孟繁兴

国家管网集团东部储运公司管道保卫部

 

摘要： 通过现场测试与数值模拟计算方式，评估了拟建渔光互补光伏发电站对附近埋地原油管道可能造成的交直流杂散电流干扰。结果显示，光伏集电线路稳态运行时，对管道造成的交流杂散电流干扰和直流杂散电流干扰均未超出限值规定，可不采取防护措施。

关键词： 光伏发电；埋地管道；杂散电流；干扰评估

 

当前出现了大量高压/特高压输电线路、电气化铁路、光伏发电站等基础设施与埋地油气管道共用路由的情况，导致埋地管道受交直流杂散电流干扰越来越普遍[1-3]。目前国内尚无光伏发电系统杂散电流对管道干扰影响的评价标准，国外有个别标准针对光伏发电的杂散电流干扰影响提出了检测和防范措施要求[4]。

某渔光互补光伏发电站选址与仪征长岭原油管道赤洪支线（赤壁—洪湖）重叠，项目北区15#、17#、18#光伏方阵穿越赤洪支线， 3#集电线路与赤洪支线存在1处交叉，位于赤洪支线14#测试桩附近，交叉角度84°，详见图 1。

图 1 光伏电站方阵和集电线路与管道位置示意图

为了评估光伏电站对管道交流、直流杂散电流干扰风险，保障管线安全和光伏电站顺利启动，采用数值模拟技术对交流、直流干扰进行预测评估，并根据相关标准进行可行性防护方案探讨。

1  管道阴极保护系统现状

1.1  阴极保护系统测试评价

赤洪支线赤壁站和洪湖站各设置1套外加电流阴极保护系统，两站分别位于交叉穿越位置上游15 km、下游22 km，均采用恒电位模式运行，控制电位分别为﹣1200 mV（相对于CSE，下同）、﹣1300 mV，辅助阳极地床为浅埋高硅铸铁阳极，其接地电阻分别为4.0 Ω、1.4 Ω，采用万用表测得通电电位分别为﹣1190 mV、﹣1305 mV。

采用数据记录仪和便携式参比电极（CSE）对赤壁站出站、洪湖站进站绝缘接头进行检测，显示两处绝缘性能均良好。

采用密间隔电位法采集管道沿线断电电位（图 2），参考测试桩处土壤电阻率，进行阴极保护有效性评价。

图 2 赤洪支线管道CIPS检测结果

分析图 2可知，9#～10#桩、13#～14#桩，存在单点电位不达标现象。全线检测402处断电电位中3处不达标，达标率为99.25%。调整阴极保护电位输出后，3处断电电位达标。

1.2  直流杂散电流测试评价

对赤洪支线9#～19#共计11个测试桩进行了直流杂散电流检测，结果如表 1所示。可以看出，该段管道通电电位在﹣1.477 V～﹣0.827 V波动，断电电位在﹣1.103 V～﹣0.866 V波动，通电电位波动幅度较小，受直流杂散电流干扰较弱。测试桩处最正保护电位均负于﹣0.85 V，根据GB/T 21448―2017《埋地钢质管道阴极保护技术规范》要求，管道处于有效保护状态。

表 1 通电电位和断电电位检测数据

1.3  交流杂散电流测试评价

如表 2所示，分析9#～18#测试桩处交流电压和交流电流密度，交流电压最大值均小于15 V，交流电流密度平均值均小于30 A/m²，根据GB/T 50698―2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》评价，其交流干扰程度判定为“弱”。

表 2 交流电压和交流电流密度检测结果

2  评价准则与模型建立

2.1  干扰评价指标确定

（1）交流干扰评价指标。光伏发电系统稳态运行时对管线造成的交流危害之一是管道对地电压升高，附近有施工、检测或维修人员触碰到管线裸露位置会发生触电，给人员生命安全带来威胁。为了保证人身安全，选择15 V电压作为评价限值。

危害之二是电磁耦合造成管道对地产生交流电压，管道内部产生交流杂散电流，电流由破损点流入附近土壤时管道会发生腐蚀。ISO 18086-2019《Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria.》规定，在代表性时间段内、1 cm²试片或探针上测得的交流电流密度应低于30 A/m²，以此作为交流电流密度评价限值。

（2）直流干扰评价指标。直流干扰对管道造成的主要危害为导致管道阴极保护电位无法满足要求，影响管道阴极保护效果。根据GB 50991―2014《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》规定，当存在直流电流入地时，管道极化电位应满足﹣0.85 V～﹣1.2 V。

2.2  建模参数及模型绘制

赤洪支线管径406 mm，壁厚6.4/10.3 mm，材质为L415，双层熔结环氧粉末防腐层，穿越光伏电站北区，交叉区间无交流排流地床、无牺牲阳极。两座阴保站运行参数见表 3。

