高壓輸電線路對埋地管道的干擾研究

熊繼開，劉書晨

(國網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050)

1 引言

隨著我國能源資源的快速發(fā)展，我國的能源儲(chǔ)備量已經(jīng)處于世界前列，其中，電力能源發(fā)揮了核心作用[1]。近年來，我國的電力行業(yè)迅猛發(fā)展，高壓輸電線路也遍及全國各地，造成了建設(shè)用地緊張等問題[2]。同時(shí)，由于高壓輸電線路與埋地管道對于建設(shè)地址的要求相近，因此常常會(huì)出現(xiàn)兩者近距離建設(shè)的情況。此時(shí)，若輸電線路發(fā)生故障，就會(huì)對埋地管道產(chǎn)生一定的干擾，可能產(chǎn)生過電壓等相關(guān)影響，進(jìn)而威脅到管道維修人員的人身安全以及管道安全[3]。因此，研究高壓輸電線路對鄰近埋地管道的電磁干擾，得出其影響因素及規(guī)律，成為亟待解決的問題。

為研究高壓輸電線路對鄰近埋地管道的電磁干擾，本文首先介紹了高壓輸電線路對埋地管道產(chǎn)生的影響，然后運(yùn)用仿真軟件計(jì)算得出了影響高壓輸電線路對埋地管道電磁干擾的因素。

2 高壓輸電線路對埋地管道的影響

2.1 人身安全

圖1為埋地管道安裝及檢修現(xiàn)場圖[4]。當(dāng)高壓輸電線路與埋地管道相距較遠(yuǎn)時(shí)，前者對后者的影響可以忽略不計(jì)，當(dāng)工作人員對埋地管道進(jìn)行安裝及檢修時(shí)，并不會(huì)受到傷害。而當(dāng)高壓輸電線路與埋地管道相距較近時(shí)，高壓輸電線路會(huì)對埋地管道產(chǎn)生電磁干擾，并通過電磁耦合作用在管道上產(chǎn)生耦合電流，進(jìn)而使管道產(chǎn)生過電壓[5]。此時(shí)，若管道工作人員與管道接觸，管道過電壓就會(huì)對人體造成威脅。

圖1 管道安裝及檢修現(xiàn)場圖

2.2 管道安全

當(dāng)高壓輸電線路正常運(yùn)行，并不存在故障時(shí)，高壓輸電線路會(huì)在鄰近埋地管道上產(chǎn)生管道電壓，該管道電壓數(shù)值較小，并未超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的閾值[6]，因此此時(shí)可以忽略高壓輸電線路對埋地管道的影響。而在高壓輸電線路故障時(shí)，其在埋地管道上產(chǎn)生的管道電壓會(huì)大大增加，可能會(huì)超過國家標(biāo)準(zhǔn)，甚至可能出現(xiàn)管道涂層因無法承受過電壓而瞬間擊穿的情況。因此，對高壓輸電線路故障時(shí)在埋地管道上產(chǎn)生的管道過電壓進(jìn)行研究，具有重要意義。

3 短路故障時(shí)管道過電壓研究

為計(jì)算高壓輸電線路故障時(shí)，在鄰近埋地管道上產(chǎn)生的過電壓，運(yùn)用仿真軟件進(jìn)行分析。以單相接地短路為例，分別計(jì)算輸電線路與管道間距、短路電流幅值及土壤參數(shù)對管道過電壓的影響。

3.1 輸電線路與管道間距的影響

為研究輸電線路與管道間距對管道過電壓的影響，設(shè)置輸電線路與管道間距分別為100m、200m與500m，對管道過電壓進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 管線間距的影響

觀察圖2可得以下結(jié)論:(1)當(dāng)高壓輸電線路與埋地管道的間距不變時(shí)，管道過電壓的數(shù)值存在峰值，峰值出現(xiàn)在短路電流流入處；(2)隨著間距的增加，管道過電壓呈現(xiàn)下降趨勢。綜上，高壓輸電線路對鄰近埋地管道的電磁干擾受二者間距的影響較大，因此在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可以通過適當(dāng)增大兩者間距達(dá)到降低管道過電壓的目的。

3.2 短路電流幅值大小的影響

為研究短路電流幅值對管道過電壓的影響，設(shè)置短路電流分別為9kA、12kA和15kA對管道過電壓進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 短路電流幅值的影響

觀察圖3可得，隨著短路電流的增大，管道過電壓顯著增大。造成這種現(xiàn)象的原因是，輸電線路發(fā)生單相短路故障時(shí)，由于此時(shí)線路不再滿足三相平衡狀態(tài)，因此會(huì)產(chǎn)生巨大的短路電流，而該短路電流也使其周圍磁場強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，導(dǎo)致高壓輸電線路與埋地管道之間的電磁耦合作用增強(qiáng)，最終在埋地管道上產(chǎn)生過電壓。同時(shí)，通過查閱資料可知，埋地管道電壓的規(guī)定閾值為57kV，而由圖3可知，管道過電壓均未超過閾值。并且當(dāng)高壓輸電線路發(fā)生單相短路故障時(shí)，繼電保護(hù)的快速作用會(huì)導(dǎo)致故障持續(xù)時(shí)間較短，因此，短路電流一般不會(huì)對管道過電壓產(chǎn)生較大影響。

3.3 土壤參數(shù)的影響

為研究土壤參數(shù)對管道過電壓的影響，設(shè)置土壤電阻率分別為300Ω·m、500Ω·m 和1000Ω·m 對管道過電壓進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 土壤電阻率的影響

由圖4可知，隨著土壤電阻率的增加，管道過電壓呈現(xiàn)增大的趨勢。造成這種現(xiàn)象的原因是，隨著土壤電阻率的增加，故障電流在土壤中產(chǎn)生的磁場鏡像位置越深，導(dǎo)致其鏡像磁場對相電流磁場的抵消作用減少，最終導(dǎo)致管道過電壓增大。因此，在埋地管道的實(shí)際工程建設(shè)中，應(yīng)考慮到周圍土壤電阻率的因素，可以通過選擇土壤電阻率小的地區(qū)達(dá)到降低管道過電壓的影響。

4 結(jié)論

為更好的解決高壓輸電線路對埋地管道的電磁干擾問題，本文首先介紹了高壓輸電線路對埋地管道造成的影響和風(fēng)險(xiǎn)，然后運(yùn)用仿真軟件分別對輸電線路與管道間距、短路電流幅值及土壤電阻率對管道過電壓的影響進(jìn)行了計(jì)算，并得到了不同影響因素的影響規(guī)律。結(jié)果表明，短路電流幅值對管道過電壓的影響較小，而輸電線路與管道間距、土壤電阻率對管道過電壓的影響較大。由此可知，在埋地管道的實(shí)際建設(shè)中，應(yīng)充分考慮到輸電線路與管道間距及土壤電阻率的影響，可以通過增大輸電線路與管道的間距、選擇土壤電阻率小的建址等措施，達(dá)到降低管道過電壓的目的。本文所得結(jié)論可為后續(xù)埋地管道的防護(hù)研究提供一定的理論依據(jù)。