中緬天然氣管道高壓直流干擾監(jiān)測(cè)與分析

(中國(guó)石油西南管道公司，昆明 610094)

高壓直流(HVDC)輸電是一種用于長(zhǎng)距離、大功率輸電的系統(tǒng)，自20世紀(jì)50年代開發(fā)以來(lái)，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的應(yīng)用與研究，其穩(wěn)定性和可靠性有了極大的保證，并具有高效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)[1-3]。與此同時(shí)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求旺盛，大量的高壓輸電系統(tǒng)不可避免地與油氣輸送管道交互[4-6]，例如西氣東輸、川氣東送管道便與多處高壓輸電工程長(zhǎng)距離并行[7]。高壓直流輸電系統(tǒng)會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重威脅管道的安全運(yùn)行。本工作對(duì)中緬天然氣管道進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，旨在為實(shí)際的工程應(yīng)用做出有效的指導(dǎo)。

1 工程簡(jiǎn)介

西南管道轄屬的中緬天然氣管道及玉溪支線與高壓直流輸電系統(tǒng)倘甸接地極較近，管道與倘甸接地極的垂直距離約32 km，管道存在高壓直流輸電系統(tǒng)接地極干擾的風(fēng)險(xiǎn)。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[5]，高壓直流輸電系統(tǒng)放電時(shí)產(chǎn)生的入地電流可達(dá)數(shù)千安培，能使管道電位產(chǎn)生幾百到上千毫伏的偏移。例如上海東部一條±500 kV高壓直流輸電線路，在距離管道20 km位置的接地極放電時(shí)，管地電位會(huì)產(chǎn)生2 000 mV的偏移；西氣東輸管道芙蓉-上海段受±500 kV三峽-上海高壓直流干擾時(shí),其管地電位產(chǎn)生大幅度偏移，幅度達(dá)到1 410 mV[2]；某管道公司的研究表明，當(dāng)直流接地極單極大地運(yùn)行時(shí)，在管道上產(chǎn)生的干擾電位能達(dá)到304 V，腐蝕速率能達(dá)到0.6 mm/d[8]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分測(cè)試樁和站場(chǎng)的跨接線出現(xiàn)由高壓直流輸電系統(tǒng)接地極干擾造成的燒毀現(xiàn)象[8]。為了掌握中緬管道受高壓直流接地極干擾的影響范圍和程度，對(duì)所轄管道受干擾情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)估管道的受干擾程度和存在的風(fēng)險(xiǎn)。

2 監(jiān)測(cè)方法

2.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備介紹

采用遠(yuǎn)程電位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)管道受高壓/特高壓直流輸電系統(tǒng)干擾的進(jìn)行監(jiān)測(cè)[9]。安裝19套HVDC遠(yuǎn)程電位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和2套HVDC電流監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)傳。安裝位置均選擇在閥室內(nèi)或者站場(chǎng)內(nèi)。電流監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)傳采用閥室內(nèi)的電源供電。電位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括管道測(cè)試線和飽和銅/硫酸銅參比電極(CSE)，管道測(cè)試線需要從管道上重新焊接，參比電極埋設(shè)在距離管道0.1～0.3 m位置處。對(duì)電位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)其監(jiān)測(cè)到電位值超過(guò)限值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送短信通知相關(guān)人員，以便及時(shí)核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)的電位數(shù)據(jù)和電網(wǎng)放電情況。

2.2 監(jiān)測(cè)范圍

在中緬天然氣管道安裝7處電位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分別布置在玉溪支線1#閥室、中緬管道23#閥室、中緬管道26#閥室、K743#測(cè)試樁、K753#測(cè)試樁、曲靖分輸站進(jìn)站和曲靖分輸站出站等7處位置，設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器對(duì)中緬天然氣管道受倘甸接地極干擾進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)估管道的受干擾程度和存在的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以對(duì)管道日常的陰極保護(hù)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)管道的陰極保護(hù)情況。

