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固態去耦合器在某管道交流干擾防護中的應用

文檔作者：惠海軍史后凡曹國飛文檔來源：中國石油西氣東輸管道公司		點擊數：	更新時間： 2024年06月30日
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Vo1．49 No．5 May 201 6 昀 ， 殤
固態去耦合器在某管道交流干擾防護中的應用
惠海軍，史后凡。曹國飛
(中國石油西氣東輸管道公司，湖南長沙410022)
[摘 要] 某長輸埋地輸氣管道遭受嚴重的交流干擾，為減少交流干擾并減緩管道腐蝕，經調研確定了干擾源為
交流高壓輸電線路和滬昆高鐵，通過對比排流措施采用固態去耦合器接地方式，并對排流效果進行了評價。結果
表明：固態去耦合器接地措施有效降低了交流干擾，使交流干擾程度控制在規范允許的范圍內，緩減了管道腐蝕。
[關鍵詞] 固態去耦合器；交流干擾；防腐蝕
[中圖分類號]TG172．8 [文獻標識碼]B [文章編號]1001—1560(2016)05—0064—04
O 基本情況介紹
隨著能源、電力與交通行業的快速發展，越來越多
的高壓交流輸電線路、鐵路與管道交叉或者并行，導致
埋地輸氣管道遭受嚴重的交流干擾。交流干擾容易引
起埋地管道腐蝕加劇，管道上感應的電流對管道設施
和作業人員的安全構成了威脅 。為了保證埋地管道
安全運行，減緩交流干擾程度，減緩管道腐蝕，有必要
采取有效的排流措施來降低風險。
某管道于2011年投產運行，管徑660 film，材質為
x70鋼，壁厚9．5 mill，埋地管道外防腐蝕層采用3LPE
層，陰極保護系統采用強制電流方式。此段管道設置
了3個用于給下游燃氣公司分輸天然氣的A、B、C分輸
站，設置了2個用于截斷放空的8號、9號閥室。此段
管道在日常管理中發現8號閥室至9號閥室間約34
km埋地管道遭受嚴重交流干擾。該段管道中，距離8
號閥室32 km處有1個位于A分輸站內的線路陰極保
護站，距離9號閥室18 km處有1個位于C分輸站內
的線路陰極保護站，具體詳見圖1。
l A l 32 km l 8號l l4 km l B I 20 km 1分輸站r_ l 9號 I 18 km l C l — -_1 閥室r_—一1分輸站卜_—__1 閥室r— —1分輸站l
圖1 場站與閥室分布
1 現場情況分析
1．1 干擾源確定
調查發現，距離管道約6 m處有滬昆高鐵穿過，管
道附近有3條交流高壓輸電線路與管道樁號為XT—
KA07 l、XTKA1 35、XTKAl45、XTKA162、XTKA175、XT．
KA043處管道交叉或并行(見表1)，初步確定主要干
擾源為滬昆高鐵和交流高壓輸電線路。
表1 管道附近干擾源統計表
十擾源名稱 與管道相互關系
110 kV交流高壓輸電線路
110 kV交流高壓輸電線路
35 kV交流高壓輸電線路
滬昆高鐵
與XTKA071處管道交叉
與XTKAI35、XTKA145處管道交叉
與XTKAI62、XTKAI 75處管道交叉
與XTKA043處管道交叉
1．2 排流點的確定
選用FLUKE 1 15c型萬用表和便攜飽和硫酸銅參
比電極測試了此段管道交流干擾電壓數據，選用
MI3127型接地電阻測試儀測試了測試點處土壤電阻
率，交流干擾電壓和土壤電阻率測量示意圖分別見圖2
和圖3。結合日常交流干擾電壓數據以及交流干擾源
位鼉，此次測試初步選取17個測試點，測試點所在管
道樁號為XTKA038、XTKA043、XTKA066、XTKA071、
XTKA081、XTKA094、XTKA104、XTKA1 10 XTKA1 16、
XTKA127 XTKA135 XTKAI45 XTKA153 XTKA157
XTKA162、XTKA169、XTKA175。對于距離高鐵比較近
電．纜
比電極
2 01 5-12 - 07
前
管道
．
[通信作者] 惠海軍(1983一)，：[程師，碩士研究生，當前 ?
