王革 许明忠 谭春波 向敏 夏祝福

广东省天然气管网有限公司

摘要：开展了高压直流输电系统对管道干扰的机理、成因、危害及防治措施的深入研究。选取典型管段进行缓解措施试验，达到了预期目标。在国内首次提出了高压直流输电系统接地极对管道干扰缓解措施及方案。

关键词：高压直流输电系统；直流干扰；放电烧蚀；绝缘卡套；管道安全

2013年12月24日，广东省天然气管网有限公司（以下简称省管网公司）从化分输站气液联动球阀LineGuard控制箱引压管绝缘卡套发生放电烧蚀，受到业界高度关注。通过调查分析，发现高压直流输电系统接地极对埋地输气管道存在严重干扰。为此，开展了对管道干扰的机理，成因，危害及防治措施的深入研究，并选取典型管段进行了缓解措施试验。

1  干扰问题发现

经现场调查，引压管绝缘卡套颜色发黑，上方引压管也有发黑的印记，离绝缘卡套左侧约5 cm位置的塑料管卡下端被完全熔化，右侧约18 cm处的塑料管卡下端也有熔化现象（图1）。从化分输站气液联动阀1#和2#绝缘卡套发生了高温熔化（图2 ）。1#绝缘卡套两端熔化黏结在一起，卡套内聚酰胺—酰亚胺绝缘件已熔化。两个绝缘卡套切割开后，发现内部均有明显的烧蚀现象（图3、图4）。

图1 从化分输站发生烧蚀现场

图 2烧蚀的绝缘卡套位置示意

图3  1#绝缘卡套烧蚀情况

图4  2#绝缘卡套烧蚀情况

调取该阀门附近的监控视频发现，从化分输站越站气液联动球阀执行机构于12月24日晚上18:30分开始出现亮点，亮度在5 min内逐步达到最亮（图5），直至该晚22:00，亮点逐渐熄灭。

图5  监控视频发现气液联动阀发光点

此时间点与南方电网的贵广Ⅱ回直流输电系统（鱼龙岭接地极）12月24日出现故障，采取单极大地返回方式运行时间点一致。此次贵广Ⅱ回直流输电系统采用单极大地回路运行时，鱼龙岭接地极将3 125 A直流电流泄放，省管网公司的管道距离鱼龙岭接地极垂直距离较近，接地极放电从化分输站位置管道电位正向偏移（图6），从化分输站绝缘卡套的一端与管道电连接，另一端与接地网电连接，造成绝缘卡套两端存在很大电压差，同时由于这两个绝缘卡套绝缘性能下降，造成绝缘卡套发生了放电烧蚀熔化事件。

图6 直流输电线路单极运行时造成的管道干扰示意

2  干扰问题研究

省管网公司进一步排查发现，高压直流输电系统放电对管网造成了以下危害：①高压直流输电系统接地极放电时，线路恒电位仪无法正常运行，并且烧毁了恒电位仪部分元件（图7）。②烧毁牺牲阳极位置的干线测试桩（图8）。③烧毁多个站场绝缘接头位置的等电位连接器（图9）。④部分阀室的引压管之间及指示器信号线接地套管与阀体接触发生放电烧蚀（图10）。⑤管道防腐层破损点处发生腐蚀（图11）。

图7 恒电位仪元件烧毁         图8干线测试桩烧毁

图9等电位连接器烧毁        图10接地套管与阀体接触放电烧蚀

图11 管道防腐层破损点处腐蚀

鱼龙岭接地极边缘距离管道垂直距离为2.3千米（图12）。接地极放电时会对管道造成阴极和阳极干扰，干扰规律见图13。接地极阳极干扰时，靠近接地极段的管道吸收杂散电流，管道电位负向偏移，远离接地极段的管道排放电流，管道电位正向偏移。接地极阴极干扰时，靠近接地极的管道排放电流，管道电位正向偏移，远离接地极段的管道吸收杂散电流，管道电位负向偏移。

图12 鱼龙岭接地极与管道相对位置示意图

图13 高压直流输电系统接地极干扰规律示意

通过安装HVDC电位远程监测系统和采用数值模拟软件对高压直流干扰进行模拟计算，受干扰最严重的管段为省管网一期管道的鳌头首站至石角阀室段、鳌头首站至广州分输站段。管道受干扰时的电位能达到100 V以上（图14），远超过人体和设备的安全电压。阀室引压管之间、绝缘卡套两端和站场绝缘接头位置存在几十伏的电压差，引压管之间和绝缘卡套存在重大的放电烧蚀风险。