表 3 赤洪支线阴保系统运行参数

光伏电站沿道路铺设光伏场接地网，所有电器设备采用就近接地。接地体采用60 mm×6 mm覆铜扁钢，垂直接地极采用直径60 mm、长2.5 m钢管，水平接地体和垂直接地极顶部埋设于水塘周围田埂1 m以下。基于以上基础数据，模拟绘制几何模型如图 3所示。

图 3 光伏电站集输电缆与管道阴保系统几何模型

3  干扰预测及评价

3.1  交流干扰评估

GB/T 15543―2008《电能质量 三相电压不平衡》规定，电网正常运行时，长时电压不平衡度不超过2%，短时不得超过4%。日常运行中电网调度单位将该值控制在2%以内。不平衡度的变化将直接影响输电线路对埋地金属管线的电磁感应大小，由于目前该数据缺失，本次将计算不同不平衡度下管道受干扰情况。不平衡度为0%～2%条件下管道沿线干扰电压计算结果见表 4。可以看出，随着不平衡相、不平衡度发生变化管道沿线干扰电压分布趋势基本不变，但均表现为随不平衡度逐渐增大，干扰逐渐增强。当A相不平衡度2%时出现最大交流干扰电压为106 mV，最大交流电流密度为1.46 A/m²，如图 4所示。结果表明，输电线路稳态运行时集电线路对管道造成的交流杂散电流干扰未超出限值要求，可不采取防护措施。

表 4 集电线路不同三相不平衡度时交流干扰计算结果

图 4 不同不平衡度干扰电压和电流密度计算结果

3.2  直流干扰评估

根据设计资料及相关标准，光伏电站正常运行情况下组件对地泄漏总电流设置为8.02 A。光伏发电板与赤洪支线最小间距为5 m。考虑最保守的评估条件，直流泄漏电流均从距离最近光伏板流入、流出大地，此时管道通电电位设置为﹣1.2 V。管道电位分布如图 5所示，此时靠近该光伏板位置电流从大地流入管道，管道电位负向偏移；远离该光伏板位置电流从管道流入大地，管道电位正向偏移，为阳极干扰。通电电位﹣1.186 V～﹣1.413 V，最正偏移量为14 mV，最负偏移量为213 mV。参考现场监测数据（通电电位﹣0.732 V～﹣1.477 V，断电电位﹣0.866 V～﹣1.114 V），判断该直流干扰状态下管道阴极保护电位均能满足标准要求。

图 5 距离最近光伏板电流从接地流入大地示意图

反之，当直流电流从远离管道位置流入大地，从距离管道最近光伏板接地回流时，管道电位分布如图 6所示。此时，管道电位负向偏移，为阴极干扰。通电电位在﹣0.986 V～﹣1.213 V，电位最正偏移量为214 mV，最负偏移量为13 mV。参考现场监测数据（通电电位在﹣0.732 V～﹣1.477 V，断电电位在﹣0.866 V～﹣1.114 V），判断该直流干扰状态下管道阴极保护电位均能满足标准要求。

图 6 距离最近光伏板电流从大地回流至接地示意图

结果表明，光伏电站稳态运行时对管道造成的直流杂散电流干扰未超出标准规定的限值要求，可不采取防护措施。

4  结语

赤洪支线管道目前受到交直流杂散电流干扰较弱，测试桩处最小保护电位均负于﹣0.85 V，处于有效保护状态。预测光伏电站投运、集电线路稳态运行时，最大交流干扰电压为106 mV，最大交流电流密度为1.46 A/m²，未超出标准规定的限值要求。管道受阳极干扰和阴极干扰时，通电电位分别为﹣1.186 V～﹣1.413 V、﹣0.986 V ～﹣1.213 V，直流杂散电流干扰未超出标准规定的限值要求，交直流干扰可不采取防护措施。

目前我国光伏发电工程处于蓬勃发展阶段，其对埋地油气管道的影响将逐渐显现。有必要在项目建设期就对潜在的干扰问题进行评估并采取适当的干扰防护措施。光伏电站投产后，应及时开展管道交流干扰和直流干扰的复测核实，在管道潜在受干扰位置安装电位自动采集装置，定期检测其对地绝缘电阻以及直流电流的泄漏量，避免和减少对管道造成干扰影响。

 

参考文献：

[1]李晓龙，王政骁，罗艳龙，李长春，何仁洋.埋地钢质管道交流杂散电流干扰研究现状[J].材料保护，2022，55(08)：158-165.

[2]郭勇，王港.埋地管道交流杂散电流干扰的防护[J].石油和化工设备，2016，19(11)：81-83.

[3]李晓龙，杨绪运，李长春，罗艳龙，何仁洋.埋地钢质管道直流杂散电流干扰研究综述[J].中国特种设备安全，2023，39(02)：4-11.

[4]ISO 18086-2019 Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria[S].

作者简介：孟繁兴，1989年生，本科，高级工程师，主要从事管道腐蚀防护工作。联系方式：18552920513，meng8668@163.com。