強(qiáng)電線路下的陰極保護(hù)管道交流干擾防護(hù)措施

于勝男

摘 要：伴隨當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)能源企業(yè)、電力企業(yè)和電氣化鐵路運(yùn)輸行業(yè)等均發(fā)展迅速。由于線路管道的使用遵循路由則優(yōu)的原則，同時(shí)受到土地資源和諸多外部因素的影響，當(dāng)前社會(huì)建設(shè)中出現(xiàn)諸多埋地鋼質(zhì)管道和架空的高壓輸電線路等，造成電線之間形成平行或者交叉現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)局部地區(qū)線路集中在同一管道的狀況。該文主要基于國(guó)內(nèi)外交流干擾防護(hù)措施和工程具體實(shí)踐的基礎(chǔ)，指出當(dāng)前強(qiáng)電線路下陰極保護(hù)管道減輕交流干擾和抗強(qiáng)電沖擊的有效措施為固態(tài)去耦合器接地，實(shí)施過(guò)程中諸多排流設(shè)備會(huì)因?yàn)闄z驗(yàn)手段和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的漏洞產(chǎn)生諸多安全風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)部門(mén)和人員需給予重視。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)電線路 陰極保護(hù)管道 交流干擾 防護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG174.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（c）-0120-02

管道防腐蝕層和陰極保護(hù)作為管道防腐蝕的聯(lián)合保護(hù)措施，但當(dāng)前實(shí)施陰極保護(hù)的管道與強(qiáng)電線路的鋪設(shè)，導(dǎo)致管道防腐蝕層和陰極保護(hù)系統(tǒng)受到損壞，從而影響埋地管道的使用壽命。當(dāng)前對(duì)于交流干擾的防護(hù)方式多種多樣，諸多方式經(jīng)實(shí)際應(yīng)用效果明顯，但對(duì)于埋地管道而言，實(shí)施陰極保護(hù)的重點(diǎn)在于采取的防護(hù)措施是否與管道的陰極保護(hù)出現(xiàn)沖突，避免出現(xiàn)陰極保護(hù)系統(tǒng)被影響造成保護(hù)范圍縮小和保護(hù)效果降低的狀況。

1 交流干擾防護(hù)

針對(duì)已經(jīng)建成的管道需進(jìn)行多方數(shù)據(jù)的測(cè)量，例如，交流干擾電壓、交流電密度和土壤電阻率等。對(duì)于管道的設(shè)計(jì)階段需要考慮到強(qiáng)電線路的交流干擾，管道陰極保護(hù)的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要充分考慮到交流干擾的防護(hù)措施，需要對(duì)干擾源正常或者故障狀況下的管道干擾情況進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于已經(jīng)建造的管道可采用專(zhuān)有軟件進(jìn)行計(jì)算，針對(duì)已經(jīng)實(shí)施陰極保護(hù)的管道交流防護(hù)理論公式和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程如下。

1.1 理論設(shè)計(jì)過(guò)程

收集基礎(chǔ)材料并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量—將地床的具體位置進(jìn)行確定—根據(jù)交流干擾狀況緩減目標(biāo)值、參數(shù)測(cè)試、計(jì)算地床目標(biāo)和接地電阻—根據(jù)實(shí)際情況對(duì)地床安裝方式進(jìn)行確定—選擇地床所用材料—確定地床材料的規(guī)格—出施工圖[1]。

1.2 軟件設(shè)計(jì)過(guò)程

收集材料并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量—建立管道干擾模型—交流干擾緩解地床設(shè)計(jì)計(jì)算—交流干擾緩解地床形式對(duì)比—確定干擾方案—出施工圖。

2 交流干擾防護(hù)措施

根據(jù)調(diào)查和測(cè)試結(jié)果，針對(duì)存在嚴(yán)重交流干擾的管道需采取相應(yīng)的防護(hù)措施來(lái)規(guī)避交流干擾，埋地管道的的交流干擾防護(hù)可從初始設(shè)計(jì)中的干擾源、管道接地排流、電屏蔽和絕緣接頭幾方面進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。

2.1 拉近埋地管道和強(qiáng)電線路的距離

我國(guó)《埋地鋼制管道交流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，埋地管道和強(qiáng)電線路進(jìn)行干擾調(diào)查的過(guò)程中，需要滿足管道和高壓交流輸出電線路的最小距離要求。通過(guò)對(duì)管道和強(qiáng)電線路的增加，降低管道的交流干擾電壓。如圖1所示，通過(guò)增加管道和平行高壓線外側(cè)的相線距離，來(lái)降低交流干擾電壓的最大值。通常情況下，管道設(shè)計(jì)人員會(huì)考慮到遠(yuǎn)離強(qiáng)電線路的干擾源，但較多情況下管道無(wú)法避免的和高壓電路、電氣化鐵路共用同一管道，且實(shí)際工程的應(yīng)用中出現(xiàn)方案無(wú)法實(shí)行的狀況[2]。針對(duì)于已建管道沿線后建設(shè)的強(qiáng)電線路或者管道共同建設(shè)的情況，可以在其干擾源上采取措施來(lái)減少管道的交流干擾。唐德志指出，強(qiáng)電線路的一側(cè)可以采取防護(hù)措施，主要內(nèi)容包含：交流電氣化鐵路可以使用回流變壓器的供電方式；高壓輸電線的對(duì)稱(chēng)能夠減少中心點(diǎn)的接地?cái)?shù)量，限制短路電流、增加屏蔽和導(dǎo)線換位等[3]。220kV的高壓線可以減少不對(duì)稱(chēng)干擾電壓的影響，具體可采用貓型鐵塔；電氣化鐵路常出現(xiàn)阻性耦合的地段，實(shí)踐中可將鐵軌和枕木之間的絕緣加強(qiáng)，減少入地電流。

