干擾機(jī)理

正常情況下，高壓直流輸電系統(tǒng)主要采用雙極運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸電。如圖 1（a）所示，極Ⅰ、極Ⅱ回路電流數(shù)值基本相等但方向相反，即使設(shè)備整流運(yùn)行的差異導(dǎo)致極Ⅰ和極Ⅱ間存在一定的不平衡電流（通常控制在輸送電流的1%以內(nèi)），由于接地極通常設(shè)置在遠(yuǎn)離管道設(shè)施的位置，這一數(shù)量級(jí)的不平衡電流不會(huì)對(duì)油氣管道造成明顯的直流干擾。

在投運(yùn)初期、年度檢修或出現(xiàn)故障排查時(shí)，高壓直流輸電系統(tǒng)則切換為單極大地回路模式運(yùn)行，如圖 1（b）所示。這種運(yùn)行模式下，輸送電流通過接地極流入大地形成閉合回路，大量電流通過大地回流，會(huì)分別在送端和受端的接地極周圍極大程度地抬升或降低地電勢(shì)，對(duì)附近的金屬管道及其設(shè)施造成顯著的雜散電流干擾影響。

圖 1 高壓直流輸電系統(tǒng)接地極運(yùn)行方式原理

干擾規(guī)律

高壓直流輸電接地極干擾主要指接地極單極大地回路運(yùn)行時(shí)對(duì)管道的干擾，其對(duì)管道造成干擾最直接的體現(xiàn)是管地電位發(fā)生偏移。根據(jù)管道所處的位置和高壓直流接地極單極運(yùn)行極性的不同，管道的不同管段可以吸收、傳導(dǎo)或釋放接地極的入地電流。

圖 2為接地極單極運(yùn)行對(duì)管道造成的干擾影響示意圖，當(dāng)與管道接近的高壓直流接地極以陽極模式運(yùn)行（即向大地中釋放電流）時(shí)，來自接地極的雜散電流由位于其附近區(qū)域的管道所吸收，管地電位發(fā)生負(fù)向偏移，該段區(qū)域稱為陰極干擾區(qū)，然后在遠(yuǎn)離接地極的位置從管道中重新排入大地，管地電位則發(fā)生正向偏移，該段區(qū)域稱為陽極干擾區(qū)。相反，當(dāng)高壓直流接地極在管道附近以陰極模式運(yùn)行（即從大地中吸收電流）時(shí)，雜散電流在遠(yuǎn)離接地極的區(qū)域由管道所吸收，管地電位發(fā)生負(fù)向偏移，而在接地極附近的管道中重新排入大地，管地電位則正向偏移。值得注意的是，由于接地極產(chǎn)生的雜散電流大小和流向往往不同，管道上觀測(cè)到的正向電位偏移和負(fù)向電位偏移的幅度往往并不相等，這與陰極極化和陽極極化的反應(yīng)特征有關(guān)。

圖 2 陽極和陰極運(yùn)行時(shí)對(duì)管道造成的干擾影響示意

干擾危害

根據(jù)上文介紹接地極干擾的規(guī)律，在陽極干擾區(qū)，管地電位正向偏移，管道/土壤界面發(fā)生陽極腐蝕反應(yīng)，導(dǎo)致管道腐蝕，管壁局部減薄甚至可發(fā)展為穿孔。在陰極干擾區(qū)，管地電位負(fù)向偏移，金屬/土壤界面發(fā)生陰極吸氧反應(yīng)，導(dǎo)致管道防腐層破損點(diǎn)處堿性增強(qiáng)，防腐層存在陰極剝離風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)伴隨析氫反應(yīng)，導(dǎo)致管道鋼的氫脆風(fēng)險(xiǎn)增加。此外，無論陽極干擾區(qū)還是陰極干擾區(qū)，過高的管地電位偏移均可能導(dǎo)致管道沿線或場(chǎng)站的設(shè)備設(shè)施損壞以及人員安全風(fēng)險(xiǎn)增加。 

（北京安科腐蝕技術(shù)有限公司高級(jí)工程師陳少松  供稿）