林俊

西氣東輸蘇浙滬分公司

摘要：根據(jù)國內(nèi)外交流雜散電流干擾標(biāo)準(zhǔn)，確定交流雜散電流評價(jià)指標(biāo)，模擬評估新建輸電線路對在役天然氣管道的交流雜散電流干擾，掌握輸電線路對天然氣管道的干擾規(guī)律，并提出干擾防護(hù)措施，從而為做好相關(guān)管理提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：交流干擾；模擬計(jì)算；陰極保護(hù)；天然氣管道

目前新建輸電線路和電氣化鐵路與在役天然氣管道交叉并行情況變得越來越普遍，管道面臨的交流雜散電流干擾問題越來越嚴(yán)峻。國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對于交流干擾評價(jià)指標(biāo)主要規(guī)定了以下幾個(gè)：①腐蝕速率，小于0.025 mm/y[1]和0.03 mm/a[2]；②交流電壓，主要考慮滿足人身安全和交流電流密度可控[2-4]；③交流電流密度，在滿足陰極保護(hù)電位條件下，平均值小于30 A/m2[1-5]；④交流電流密度和直流干擾綜合指標(biāo)[1,2,5]。本文根據(jù)交流干擾評價(jià)指標(biāo)，采用數(shù)值模擬軟件，評估新建輸電線路對相鄰某天然氣管道的交流干擾風(fēng)險(xiǎn)，并提出干擾防護(hù)措施建議。

1  基本情況

某天然氣管道長度約70 km，管徑508 mm，壁厚8 mm，采用3PE防腐層，以及外加電流陰極保護(hù)方式。

新建的輸電線路為110 kV，采用架空和電纜隧道結(jié)合的方式。涉及輸電線路一全長約6.4 km，輸電線路二全長約2.3 km，額定電流300 A。輸電線路電纜為纜芯結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為銅，用于電流傳輸；纜芯外側(cè)為導(dǎo)體屏蔽及絕緣屏蔽層；絕緣層外側(cè)為金屬鋁護(hù)套，用于接地及機(jī)械保護(hù)；金屬鋁護(hù)套外側(cè)為非金屬護(hù)套，材質(zhì)為聚乙烯。架空輸電線路輸電相序分布為上B中C下A。

天然氣管線與輸電線路交叉及并行情況見圖 1，3處交叉點(diǎn)分別為輸電線路電纜段CJ09、架空輸電線線路G35桿塔以及架空輸電線線路T2桿塔附近。管道與輸電線路并行段主要位于T8桿塔處至架空輸電線線路T2桿塔之間，并行長度約3.4 km，并行間距0～120 m。

圖 1 輸電系統(tǒng)與管道位置示意圖

2  檢測結(jié)果

為了評估新建輸電線路對在役天然氣管道的交流干擾影響及確定評價(jià)指標(biāo)，對與輸電線路交叉并行以及前后各約5 km管道沿線土壤電阻率和交流干擾情況進(jìn)行了測試。

管道沿線土壤電阻率測試結(jié)果見圖 2，土壤電阻率分布在15.0 Ω·m～44.2 Ω·m之間，其中3處低于20 Ω·m，土壤腐蝕性評價(jià)為“強(qiáng)”，11處處于20 Ω·m～50 Ω·m之間，土壤腐蝕性評價(jià)為“中”。

圖 2 管道沿線土壤電阻率測試結(jié)果

管道交流電壓和交流電流密度測試結(jié)果見圖 3，管道沿線的交流電壓在0～16.47 VCSE，交流電流密度平均值分布在2.06 A/㎡～23.65 A/㎡。圖 4為391#測試樁24 h交流電壓測試結(jié)果，結(jié)果顯示此段管道存在動(dòng)態(tài)交流雜散電流干擾，在白天時(shí)間段交流電壓和電流密度波動(dòng)較大，夜間時(shí)間段波動(dòng)較小，判斷目前管道的交流干擾主要是電氣化鐵路造成的。