從事埋地管道腐蝕控制1二作，電話：O2l一
偶秒 釉卷．第5期 2o；6年5月 j 藺
圖3 土壤電阻率測量不意
注：E、ES、S、H代表4個探頭；。為2個探頭間的距離，
取值為探頭長度的20倍
的管道，分別對高鐵經過前10 min時、高鐵經過時和高
鐵經過10 min后3個時間點進行交流干擾電壓測試；
對于距離交流高壓輸電線路比較近的管道，測試時間
間隔為10 min，測試3組交流干擾電壓數據。再進一
步根據GB／T 50698—201 1《埋地鋼質管道交流干擾防
護技術標準》3．0．5款的規定計算出交流電流密度，結
果分別見表2和表3。
表2 高鐵附近管道交流干擾數據
表3 交流高壓輸電線路附近管道交流干擾數據
由表2中數據得出，3個測試點中，高鐵列車經
過測試點、經過測試點前10 min時以及經過后10 min
時3個時間點的交流干擾電壓數據都變化很大。對
于同一個測試點，隨著高鐵列車距離管道越來越近，
埋地輸氣管道遭受的交流干擾程度越來越嚴重；當高
鐵列車恰好經過管道附近時，埋地管道遭受交流干擾
程度最嚴重，交流干擾電壓值最高；隨著高鐵列車漸
漸遠離管道，所遭受的交流干擾程度慢慢減弱，直到
恢復到以前水平。這進一步證明了高鐵為此處管道
交流干擾的干擾源，也與郭慶茹等 的研究結果一
致。由于高鐵多采用交流電力牽引系統并將走行軌
作為回流線，在列車運行的不同過程中以及不同負載
的情況下，走行軌中的工作電流差別很大。該電流絕
大部分能經過走行軌回到電源負極，但還有一小部分
從軌道與地面絕緣不良的位置泄漏到道床及周圍土
壤中，形成雜散電流。交流干擾電壓數據處于動態變
化之中，屬于動態干擾。高鐵列車經過時，通過鐵軌
漏人土壤中的雜散電流最多，隨著高鐵列車的遠離，
雜散電流慢慢減少。沿著鐵軌漏人土壤中的交流雜
散電流從管道防腐蝕層某破損點進入，從管道其他某
防腐蝕層缺陷點流出。雜散電流進入處處于陰極區，
雜散電流流出處部位處于陽極區，造成流出處管道腐
蝕加劇 。
從表3中數據得出，相對于高鐵干擾而言，對于14
個測試點中任意一個測試點，3個時間點所測得的交流
干擾電壓數據基本都變化不大。交流高壓輸電線路對
管道干擾通常有感應耦合、電容耦合和電阻耦合3種
方式。此段管道，交流高壓輸電線路與管道交叉或并
行且距離管道較近，高壓輸電線路各條導線相對管道
幾何不對稱和不平衡電流的存在，通過感應耦合就會
在管道上產生感應電壓，進而產生感應電流 J。對于
管道防腐蝕層破損處，相對于周圍土壤而言電勢比較
高，感應電流就會流出，加速管道腐蝕_6 J。交流干擾電
壓數值比較穩定，屬于靜態干擾 ，進一步為高壓輸電
線路為交流干擾源提供了有力的證據。
根據電化學腐蝕理論，管道周圍土壤環境不同時，
管道上會發生不同的電化學反應，腐蝕反應方程如
下[ ：
陽極： 2Fe--+2Fe“ +4e
陰極：4H +4e一2H T(無氧酸性)
4H2O+4e OH一+2H2 T(無氧中性、堿性)
O，+2H，O+4e—40H一(有氧酸性)
上述反應通常會生成Fe(OH) ，Fe(OH) 很不
穩定，很容易受到氧化變成Fe(OH)，，Fe(OH) 還會
繼續被土壤中的氧氣氧化成棕黃色的Fe O，·2xH：O
lvol 49 NO． May 2016
(紅鐵銹的主要成分)，而Fe(OH) 可進一步生成
Fe O (黑鐵銹的主要成分)。在對遭受交流干擾段管
道開挖修復防腐蝕層缺陷時發現銹蝕點，屬于局部腐
蝕_9 J，銹蝕顏色為棕黃色和黑色，進一步說明高鐵和
高壓輸電線路造成的交流干擾，加速了管道腐蝕的加
劇。
根據GB／T 50698～2011《埋地鋼質管道交流干
擾防護技術標準》3．0．6款規定，基本判定14個測試
點遭受交流干擾程度為中，3個測試點遭受交流干擾
程度為高。比較17個測試點處交流干擾電壓密度大
小，結合現場地形地貌，選取XTKA043、XTKA071、
XTKA081 XTKA110 XTKA116 XTKA135 XTKA145、
XTKA153、XTKA157、XTKA162、XTKA175共1 1個點
作為排流點。
