浅谈燃气管道中杂散电流的检测与防护

上海市燃气设备计量检测中心 杨玉琳

浅谈燃气管道中杂散电流的检测与防护

上海市燃气设备计量检测中心 杨玉琳

运用SCM杂散电流检测系统对泗陈公路(嘉松公路—沪松公路)及共和新路人工煤气管道进行检测，对存在杂散电流干扰的管段进行数据分析，提出管道防护措施。

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0 引言

目前，随着城市建设和铁路(地铁)等轨道交通的快速发展，在带来交通出行便利的同时，也对沿线或穿越的管道产生了一定的影响，城市轨道交通会产生杂散电流并对周围埋设的管道产生腐蚀已经达成了共识，管道通过环境的日渐复杂，导致轨道交通所产生的杂散电流对邻近埋地钢质燃气管道的影响日趋显著。已发生长输线受来自电力机车牵引动力源的杂散电流干扰，进而造成管道电化学腐蚀的现象，并有日益增多的趋势。因此对杂散电流的研究具有十分重要的意义。

1 目前现状

燃气管道作为大众生活的必要基础设施，其作用的重要性是总所周知的，但随着我国经济建设的飞速发展，城市化水平的不断提高，必不可少的会对这些埋在地底的燃气管道造成一定的影响，据燃气行业对下属管道的燃气事故分析发现，其中杂散电流对燃气管道的干扰已经日趋明显，其主要是由于轨道交通的飞速发展、磁悬浮铁路、高压输电线路的建立对附近的埋地燃气管道产生杂散电流干扰，主要危害表现为：

(1)管道的加速腐蚀造成燃气管道管体腐蚀穿孔。

(2)抵消CP电流的保护作用。

(3)击穿管道的阻抗性绝缘，导致保护层的损坏。

(4)大大缩短管道的服役年限。

2 解决思路

本文就泗陈公路(嘉松公路—沪松公路)天然气管道及共和新路人工煤气管道进行检测，具体项目如下：

(1)杂散电流干扰源辨识：对管线周围环境及周围建筑设施进行调查，按调查情况辨识干扰源类型。

(2)杂散电流检测：运用SCM杂散电流检测系统检测杂散干扰强度。

(3)防护措施：对SCM杂散电流检测系统的检测结果进行分析，确定燃气管道杂散电流干扰的防护措施。

3 杂散电流检测简介

3.1 杂散电流干扰源

地下管道的杂散电流，是指来源与管道无关的外部电源、并在大地中流动、且能作用于受影响管道的外部电流，通常我们规定的回路以外流动的电流称杂散电流。杂散电流一旦流入埋地金属体，沿管道流动一段距离后，又从埋地金属体流出，进入大地或水中，在电流流出部位发生腐蚀，电流流出的部位则为阳极，通常把此种腐蚀称为杂散电流干扰腐蚀，并将流入或流出埋地金属导体的杂散电流称为干扰电流。 杂散电流来源主要分为三种情况：直流杂散电流、交流杂散电流和地电流。对于埋地管道而言，真正能够对管道产生杂散电流腐蚀的只有直流杂散电流和交流杂散电流，地电流基本对管道没有影响。

直流杂散电流的干扰源主要为直流电力输配系统、直流电气化铁路、直流电焊设备、阴极保护系统或其它直流干扰源等，但以直流电气化铁路最具代表性。直流电气化铁路对埋地管道造成的干扰影响和危害最大。直流干扰腐蚀的机理是由于电解作用，处于腐蚀电池阳极区的金属管道被腐蚀。直流杂散电流造成管道腐蚀穿孔的次数和速度都是十分惊人的，其危害巨大，是腐蚀控制工作中要重点解决的问题之一，直流杂散电流又可分为动态杂散电流与静态杂散电流干扰。

交流杂散电流主要来源于交流电气化铁路、输配电线路及其系统，通过阻抗、感抗、容抗耦合而对相邻的埋地管道或金属体造成干扰，使管道中产生流进、流出的交流杂散电流，从而导致腐蚀，称为交流腐蚀或交流干扰。当管道埋设在高压交流电力系统接地体附近时，常由于瞬间高压电弧作用导致管道的交流电击腐蚀和穿孔。