图14  管道受高压直流输电系统接地极干扰电位分布

高压直流输电系统接地极对管道干扰危害主要表现在以下几个方面：①造成管道电位严重偏移，存在人身和设备安全风险。②杂散电流流入管道位置，存在防腐层剥离和管道氢脆开裂的风险。③杂散电流流出管道位置，存在管道防腐层破损点处管体腐蚀风险。④杂散电流在管道中流动，影响设备的可靠性和天然气站场及阀室防爆安全。

经文献检索，目前国内外还没有此类型杂散电流干扰缓解措施的可参考案例。研究结果显示，如果将电流干扰影响缓解至当前标准要求范围内，经济代价高，实施难度大。本次研究虽提出了多个缓解目标和缓解措施，但受认识和技术水平的限制，还没有一种缓解措施能够完全消除高压直流干扰对管道造成的风险。

3 应急防护措施

（1）将处于干线阴保系统保护的气液联动球阀进行接地，使阀体与Line Guard控制箱和阀位指示器之间形成等电位。

（2）将站场绝缘接头位置的等电位连接器更换为固态去耦合器，将站内外跨接，防止大电流排放时产生电位差。

（3）开挖鳌广干线牺牲阳极和靠近鱼龙岭接地极附近的锌带地床，查看牺牲阳极腐蚀情况，对检测发现的防腐层破损点及时修复。

（4）加强恒电位仪的操作培训及管理，优化恒电位仪操作流程，指导现场人员进行相关处理步骤。在南方电网接地极泄流期间，严密监视恒电位仪输出，当出现电位故障报警时，切换至恒流状态，恒电流状态下输出电流超过额定输出时，拆除零位接阴及阴极电缆。

（5）实施阴保数据智能化采集，沿线安装电位采集仪，实时监控管段受干扰情况。

（6）与南方电网建立联络机制，计划检修及故障放电时及时通知公司采取安全防范措施，同时相应减少接地极泄流次数、降低接地极泄流大小和缩短接地极泄流时间。

（7）现场增加安全警示标识，对管道测试桩喷涂“有电危险”安全标识，防止公众误触管道测试桩发生触电。

（8）进一步研究高压直流干扰缓解措施。

4 缓解措施应用研究

选取受干扰严重的鳌头首站至广州分输站作为试验段，在受干扰严重区域设置ER腐蚀速率探头监测管道腐蚀程度，研究不同缓解措施的缓解效果。

试验段缓解目标确定为：①受干扰时的管道电位控制在人体安全电压±35 V以内。②管道腐蚀速率控制在NACE RP0775－2005要求的0.0254 mm/a以下。③消除站场绝缘接头两端的电压差。

研究了3种缓解措施：①在试验段鳌头首站和广州分输站分别安装大功率智能双向强制排流系统。②绝缘接头位置安装±4 V直流排流器。③在管段敷设9处共计1.8 km锌带。结果表明，综合采取多种缓解措施后，试验段管道受高压直流干扰电位控制在±35 V（图15），管道的腐蚀速率控制在0.0254 mm/a（图16）。

■为缓解前；●为缓解后

图15  采取措施前后试验段管道电位

图16 采取措施前后试验段管道的腐蚀速率

2016－2017年，试验段研究成果应用于受接地极干扰严重的鳌头首站至石角阀室管段，水平敷设3.93 km锌带和25口深井阳极（每口井安装20 m锌带）。通过测试发现，受高压直流干扰电位控制在在±35 V内，管道腐蚀速率小于0.0 254 mm/a，缓解效果达到预期目标。

5 结束语

从化分输站绝缘卡套放电烧蚀事件，是国内首次发现高压直流输电系统接地极对埋地输气管道的严重干扰。经分析研究，掌握了高压直流输电系统接地极干扰对管网造成的危害。在国内首次实施高压直流干扰缓解措施，消除了对管道的安全风险，达到了预期目标。

作者：王革，男，1968年生，现任广东省天然气管网有限公司总经理。

《管道保护》2018年第3期（总第40期）