淺析長輸管道受高壓直流接地極干擾時的安全影響及防護

1、<p>　　淺析長輸管道受高壓直流接地極干擾時的安全影響及防護</p><p>　　摘要：高壓直流輸電工程的接地極將對附近的長輸管道造成直流干擾。結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，本文對其安全影響及防護措施進行探討分析，指導(dǎo)工程設(shè)計。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：直流干擾，安全影響，防護措施。 </p><p>　　Abstract: Ground electrode

2、of HVDC Transmission Project will cause the DC interference to the nearby long-distance pipeline。Based on the relevant standards，discuss the impact on safety and the mitigation measure，to guide engineering design. </p

3、><p>　　Key words: DC interference，impact on safety，mitigation measure. </p><p>　　中圖分類號：TM862 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104（2013） </p><p><b>　　一：概述 </b></p><p>　　高壓直流輸電

4、是近年發(fā)展的新技術(shù)，國內(nèi)已有數(shù)個高壓直流輸電工程已建成。最近幾年，隨著工程建設(shè)的發(fā)展，高壓直流輸電工程的直流接地極對輸油（氣）管道的影響開始日益突出，尤其在建設(shè)用地緊張的區(qū)域。直流接地極對管道的影響程度和對管道安全帶來的威脅更甚于交流干擾，目前對此尚無豐富的實測數(shù)據(jù)和成熟的解決方案。 </p><p>　　現(xiàn)以正在建設(shè)中的某輸氣管道為例，就超高壓直流輸電系統(tǒng)接地極對長輸管道的影響進行分析。該輸氣管道管徑為&

5、;Oslash;813mm，干線長度約219.3km，在干線第二標(biāo)段與±800Kv直流輸電工程接地極靠近，最小凈距約800m。 </p><p>　　二：直流接地極對長輸管道的安全影響 </p><p>　　高壓直流輸電系統(tǒng)在正常運行時，通過電力線路傳輸直流電。此時，高壓直流輸電系統(tǒng)的接地極有不平衡電流入地，對附近的床輸管道造成持續(xù)直流干擾。而當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)在單極大地回線工況

6、運行時，大地相當(dāng)于直流輸電系統(tǒng)的一根導(dǎo)線，直流輸電系統(tǒng)的運行電流通過大地在送端接地極與受端接地極之間流動[1]。此時，直流輸電系統(tǒng)的接地極有大量直流電流入地。在本工程案例中，直流接地極的額定雙極不平衡電流為50A，單極大地回線工況額定入地電流為5000A。 </p><p>　　當(dāng)接地極電流入地時，由于埋地管道為地電流傳導(dǎo)提供了比周圍土壤導(dǎo)電性能更強的導(dǎo)電特性。由于埋地管道的集流效應(yīng)，埋地管道的一側(cè)匯集了土壤中的

7、雜散電流，因此管道上的電流密度更大，埋地管道的另一側(cè)又將電流釋放到土壤中。雜散電流從管道上流出位置為陽極區(qū)，會發(fā)生電化學(xué)腐蝕；而雜散電流流入管道的區(qū)域，為陰極區(qū)，雖不會發(fā)生腐蝕，但常伴隨著出現(xiàn)管/地電位負偏移過大，有超出管道防腐層析氫電位，產(chǎn)生過保護的可能。見下圖： </p><p>　　直流接地極的干擾特點如下： </p><p>　　1）直流干擾腐蝕速率較大，持續(xù)時間長。管道上1A的電

8、流流出將帶來9.1kg/年的腐蝕，對陽極區(qū)1A/m2的電流密度等同于1.1mm/年的腐蝕速率[2]。直流接地極正常工作時流出的雙極不平衡電流會對管道造成持續(xù)干擾； </p><p>　　2）直流輸電線路單極大地回線運行時，干擾時間短，但入地電流巨大，電位偏移劇烈； </p><p>　　3）直流輸電線路的單極大地回線運行工況（故障或檢修期）具有時間不確定的特點； </p>&