2 方案對比
GB／T 50698—2011《埋地鋼質管道交流干擾防護
技術標準》推薦了3種持續交流干擾防護措施：直接接
地、負電位接地、固態去耦合器接地。直接接地的缺點
為漏失陰極保護電流，負電位接地的缺點為管道進行
瞬間斷電測量與評價陰極保護有效性實施困難。根據
以上3種排流方式的適用條件和優缺點，結合現場實
際情況，決定選用固態去耦合器接地的排流方案。
固態去耦合器是一種隔直通交的設備，具有鉗位
式排流、交流去耦、浪涌保護等3個功能，該設備設置
了一個導通閥值，當管道的直流電壓高于其設定閥值
時，直流阻擋打開，設備自動切換到短路狀態，泄放電
流，提供過壓保護，待直流過壓保護完成時，自動切換
到阻直模式；當管道的直流電壓低于設定閥值時，切
換到通直隔交功能，允許交流電流通過而不允許直流
電流通過。標準配置閥值為一2 V／2 V，也可根據實
際情況進行設定。按照相關標準規范，管道極化電位
范圍為一0．85一一1．20 V，相應的通電電位基本在
一2—2 V范圍內，～2 V／2 V的閥值基本滿足要
求 lo]。固態去耦合器型號選用美國DEI SSD一2／2—
5．0 —100。
裸銅纜具有導電性良好、接地電阻較低、耐腐蝕性
強、壽命長等優點，本方案采用35 mm 規格的裸銅線，
其長度由接地地床埋設位置的土壤電阻率和此處管道
的接地電阻共同決定。目前，相關標準規范及文獻中
都沒有關于油氣管道交流排流接地極接地電阻取值范
圍的要求，但一致認為接地電阻越小越好，通常接地地
床的接地電阻應小于2 Q，固態去耦合器安裝示意圖見
圖4。
裸銅線電纜與裸銅纜之間的連接點
圖4 固態去耦合器安裝示意
3 排流效果評估
3．1 交流干擾緩解效果檢測
安裝固態去耦合器后的管道交流干擾電壓、電流
密度及交流干擾減緩率數據見表4。
表4 交流干擾效果評價表
從表4可以看出，安裝固態去耦合器接地排流后，
交流干擾電壓從1O．4～21．5 V范圍減弱到0．60～
3．26 V范圍內，基本處于4．00 V以下，交流干擾減緩
率處于85．79％ ～95．62％ 范圍，11個排流點處土壤電
阻率大于25 Q·m，交流電流密度小于22 A／m ，說明
固態去耦合器接地排流效果很好，大大減緩了該段管
道的交流干擾，保證了交流干擾程度在規范允許范圍，
滿足GB／T 50698—2011《埋地鋼質管道交流干擾防護
技術標準》中6．2．2款要求。
3．2 固態去耦合器性能測試
安裝固態去耦合器前后的管地電位、接地極電
住 第49卷． 第均j-201 月 l j塌
位、交流排流量、直流電流泄流量和交、直流狀態下固
態去耦合器內阻的測量和計算結果見表5。由表5可
以看出，1 1處固態去耦合器在安裝前后管／地電位基
本保持一致，稍有變化，可能由于交流干擾所致；11
處接地極接地電阻處于0．32～1．97 Q范圍內，小于
2．00 n，接地效果很好；11個固態去耦合器的交流排
流量處于0．55～6．76 A范圍內，符合固態去耦合器
的交流排流量≤45．00 A的指標要求，說明此設備交
流排流效果很好；11個固態去耦合器的直流漏流量
處于0．06—0．68 mA范圍內，符合固態去耦合器的直
流漏流量≤1．00 mA的指標要求，說明此設備并沒有
造成陰極保護電流的流失；11個固態去耦合器在交
流狀態下內阻處于10．2～14．6 mQ范圍內，在直流
狀態下內阻處于2．31～3．58 kQ范圍內，說明此設備
具有隔直通交的功能。從以上分析結果得出，11個
固態去耦合器符合性能良好，符合固態去耦合器的指
標要求。
表5 固態去耦合器性能測試數據
4 結論
在確保管道外防腐蝕層完整性前提下，應盡量做
到管道與土壤的絕緣，防止更多的雜散電流進人管道；
對產生的交流雜散電流則主要采用排流方式消除。固
態去耦合器可以有效減緩埋地管道所遭受的交流干
擾，未造成陰極保護電流的損失，在此條管道的交流干
擾排流中取得了良好效果，減緩了管道腐蝕，對于管道
安全運行具有重要意義。
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