冯德佳 丁小军 胡贵斌

国家管网集团广东省管网有限公司

 

摘要：广东地区天然气埋地管道因受高压直流输电（HVDC）接地极干扰，实施了分段绝缘、阀室接地网改造、锌带排流等综合性防护措施，同时加密内外检测频次，加大管道外腐蚀缺陷及防腐层缺陷开挖修复强度，通过综合性防护措施，明显缓解了管道受到高压直流的干扰。

关键词：高压直流；接地极；干扰；效果评估

 

高压直流输电系统因故障出现单极大地回流方式时（接地极放电），会对周边埋地油气管道产生干扰，影响范围之大、干扰程度之严重，远超过地铁、矿山采掘直流设备等杂散电流干扰。不仅对操作人员安全造成威胁，还可能导致管道穿孔、绝缘设施烧蚀密封失效、设备装置损毁等现象发生。目前国内外尚无相应的标准规范可依。结合具体案例，采取合理的综合防护措施控制管道安全风险，可供有关方面参考借鉴。

1  干扰风险

高压直流输电系统一般采用双极运行模式，当输电线路故障或检修时，会采取单极运行模式，利用导线和大地构成直流侧的单极回路，接地极放电排流时，入地电流可达几千安培。持续的大电流不断在大地内进行扩散，从埋地金属管道的绝缘破损点、牺牲阳极等位置流入管道，在管道上产生极高的干扰电压电流[1]，造成管道腐蚀、恒电位仪烧毁、阀室引压管放电烧蚀等现象。

2  安全边界

2.1  操作人员触电的安全限值要求

管道与大地之间的接触电压应满足人体安全电压限值，一般情况下应小于35 V，特殊情况下可参考GB/T 3805―2008《特低电压（ELV）限值》，跨步电压限值满足 Em =7.42+0.0318 ρs，且不大于50 V。

2.2  阀室引压管、绝缘接头电弧和烧蚀的安全条件

引压管上、绝缘卡套两侧电压差限制条件如下：

（1）小于4 V时，可不采取措施。

（2）4 V～10 V时，应保证阀室相邻的引压管间间距不小于10 mm。

（3）大于10 V时，应采取排流防护措施将引压管上绝缘卡套两侧电压差降至10 V之内。

2.3  阴保设备、电涌保护装置损毁的安全条件

阴极保护设备、浪涌保护装置不发生损毁，不影响正常工况下阴极保护的保护范围，接地网不漏泄阴极保护电流。

3  案例分析

某管道沿线有7条高压直流输电线路、19处交叉并行，影响长度约11 km。距离管道3.5 km ～80 km范围内共有接地极 6 个。据测试，在地表土层薄、深层基本全为岩层的特殊土壤结构情况下，即使管道和直流接地极的垂直距离达100 km，管道仍然可能受到较大的干扰。

接地极放电时，在阀室不同电位金属部件间形成高的电位差，易在距离小、绝缘薄弱的金属部位放电，特别是绝缘卡套的内部，严重时可能导致卡套穿孔漏气、着火、甚至爆炸。某管道6#阀室曾发生绝缘卡套烧蚀穿孔漏气事件。

根据现场测试，当±500 kV高压直流输电线路的翁源接地极以3200 A的电流放电时，管地通电电位高达304 VCSE（超出正常值的300倍），管道中流动的干扰电流可达到上百安培，接地极放电期间的腐蚀速率可达到0.6 mm/d，受干扰管道的长度可达上百千米（图 1、图 2）。

图 1 接地极阳极放电时管道受干扰模式

图 2 接地极阴极放电时管道受干扰模式

4  防控措施

对以上管道实施了分段绝缘、阀室接地网改造、锌带排流等综合性防护措施[2,3]，同时加密内外检测频次，加大管道外腐蚀缺陷及防腐层缺陷开挖修复强度，保持高强度的日常检查维护。检测数据表明，腐蚀速率明显减低。