2.3 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

管道直流雜散電流干擾通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)管道的電位偏移及通/斷電電位來(lái)進(jìn)行分析和評(píng)估[10]。當(dāng)受到干擾時(shí)斷電電位正于-0.85 V判定該處管道處于欠保護(hù)狀態(tài)，當(dāng)斷電電位負(fù)于-1.20 V時(shí)判定該處管道處于過(guò)保護(hù)狀態(tài)。在進(jìn)行管道電位檢測(cè)前，需要先在預(yù)定位置安裝HVDC電位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)靠近高壓/特高壓直流輸電系統(tǒng)接地極附近的閥室和一些重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)的管道電位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)試高壓/特高壓直流輸電系統(tǒng)接地極單極大地回路運(yùn)行時(shí)管道電位的偏移情況。管道電位的監(jiān)測(cè)采用電位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行，系統(tǒng)設(shè)置每10 min采集一組管道電位。

監(jiān)測(cè)過(guò)程中要時(shí)刻關(guān)注監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，及時(shí)下載并進(jìn)行分析，繪制電位圖形，分析電位變化規(guī)律，出具分析報(bào)告。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測(cè)管段范圍內(nèi)，接地極放電電流對(duì)管道的影響程度和影響范圍，并進(jìn)行評(píng)估。

3 數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果與分析

3.1 玉溪支線電位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

3.1.1 陰極保護(hù)效果

從玉溪支線1#閥室處管道的通/斷電電位可以看出，在2016年7月26日至8月4日，管道的通電電位存在一定的波動(dòng)，在管道未受干擾時(shí)，管道的斷電電位正于-0.85 V，管道處于欠保護(hù)狀態(tài)，如圖1(a)所示；2016年8月4日至12月8日，在恒電位儀輸出調(diào)整之后，管道的通電電位存在一定的波動(dòng)，在管道未受干擾時(shí)，管道的斷電電位處于-1.2～-0.85 V，管道在此段時(shí)間處于良好的陰極保護(hù)狀態(tài)；12月8日至12月19日，管道的通/斷電電位都偏正，部分時(shí)間點(diǎn)的斷電電位正于-0.85 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)，如圖1(b)所示；12月19日至2017年2月7日，在管道未受干擾時(shí)，管道的斷電電位均處于-0.85～-1.2 V，管道處于良好的陰極保護(hù)狀態(tài)； 2月7日至3月15日，管道的通斷電電位偏正，部分時(shí)間點(diǎn)的斷電電位正于-0.85 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)，如圖1(c)所示。

(a) 2016/07/26/至2016/08/04 (b) 2016/12/08/至2016/12/19 (c) 2017/02/07/至2017/03/15圖1 玉溪支線1#閥室處管道處于欠保護(hù)時(shí)間段的電位(相對(duì)于CSE)Fig. 1 Potentials of pipeline in low protection periods at 1# valve room of Yuxi spur line (vs CSE)

3.1.2 直流雜散電流干擾

根據(jù)2016年8月1日至2017年3月15日玉溪支線1#閥室長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)該處受到干擾的時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。結(jié)果顯示，此處管道共受到13次異常直流雜散電流干擾，受干擾的總時(shí)長(zhǎng)為505.2 h(約21 d)，受干擾時(shí)，此處的管道電位均為負(fù)向偏移，最負(fù)通電電位偏移至-3.60 V，最負(fù)斷電電位偏移至-1.21 V，如圖2所示。每次受干擾時(shí)的管道電位和受干擾時(shí)間段見表1。玉溪支線的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，管道斷電電位均負(fù)于-0.85 V，處于有效的保護(hù)之內(nèi)。

表1 玉溪支線1#閥室處管道電位受到干擾的時(shí)間段Tab. 1 Interfered periods of pipeline potential at 1# valve room of Yuxi spur line

