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固態(tài)去耦合器在某管道交流干擾防護(hù)中的應(yīng)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(shù)：	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(tài)去耦合器在某管道交流干擾防護(hù)中的應(yīng)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(yán)重的交流干擾，為減少交流干擾并減緩管道腐蝕，經(jīng)調(diào)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(tài)去耦合器接地方式，并對排流效果進(jìn)行了評價。結(jié)果
表明：固態(tài)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(guī)范允許的范圍內(nèi)，緩減了管道腐蝕。
[關(guān)鍵詞] 固態(tài)去耦合器；交流干擾；防腐蝕
[中圖分類號]TG172．8 [文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)的快速發(fā)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(dǎo)致
埋地輸氣管道遭受嚴(yán)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(yīng)的電流對管道設(shè)施
和作業(yè)人員的安全構(gòu)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(fēng)險。
某管道于2011年投產(chǎn)運行，管徑660 film，材質(zhì)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(hù)系統(tǒng)采用強制電流方式。此段管道設(shè)置
了3個用于給下游燃?xì)夤痉州斕烊粴獾腁、B、C分輸
站，設(shè)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(fā)現(xiàn)8號閥室至9號閥室間約34
km埋地管道遭受嚴(yán)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(nèi)的線路陰極保
護(hù)站，距離9號閥室18 km處有1個位于C分輸站內(nèi)
的線路陰極保護(hù)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(xiàn)場情況分析
1．1 干擾源確定
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，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(tǒng)計表
十?dāng)_源名稱 與管道相互關(guān)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(shù)據(jù)，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(jié)合日常交流干擾電壓數(shù)據(jù)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(dāng)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(jīng)過前10 min時、高鐵經(jīng)過時和高
鐵經(jīng)過10 min后3個時間點進(jìn)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(shù)據(jù)。再進(jìn)一
步根據(jù)GB／T 50698—201 1《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防
護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》3．0．5款的規(guī)定計算出交流電流密度，結(jié)
果分別見表2和表3。
表2 高鐵附近管道交流干擾數(shù)據(jù)
表3 交流高壓輸電線路附近管道交流干擾數(shù)據(jù)
由表2中數(shù)據(jù)得出，3個測試點中，高鐵列車經(jīng)
過測試點、經(jīng)過測試點前10 min時以及經(jīng)過后10 min
時3個時間點的交流干擾電壓數(shù)據(jù)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(yán)重；當(dāng)高
鐵列車恰好經(jīng)過管道附近時，埋地管道遭受交流干擾
程度最嚴(yán)重，交流干擾電壓值最高；隨著高鐵列車漸
漸遠(yuǎn)離管道，所遭受的交流干擾程度慢慢減弱，直到
恢復(fù)到以前水平。這進(jìn)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(jié)果一
致。由于高鐵多采用交流電力牽引系統(tǒng)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(fù)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(jīng)過走行軌回到電源負(fù)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(shù)據(jù)處于動態(tài)變
化之中，屬于動態(tài)干擾。高鐵列車經(jīng)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(yuǎn)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(jìn)入，從管道其他某
防腐蝕層缺陷點流出。雜散電流進(jìn)入處處于陰極區(qū)，
雜散電流流出處部位處于陽極區(qū)，造成流出處管道腐
蝕加劇 。
從表3中數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yīng)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(dǎo)線相對管道
幾何不對稱和不平衡電流的存在，通過感應(yīng)耦合就會
在管道上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)電流就會流出，加速管道腐蝕_6 J。交流干擾電
壓數(shù)值比較穩(wěn)定，屬于靜態(tài)干擾 ，進(jìn)一步為高壓輸電
線路為交流干擾源提供了有力的證據(jù)。
根據(jù)電化學(xué)腐蝕理論，管道周圍土壤環(huán)境不同時，