9、lt;p>　　4）接地極正常工作時的極性具有隨機性，正極接地時對管道產(chǎn)生陰極干擾，負極接地時對管道產(chǎn)生陽極干擾。 </p><p>　　因此，若不采取有效措施對長輸管線進行直流干擾排流保護，管線將受到直流接地極的持續(xù)直流干擾并會不定時的遭受短時強干擾。在陰極保護方面，將會造成管線的陰極保護電位偏移，無法達到陰極保護效果；在腐蝕方面，將會造成管線提前腐蝕穿孔，將對管線的安全運營造成嚴(yán)重危害。 </p&g

10、t;<p>　　三：長輸管道的直流排流防護 </p><p>　　對于直流接地極產(chǎn)生的干擾，最好的防護措施是使長輸管道遠離直流接地極，使長輸管道與直流接地極的間距（d）大于長輸管道的長度（L），或保持10Km以上的間距[3]。但是，由于增加間距會造成管道距離增加，從而造成投資費用大幅度增加、重新選線報批等問題，因此，本案例中難以用此方式保證管道與直流接地極之間的間距。因此，應(yīng)對無法滿足間距要求的長輸

11、管道進行直流排流保護。 </p><p>　　由于長輸管道所受的直流干擾與管道長度密切相關(guān)，因此在本案中，首先在間距合適的站場、閥室設(shè)置干線絕緣接頭，進行直流雜散電流分段隔離。其次，根據(jù)SY/T 0017中推薦的直流排流防護方式，采用以一定間距設(shè)置鋅陽極直接排流的方式進行排流保護（嚴(yán)重影響區(qū)每500m設(shè)置1處，并控制鋅陽極接地電阻≤1Ω；波動影響區(qū)每1Km設(shè)置1處，鋅陽極接地電阻≤2Ω）。該方式具有排流效果好，不

12、對管道產(chǎn)生負面影響的優(yōu)點。缺點是會使管道斷電電位難以測量，需另行敷設(shè)埋地鋼質(zhì)檢查片或極化探頭對管道的陰極保護水平進行評估。 </p><p>　　除此之外，在干線上受干擾較強的管段上（接地極50km范圍內(nèi)）額外設(shè)置數(shù)個陰極保護站，利用恒電位儀在對管道提供陰極保護的同時，進行管地電位糾偏。并要求在施工中，嚴(yán)格注意防腐層的質(zhì)量控制，盡全力保證防腐層的完整性。 </p><p>　　由于工程仍在

13、建設(shè)中，所設(shè)計的直流防護措施能否達到排流目標(biāo)尚待建成后實測驗證。因此，應(yīng)在工程整體建成后，再對管線的受干擾水平進行實測，并針對性的進行補充設(shè)計。通過加密直流排流點的設(shè)置、降低排流點接地電阻等方法，最終使管道免受直流干擾的危害。 </p><p><b>　　四：結(jié)論 </b></p><p>　　超高壓輸電系統(tǒng)的接地極會對近距離內(nèi)的長輸管道帶來嚴(yán)重干擾，在正常運行時造

14、成持續(xù)干擾，在單極大地回線運行時造成短時強干擾。避免此類干擾的最佳方法是保持管線與接地極之間的間距。 </p><p>　　采用分段隔離、加強防腐層完整性、鋅陽極直接排流等措施可有效降低直流接地極帶來的干擾。對于此類直流干擾，單次排流防護設(shè)計難以一蹴而就，應(yīng)在工程完成之后根據(jù)實測結(jié)果進行補充設(shè)計，確保管線的運營安全。 </p><p><b>　　參考文獻： </b>

15、</p><p>　　[1] 嚴(yán)羽，朱偉江，劉皓，等.葛南直流輸電系統(tǒng)中大地回線和金屬回線轉(zhuǎn)換的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(21)：1-4. </p><p>　　[2] 曹阿林，朱慶軍，侯保榮，等.油氣管道的雜散電流腐蝕與防護[J].煤氣與熱力，2009，29(7)：B06-B09. </p><p>　　[3] DL/T 5224-2005高壓直流輸電