3.2 中緬管道電位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

3.2.1 陰極保護(hù)效果

由中緬管道安裝的6個(gè)電位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通/斷電電位監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，在管道未受到特高壓干擾時(shí)，管道的通斷電電位都存在一定的波動(dòng)。其中，靠近倘甸接地極的26#閥室、743#測(cè)試樁處通電電位波動(dòng)較其他幾個(gè)位置處的波動(dòng)大，如圖3和4所示。但除了743#測(cè)試樁位置以外,其他5個(gè)位置的斷電電位，在未受到高壓直流接地極的放電干擾時(shí)，大部分時(shí)間處于-0.85～-1.2 V，處于有效的陰極保護(hù)狀態(tài)。743#測(cè)試樁處通電電位大部分時(shí)間在-1.5～-1.20 V波動(dòng)，斷電電位處于-0.75 V上下波動(dòng)，無(wú)法極化至-0.85 V，推斷其原因是此位置處于山頂，試片的極化效果不好，造成試片極化電位無(wú)法達(dá)標(biāo)。

(a) 最負(fù)通電電位(-3.60 V)

(b) 最負(fù)斷電電位(-1.21 V)圖2 玉溪支線1#閥室處管道受異常干擾電位Fig. 2 Interfered potential of pipeline at 1# valve room of Yuxi spur line: (a) most negative on-potential (-3.60 V); (b) most negative off-potential (-1.21 V)

3.2.2 直流雜散電流干擾

由表2可見：從2016年8月至2017年3月15日，共監(jiān)測(cè)到中緬管道共受到疑似接地極放電造成的干擾17次，共持續(xù)時(shí)間約26 h，其中確定為永寧接地極放電造成干擾的有9次，其他的為疑似倘甸接地極放電造成的干擾。

(a) 2016/08/29至2016/11/19 (b) 2016/11/27至2017/03/08圖3 緬管道26#閥室處電位監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig. 3 Potential monitoring data at 26# valve room of China-Myanmar pipeline

(a) 2016/08/17至2016/10/31 (b) 2016/11/27至2017/03/04圖4 中緬管道743#測(cè)試樁處電位監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig. 4 Potential monitoring data at 743# test pole of China-Myanmar pipeline

(1) 疑似倘甸接地極放電時(shí)結(jié)果分析

從表3電位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，疑似倘甸接地極放電時(shí)，靠近倘甸接地極的26#閥室位置、K743#測(cè)試樁與K753#測(cè)試樁處管道電位均往負(fù)方向偏移，而距倘甸接地極較遠(yuǎn)的23#閥室處管道電位往正方向偏移。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)較少，無(wú)法斷定這些干擾是由倘甸接地極放電造成的。

(2) 永寧接地極陰極放電時(shí)結(jié)果分析

由圖5可見，在永寧接地極陰極放電時(shí)(序號(hào)13)，中緬管道的6個(gè)位置的管道的通/斷電電位均往負(fù)方向偏移，其中曲靖站進(jìn)出站位置的通電電位偏移量最大，達(dá)到了-4.3 V。

由圖6可見，743#測(cè)試樁處管道斷電電位在-1.2～-0.85 V，管道處于保護(hù)狀態(tài)。除743#測(cè)試樁位置，其他位置管道斷電電位在受干擾時(shí)均負(fù)于-1.2 V，最負(fù)斷電電位達(dá)到了-1.8 V，此處管道處于過(guò)保護(hù)狀態(tài)。

(3) 永寧接地極陽(yáng)極放電時(shí)結(jié)果分析

由圖7可見，在永寧接地極陽(yáng)極放電時(shí)(序號(hào)17)，中緬管道的6個(gè)位置的管道通/斷電電位均往正方向偏移，其中曲靖站進(jìn)出站位置的通電電位偏移量最大，達(dá)到了+0.4 V。管道的斷電電位在受干擾時(shí)均正于-0.85 V，最正位置管道斷電電位達(dá)到了+0.15 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)，存在腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