圖 3 管道沿線交流電壓和交流電流密度分布圖

圖 4 391#測試樁24 h交流電壓和電流密度波動(dòng)圖

3  干擾評估

采用CDEGS軟件，建立交流干擾預(yù)測評估模型，模擬計(jì)算新建輸電線路對在役天然氣管道的交流干擾程度。

3.1  干擾評估結(jié)果

交流輸電線路正常運(yùn)行時(shí)，由于電壓波動(dòng)導(dǎo)致三相電流不平衡，GB/T 15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》規(guī)定“電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，長時(shí)電壓不平衡度不超過2%，短時(shí)不得超過4%”。在B相線路與其他二相存在不同不平衡度時(shí)，管道沿線的交流電壓和交流電流密度的模擬計(jì)算結(jié)果見圖 5。結(jié)果顯示，輸電線路B相不平衡度達(dá)到4%時(shí)，管道交流電壓達(dá)到3.1 V，交流電流密度達(dá)到46.599 A/㎡，交流電壓峰值出現(xiàn)在輸電線路開始并行和結(jié)束并行的位置。輸電線路的三相不平衡度越高，對管道的交流干擾越大，在輸電線路的B相不平衡度大于2%時(shí)，管道沿線部分位置的交流電流密度高于30 A/㎡。

圖 5 391#測試樁24 h交流電壓和交流電流密度波動(dòng)圖

在不同相位的不平衡度分別達(dá)到4%，管道沿線的交流電壓和交流電流密度模擬計(jì)算結(jié)果見圖 6。結(jié)果顯示，不同相保持不平衡度時(shí)，管道的交流干擾程度差異性較大，其中在B相不平衡度為4%時(shí)，管道受到的交流干擾最大。

圖 6 不同相不平衡度為4%時(shí)管道交流電壓和交流電流密度分布圖

3.2  干擾防護(hù)措施模擬計(jì)算

在輸電線路B相不平衡度為4%時(shí)，管道部分位置的交流電流密度高于30 A/㎡，根據(jù)國內(nèi)外評價(jià)指標(biāo)規(guī)定，本次干擾緩解目標(biāo)為輸電線路造成的交流電流密度小于30 A/㎡。

交流干擾緩解方式主要采用排流地床加固態(tài)去耦合器。本次采用水平敷設(shè)鋅帶，水平鋅帶+填包料直徑300 mm，鋅帶規(guī)格15.88 mm×22.23 mm，鋅帶與管道同深埋設(shè)，距離管道外壁0.3 m，鋅帶與管線之間安裝固態(tài)去耦合器。

在交流干擾2個(gè)峰值位置388#和393#測試樁，分別設(shè)置70 m和40 m鋅帶排流，防護(hù)措施的模擬計(jì)算結(jié)果見圖 7。結(jié)果顯示，設(shè)置排流點(diǎn)后，管道沿線的交流電流密度均可降低到30 A/㎡內(nèi)。

圖 7 采取防護(hù)措施前后管道交流電壓和交流電流密度分布圖

4  結(jié)論

（1）新建輸電線路對在役管道交流干擾評估結(jié)果顯示，管道沿線交流電壓峰值出現(xiàn)在輸電線路開始并行和結(jié)束并行的位置。輸電線路的三相不平衡度越高，對管道的交流干擾越大，輸電線路不同相保持不平衡度時(shí)，管道的交流干擾程度差異性較大。

（2）在管道交流干擾峰值的2個(gè)位置采取干擾防護(hù)措施，可將全線管道的交流電流密度降至30 A/㎡內(nèi)，建議在388#和393#測試樁處增加70 m和40 m鋅帶排流措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]SP 21424-2018 Alternating Current Corrosion on Cathodically Protected Pipelines: Risk Assessment, Mitigation, and Monitoring [S].NACE international，2018

[2]SY/T 0087.6-2021鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 第6部分：埋地鋼質(zhì)管道交流干擾腐蝕評價(jià)[S]. 國家能源局，2021.

[3]SP0177-2019 Mitigation of Alternating Current and Lightning Effects on Metallic Structures and Corrosion Control Systems [S]. NACE international，2018

[4]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)[S]. 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2011.

[5]ISO 18086:2019, Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria[S]. Geneva, Switzerland: ISO，2019.

作者簡介：林俊，1987年生，助理工程師，現(xiàn)為西氣東輸蘇浙滬輸氣分公司管道科三級(jí)工程師，主要從事管道管理工作。聯(lián)系方式：13851536318，529461066@qq.com。