4.1  管理措施

建立沟通协调机制，在接地极故障性放电排流前和排流后，电网方及时通报放电情况，管道方收到信息后第一时间向相关人员发送排流信息（图 3）。

图 3 历年来接地极排流信息统计

严格遵守受高压直流输电影响管道作业管理规范，管道电位测量时必须穿戴个人劳保用品，做好个人安全防护工作，放电期间，暂停管道电位的测量、管道沿线本体施工等作业。

4.2  防治措施

（1）设立可控硅控制型自动合闸保护装置，阀室地网作为排流床，利用可控硅反应快、寿命长、分合无火花等特点，通过设定触发条件（管道电位和直流电流），从而实现排流目的。

（2）加设3处绝缘接头，将原管段分为4段，采用分段隔离方式治理，减少故障大直流对整条管道线路的干扰影响。

（3）采用非对称型固态去耦合器（﹢0.5 /﹣3.5 v），阀室接地地网与锌块/镁块（线路阴保站补充锌块）相连，每间阀室沿围墙铺设50组牺牲阳极，通过补充牺牲阳极，减缓地网的腐蚀。

（4）增设大功率抗干扰的恒电位仪+阳极地床改造，确保恒电位仪的正常输出。

（5）对受干扰的管道共铺设了154处锌带，长度共49 km。通过锌带与管道直连，在发挥排流作用的同时起到牺牲阳极作用。

（6） 结合内检测结果、阴极保护有效性、杂散电流干扰情况，对受到高压直流干扰的管道防腐层700余处破损点进行修复。

4.3  监检措施

（1）建立高压直流接地极干扰智能监测系统，采用无线数据通信网络监测管地电位、交流电压，当监测数据超过预警电位，提供声光预警并发送短信通知，可实现±100 V、±300 V DC检测量程，精度±0.5% r.d. +5 mV，AC量程可实现1.5至200 V，精度±0.5 V，定时检测周期可达到分钟级。

（2） 重点对环焊缝异常和外部金属损失进行开挖验证，掌握管道本体的腐蚀状况。为了评价高压直流接地极对管道的干扰情况，可缩短内检测间隔周期，加密内检测。

4.4  防控效果

经过日常的跟踪以及智能合闸装置的运行参数显示，高压直流接地极排流期间，阀室/站场的管道电压大大低于35 V。全线管道的腐蚀速率显著降低，腐蚀速率均满足低于100 μm/a的缓解目标。

经过对阀室地网的改造以及综合的排流措施，目前阀室/站场的截断阀的最薄弱的部分（卡套），绝缘卡套的两侧电压差小于4 V，未出现绝缘卡套烧蚀和引压管放电的现象。线路的恒电位仪和电位传送器运行正常，未再出现因高压直流而导致损坏迹象。

5  结论

（1）当没有采取锌带和分段绝缘缓解措施时，高压直流接地极入地电流与管道干扰电压成正比例关系；当采取锌带防护措施时，锌带点位置的防护效果要明显优于未设置锌带的位置。这表明采取锌带的防护措施对整个干扰管道均有一定的缓解效果，多个锌带对管道可以起到综合的缓解作用。随着锌带与管道距离的增大，管线整体电位缓解效果基本相同，但锌带敷设处管道电位有明显变化，且距离管道越近缓解效果越明显。实际工程中，为了能使锌带敷设段达到比较好的缓解效果（90%以上的缓解百分比），建议锌带距离管道不超过 3 m。

（2）采取综合防护措施时，干扰管道流入段和流出段的排流措施会相互影响。当防护措施位置合理时，管道整体的干扰电位均会有明显的抑制，防护措施流入流出的电流会减少干扰管道表面流入流出的电流。在防护措施位置不合理时，可能会增加其中一个干扰方向的管道干扰程度。

 

参考文献：

[1]程明，张平.鱼龙岭接地极入地电流对西气东输二线埋地钢质管道的影响分析[J].天然气与石油，2010(05)：25-26.

[2]秦润之，杜艳霞.高压直流输电系统对埋地金属管道的干扰研究现状[J].腐蚀科学与防护技术，2016(05)：264-265.

[3]周长李，胡汉董.特高压直流电流对埋地管道的干扰及防护措施分析[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40(22)：43-45.

作者简介：冯德佳，1987年生，2011年毕业于广东石油化工学院，工学学士学位，主要从事管道的腐蚀控制等工作。联系方式：13413300371，930414272@qq.com。