4 總結(jié)與建議

(1) 玉溪支線1#閥室處管道電位在2016年7月26日至8月4日、12月8日至12月19日、2月7日至3月15日的三個(gè)時(shí)間段受異常直流雜散電流干擾時(shí)，部分時(shí)間段的管道斷電電位正于-0.85 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)，需要進(jìn)一步調(diào)查管道欠保護(hù)的原因。

表2 中緬管道疑似受接地極放電干擾統(tǒng)計(jì)表Tab. 2 Statistical table of suspected discharge interference of grounding electrode to China-Myanmar pipeline

表3 疑似倘甸接地極放電時(shí)中緬管道相關(guān)參數(shù)Tab. 3 Parameters of China-Myanmar pipeline during suspected discharge of Tangdian grounding electrode

(2) 在2016年9月至2017年2月1的時(shí)間段內(nèi)，監(jiān)測(cè)到玉溪支線處管道共受到13次異常直流雜散電流干擾，受干擾的總時(shí)長(zhǎng)為505.2 h(約21 d)，受干擾時(shí)，此處的管道電位均為負(fù)向偏移，管道的通電電位最負(fù)偏移至-3.6V，斷電電位最負(fù)偏移至-1.21 V，玉溪支線的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，管道斷電電位均負(fù)于-0.85 V，處于有效保護(hù)狀態(tài)。

(a) 進(jìn)站

(b) 出站圖5 永寧接地極陰極放電時(shí)中緬管道曲靖站進(jìn)出站電位Fig. 5 Potentials of China-Myanmar pipeline in (a) and out (b) Qujing station during cathodic discharge of Yongning grounding electrode

圖6 永寧接地極陰極放電時(shí)中緬管道743#測(cè)試樁處電位Fig. 6 Potentials of China-Myanmar pipeline at 743#testing pole during cathodic discharge of Yongning grounding electrode

(a) 進(jìn)站

(b) 出站圖7 永寧接地極陽(yáng)極放電時(shí)中緬管道曲靖站進(jìn)出站電位Fig. 7 Potentials of China-Myanmar pipeline in (a) and out (b) Qujing station during anodic discharge of Yongning grounding electrode

(3) 中緬管道6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中除743#測(cè)試樁位置(由于在山頂位置，試片極化效果不好)，其他位置在未受高壓直流雜散電流干擾時(shí)，管道的斷電電位大部分時(shí)間處于-1.20～-0.85 V，處于較好的陰極保護(hù)狀態(tài)。

(4) 在2016年9月至2017年3月的時(shí)間段內(nèi)，共監(jiān)測(cè)到昆明分公司管轄的中緬管道共受到疑似接地極放電造成的干擾17次，共持續(xù)時(shí)間約26 h，其中確定為永寧接地極放電造成干擾的有9次，其他為疑似倘甸接地極放電造成的干擾。

(5) 在永寧接地極陰極放電時(shí)，此段中緬管道的電位均往負(fù)方向偏移，斷電電位均負(fù)于-1.2 V，處于過(guò)保護(hù)狀態(tài)；在永寧接地極陽(yáng)極放電時(shí)，此段中緬管道的電位均往正方向偏移，斷電電位均正于-0.85 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)。建議斷開曲靖站上下游跨接線，降低永寧接地極對(duì)曲靖站上游管道的影響。

(6) 在管道受到疑似倘甸接地極放電干擾時(shí)，管道也同時(shí)出現(xiàn)了過(guò)保護(hù)和欠保護(hù)的位置，由于目前監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限，無(wú)法確定是否是倘甸接地極放電造成的干擾，以及管道干擾的影響范圍和最大干擾程度，建議在倘甸接地極的近端和遠(yuǎn)端增加部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)一步監(jiān)測(cè)倘甸接地極的放電情況。