱型直流鉗位區(qū)間型號，例如﹢0.5 V/﹣4.5 V（負向鉗位值可定制），用以應(yīng)對交直流混合干擾的緩解。

（2）排流地床方式。當(dāng)前常見排流地床方式有單邊敷設(shè)、雙邊敷設(shè)及深井敷設(shè)等，無論選擇上述哪種排流地床，都需要考慮現(xiàn)場敷設(shè)可實施性及經(jīng)濟性原則，以最小的代價實現(xiàn)緩解目標。

（3）裸金屬排流地床材料的選擇。結(jié)合行業(yè)實踐經(jīng)驗，建議在裸金屬排流地床材料選擇時，盡量選擇電位較活潑的鋅帶及棒狀或塊狀犧牲陽極，同時在高土壤電阻率環(huán)境中敷設(shè)排流地床時，選擇足量犧牲陽極填包料敷設(shè)，以降低接觸電阻延長壽命。

（4）受限于輸電線路故障和雷擊桿塔工況持續(xù)時間短暫，目前尚無切實有效方式可監(jiān)測到此時接觸電壓、涂層耐受電壓數(shù)據(jù)，建議在條件允許的情況下，電網(wǎng)方與管道方密切配合，來進行此項參數(shù)測量，以此對緩解效果進行校驗。

（根據(jù)作者在2023年5月31日油氣管道和輸電線路安全保護研討班上的發(fā)言整理）

作者簡介：趙海陽，1988年生，工程師，北京安科腐蝕技術(shù)有限公司項目部經(jīng)理，主要從事管道陰極保護系統(tǒng)檢測評估、雜散電流干擾檢測評估及隱患治理方面工作。聯(lián)系方式：18963642332，zhaohy@ancorr.cn。