2.2 管道接地排流

管道交流干擾的防護(hù)措施中，接地排流是一種極為有效的方式，該種方式對(duì)于使用陰極保護(hù)的埋地管道應(yīng)用時(shí)，需要避免接地系統(tǒng)和管道的陰極保護(hù)相沖突，防止影響到陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)范圍和保護(hù)效果。管道排流的方式需要根據(jù)接地方式的不同進(jìn)行分類(lèi)，可分為直接排流、負(fù)電位排流和隔直排流三種類(lèi)型。直接排流通過(guò)排流導(dǎo)線和管道相連接，接地電阻需顯著小于管道的接地電阻，避免影響排流效果。通常接地材質(zhì)選擇鋼質(zhì)，鋼質(zhì)適合于陰極保護(hù)范圍較小的管道，該種排流方式具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，降低干擾效果較好。但不適用于長(zhǎng)距離的管線，易造成陰極保護(hù)電流的缺失，通常大型工程不建議使用該種排流方式。負(fù)電位排流是將陽(yáng)極作為接地極，較長(zhǎng)使用在受干擾的區(qū)域管道和強(qiáng)電流保護(hù)斷的電源隔離。該種排流方式具有良好的降干擾效果，能夠圍觀到提供陰極保護(hù)；缺點(diǎn)在于接地極和管道連接時(shí)，進(jìn)行斷電測(cè)量和評(píng)價(jià)陰極保護(hù)方面存在局限性。使用該種排流方式的過(guò)程中需注意，若強(qiáng)電交流干擾造成陽(yáng)極極性逆轉(zhuǎn)會(huì)加快管道的腐蝕。吳長(zhǎng)訪，王波經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)電位排流使用在緩解交流干擾犧牲陽(yáng)極的效率會(huì)隨著干擾的增加而降低，當(dāng)交流電流密度達(dá)到7A/m2以上時(shí)，鎂陽(yáng)極消耗速率隨之增加10倍[4]。隔直排流是一種安裝在管道和接地極之間的電流裝置，能夠避免陰極保護(hù)電流的流失。針對(duì)于進(jìn)行陰極保護(hù)的埋地管道，接地方式可以將感應(yīng)電流從管道內(nèi)排出，但該種方式會(huì)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)造成破壞。隔離直流電的裝置包含了極化電池和固態(tài)去耦合器等，當(dāng)前國(guó)內(nèi)交流排流較多使用固態(tài)去耦合器和鉗位式排流器。表1為固態(tài)去耦合器和鉗位式排流器的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。

2.3 電屏蔽

電屏蔽較常使用于電力故障或者雷電情況下，目的在于減輕強(qiáng)電沖擊造成的影響，減少管道腐蝕。通常會(huì)采取在管道附近架空輸電線路桿塔的方式或者變電站的接地體局部位置作為屏蔽的物體。強(qiáng)電沖擊的電屏蔽防護(hù)措施是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外較多使用且效果較好的防護(hù)方式。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外較多在管道和鐵塔接地間沿著管道平行鋪設(shè)屏蔽線，屏蔽線與管道間通過(guò)接地電池或者固態(tài)去耦合器相連。屏蔽線的防護(hù)效果和管道的土壤電阻存在較大關(guān)系，尤其在北方，屏蔽線若鋪設(shè)在冰凍線上，常會(huì)因?yàn)樗w和濕地造成屏蔽線效果下降。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，凍土電阻隨著深度降低使得屏蔽線防護(hù)效果較好，屏蔽線的距離越長(zhǎng)其防護(hù)效果越差。

2.4 安裝絕緣接頭

絕緣接頭通常被用于保護(hù)結(jié)構(gòu)物體或者保護(hù)區(qū)段的電絕緣，在減緩交流的干擾的管段上安裝絕緣接頭可將管線的電路連續(xù)切斷，從而縮短干擾管道的長(zhǎng)度，降低管線上的交流感應(yīng)。該種方式作用于電流陰極的保護(hù)管段，需要管道全線電流具有連續(xù)性。絕緣接頭的使用會(huì)對(duì)管道的正常使用帶來(lái)不便，且絕緣接頭本身還需使用接地電池和避雷器等對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。由此可見(jiàn)，對(duì)于外加電流的陰極保護(hù)需要謹(jǐn)慎選擇該種交流干擾防護(hù)措施。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)于處在設(shè)計(jì)階段的管道可對(duì)其后期可能遇到的交流干擾進(jìn)行分析，在陰極保護(hù)設(shè)計(jì)中需充分考慮到交流干擾的防護(hù)設(shè)計(jì)，可以根據(jù)相關(guān)的理論公式的專(zhuān)業(yè)軟件參考設(shè)計(jì)。就當(dāng)前管道設(shè)計(jì)看來(lái)，固態(tài)去耦合器是降低管道交流干擾的有效方式，但諸多排流方式的使用過(guò)程中需要根據(jù)檢驗(yàn)手段和方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，由此有關(guān)部門(mén)需出臺(tái)排流設(shè)備的檢測(cè)設(shè)備。最后建議排流設(shè)備的使用需要進(jìn)行分布設(shè)計(jì)并施工，排流后確定排流點(diǎn)的施加位置。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛致遠(yuǎn)，趙君，何嵐，等.油氣管道交流干擾防護(hù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2014，33（12）：1272-1277.

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[3] 唐德志，杜艷霞，路民旭，等.埋地管道交流干擾與陰極保護(hù)相互作用研究進(jìn)展[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)，2013（5）：351-356.

[4] 吳長(zhǎng)訪，王波，裴青，等.鐵秦線管道交流雜散電流干擾檢測(cè)與評(píng)價(jià)[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2014（1）：36-38.