管道上會發(fā)生不同的電化學(xué)反應(yīng)，腐蝕反應(yīng)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(yīng)通常會生成Fe(OH) ，F(xiàn)e(OH) 很不
穩(wěn)定，很容易受到氧化變成Fe(OH)，，F(xiàn)e(OH) 還會
繼續(xù)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(jìn)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(fù)防腐蝕層缺陷時發(fā)現(xiàn)銹蝕點，屬于局部腐
蝕_9 J，銹蝕顏色為棕黃色和黑色，進(jìn)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(jù)GB／T 50698～2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干
擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》3．0．6款規(guī)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(jié)合現(xiàn)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(zhì)管道交流干擾防護(hù)
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》推薦了3種持續(xù)交流干擾防護(hù)措施：直接接
地、負(fù)電位接地、固態(tài)去耦合器接地。直接接地的缺點
為漏失陰極保護(hù)電流，負(fù)電位接地的缺點為管道進(jìn)行
瞬間斷電測量與評價陰極保護(hù)有效性實施困難。根據(jù)
以上3種排流方式的適用條件和優(yōu)缺點，結(jié)合現(xiàn)場實
際情況，決定選用固態(tài)去耦合器接地的排流方案。
固態(tài)去耦合器是一種隔直通交的設(shè)備，具有鉗位
式排流、交流去耦、浪涌保護(hù)等3個功能，該設(shè)備設(shè)置
了一個導(dǎo)通閥值，當(dāng)管道的直流電壓高于其設(shè)定閥值
時，直流阻擋打開，設(shè)備自動切換到短路狀態(tài)，泄放電
流，提供過壓保護(hù)，待直流過壓保護(hù)完成時，自動切換
到阻直模式；當(dāng)管道的直流電壓低于設(shè)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(biāo)準(zhǔn)配置閥值為一2 V／2 V，也可根據(jù)實
際情況進(jìn)行設(shè)定。按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，管道極化電位
范圍為一0．85一一1．20 V，相應(yīng)的通電電位基本在
一2—2 V范圍內(nèi)，～2 V／2 V的閥值基本滿足要
求 lo]。固態(tài)去耦合器型號選用美國DEI SSD一2／2—
5．0 —100。
裸銅纜具有導(dǎo)電性良好、接地電阻較低、耐腐蝕性
強、壽命長等優(yōu)點，本方案采用35 mm 規(guī)格的裸銅線，
其長度由接地地床埋設(shè)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及文獻(xiàn)中
都沒有關(guān)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(rèn)為接地電阻越小越好，通常接地地
床的接地電阻應(yīng)小于2 Q，固態(tài)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(tài)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(tài)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(shù)據(jù)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(tài)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(nèi)，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(tài)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(guī)范允許范圍，
滿足GB／T 50698—2011《埋地鋼質(zhì)管道交流干擾防護(hù)
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中6．2．2款要求。
3．2 固態(tài)去耦合器性能測試
安裝固態(tài)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(tài)下固
態(tài)去耦合器內(nèi)阻的測量和計算結(jié)果見表5。由表5可
以看出，1 1處固態(tài)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(nèi)，小于
2．00 n，接地效果很好；11個固態(tài)去耦合器的交流排
流量處于0．55～6．76 A范圍內(nèi)，符合固態(tài)去耦合器
的交流排流量≤45．00 A的指標(biāo)要求，說明此設(shè)備交
流排流效果很好；11個固態(tài)去耦合器的直流漏流量
處于0．06—0．68 mA范圍內(nèi)，符合固態(tài)去耦合器的直
流漏流量≤1．00 mA的指標(biāo)要求，說明此設(shè)備并沒有
造成陰極保護(hù)電流的流失；11個固態(tài)去耦合器在交
流狀態(tài)下內(nèi)阻處于10．2～14．6 mQ范圍內(nèi)，在直流
狀態(tài)下內(nèi)阻處于2．31～3．58 kQ范圍內(nèi)，說明此設(shè)備
具有隔直通交的功能。從以上分析結(jié)果得出，11個
固態(tài)去耦合器符合性能良好，符合固態(tài)去耦合器的指
標(biāo)要求。
表5 固態(tài)去耦合器性能測試數(shù)據(jù)
4 結(jié)論
在確保管道外防腐蝕層完整性前提下，應(yīng)盡量做
到管道與土壤的絕緣，防止更多的雜散電流進(jìn)人管道；
對產(chǎn)生的交流雜散電流則主要采用排流方式消除。固
態(tài)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(hù)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。
[2]
[3]
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(上接第36頁)
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