3.2 杂散电流干扰调查

3.2.1 直流干扰调查

3.2.1.1 直流电气化铁路调查内容

(1)直流电气化铁路的建设时间、供电电压、馈电方式、馈电极性和牵引电流。

(2)轨道线路分布情况及其与管道的相互位置关系。

(3)直流供电所的分布情况及其与管道的相互位置关系。

(4)电车运行状况。

(5)铁轨对地电位及其分布。

(6)铁轨泄漏电流趋向及电位梯度。

(7)其他需要测试的内容。

3.2.1.2 高压直流输电系统调查内容

(1)高压直流输电线路建设时间、电压等级、额定容量和额定电流。

(2)高压直流输电线路分布情况及其与管道的相互位置关系。

(3)换流站接地极的尺寸、形状及其与管道的相互位置关系。

(4)单极大地回线方式的发生频次和持续时间。

(5)换流站接地额定工作电流、最大允许运行电流和最大短时间注入电流。

(6)其他需要测试的内容。

3.2.1.3 阴极保护系统调查内容

(1)阴极保护类型、建设时间和保护对象。

(2)阴极保护系统的辅助阳极地床与受干扰管道相互位置关系。

(3)阴极保护系统的保护对象与受干扰管道相互位置关系。

(4)阴极保护系统辅助阳极的材质、规格和安装方式。

(5)天然气管道的防腐层类型及等级。(6)对地电位分布。

(7)其他需要测试的内容。

3.2.2 交流干扰调查

当管道与高压交流输电线路、交流电气化铁路的间隔距离大于1 000 m时，不需要进行干扰调查测试；当管道与100 kV及以上高压交流输电线路靠近时，是否需要进行干扰调查测试，可按管道与高压交流输电线路的极限接近段长度与间隔距离相对关系图确定，见图1。

图1 极限接近段长度与间隔距离相对关系

3.2.2.1 高压输电系统调查内容

(1)管道与高压输电线路的相对位置关系。

(2)塔形、相间距、相序排列方式、导线类型和平均对地高度。

(3)接地系统的类型及与管道的距离。

(4)额定电压、负载电流及三相负荷不平衡度。

(5)单相短路故障电流和持续时间。

(5)区域内发电厂的设置情况。

3.2.2.2 电气化铁路调查内容

(1)铁轨与管道的相互位置关系。

(2)牵引变电所位置，铁路沿线高压杆塔的位置与分布。

(3)馈电网络及供电方式。

(4)供电臂短时电流、有效电流及运行状况。

3.3 杂散电流测试方法

3.3.1 直流杂散电流测试

直流杂散电流初步测试内容主要为管地电位，包括通电电位、断电电位和自然电位，测试方法见图2。

图2 直流杂散电流管地电位测试示意

3.3.2 交流杂散电流测试

交流杂散电流初步测试内容主要为交流电压，交流电压采用交流电压测试仪通过测试桩或露管段直接测试，测试方法见图3。

图3 交流电压测试示意

3.3.3 重点位置杂散电流监测

针对杂散电流腐蚀类型难以确定、间歇性杂散电流干扰以及初步测试分析存在杂散电流干扰的位置进行重点监测，采用SCM感应测试法，必要时采用动态测试法确定干扰源的位置、流向、大小等。

4 案例分析

4.1 杂散电流干扰源辨识

本次选取了松江地区泗陈公路(嘉松公路—沪松公路)设计压力0.4 MPa，管道规格D325×8的天然气管道及闸北区的共和新路设计压力0.4 MPa，管道规格DN500的人工煤气管道进行检测。

对泗陈公路(嘉松公路—沪松公路)管道沿途情况进行调查，调查发现管道沿途有支管、架空桥管、工地、居民区、河流、轻轨、电缆、商店、餐厅、绿化带和穿越等；大部分道路车流量和人流量多。管道沿途存在杂散电流干扰源主要有轨道交通及高压电缆等。

对共和新路对管道沿途情况进行调查，调查发现人工煤气管道埋设于共和新路南北高架桥下，穿过上海火车站电气化铁路及上海地铁 3、4号线，管道沿途存在杂散电流干扰源主要有电气化铁路及轨道交通3、4号线等。

4.2 杂散电流检测

对泗陈公路(嘉松公路—沪松公路)及共和新路管道的宏观检查，发现其主要干扰源有直流杂散电流干扰又有交流杂散电流的干扰，综合上述调查结果，应采用重点位置杂散电流监测的方法(SCM 感应测试法)对这2段路段的管道进行检测。

根据管道沿线的环境，在泗陈公路(嘉松公路—沪松公路)选择了 2处可能有干扰源的地方，利用SCM仪器进行杂散电流测试。

在共和新路选择了1处可能有干扰源的地方进行杂散电流测试。

泗陈公路(嘉松公路—沪松公路)路段，本次选取2个位置：9号线泗泾站附近和松江供电分局望东变电站高压线附近进行测试。

在9号线泗泾站附近测试中发现间隔6分钟左右出现脉冲型波动，最大感应电流波动值14.040A，杂散电流干扰强。见图4所示。

图4 九号线泗泾站附近杂散电流感应检测

在松江供电分局望东变电站高压线附近测试时，测得最大感应电流波动值16.021 A，杂散电流干扰强。见图5所示。

图5 松江供电分局望东变电站高压线附近杂散电流感应检测

共和新路人工煤气管道在铁路开、停车期间及地铁运行期间进行杂散电流检测。该处靠近电气化铁路及地铁 3、4号线，位于共和新路高架桥天目中路立交桥下，公路上汽车交通对管道有一定的影响。

对共和新路燃气管道检测情况如下：共和新路路段，本次选取1处位置在铁路开、停车期间及地铁运行期间进行杂散电流检测，在铁路开、停车期间及地铁运行期间存在明显的杂散电流干扰，铁路开、停车期间及地铁运行期间管中最大杂散电流差值为51.410 A，存在较强的杂散电流干扰。见图6所示。

图6 高架桥下铁路开、停车期间及地铁运行期间杂散电流感应检测

4.3 防护措施

4.3.1 排流保护

排流保护是杂散电流干扰防护的主要方法，应根据干扰程度、状态，干扰源与管道位置关系，场地环境等条件选择直接排流、极性排流、接地排流等保护方式。

4.3.2 综合治理

(1)干扰源侧应采取措施，减少泄漏电流数量，使其对外部系统的干扰降至最小。

(2)在受到干扰的管道系统中，适当、合理的装设绝缘法兰，以缓解或解决干扰问题。

(3)电连接(包括串入可调电阻)可以调整或改变管道内干扰电流流向分布，有助于排流效果提高。

(4)防腐层修理和加强，可限制流入或流出管道的干扰电流，缓解干扰和提高排流保护效果。

(5)改变预定的管道走向或阴极保护阳极地床的位置。

(6)调节阴极保护电流的输出或采用牺牲阳极保护代替强制电流阴极保护。

(7)设置屏蔽栅极或电场屏蔽，有助于改变杂散电流流向和流入被干扰体的数量。

4.3.3 共同防护

处于同一干扰区域的不同产权归属的埋地管道或地下电力、通信等缆线，应在互相协商的基础上，纳入共同的干扰保护系统，实施“共同保护”，以避免在独立进行干扰保护中形成相互间的再生干扰。

5 结语

杂散电流会对埋地金属燃气管道造成电化学腐蚀，由于腐蚀的隐蔽性和突发性，往往会造成灾难性的后果，本文通过对泗陈公路(嘉松公路—沪松公路)和共和新路两个路段的检测，结果发现燃气管道中确实存在杂散电流干扰，同时经过分析发现影响燃气管道的杂散电流干扰源是多元化的，既有直流杂散电流干扰又有交流杂散电流干扰，这就要求我们在采取防护的过程中，充分考虑干扰源的类型，综合分析问题，按排流保护为主、综合治理、共同防护的原则进行。

Detection and Protection of Stray Current in Gas Pipeline

Shanghai Municipal Gas Devices Measurement Test Center Yang Yulin

SCM stray current detection system is used in the gas pipeline testing of Sichenroad(from Jiasong road to Husong road) and GongheXin road. This paper analyzesdatum of pipelines which stray current interference exists in, and some measures for pipeline protection are also put forward.

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