去耦合器排流技术在管道交流干扰减缓中的应用

白晶

摘要：固态去耦合器已经在国内的管道设计中得到了应用，做为交流减缓技术，固态去耦合器还可有效消除交流感应电压而不引入杂散电流或者流失阴极保护电流。本文介绍了去耦合器的一些基本特性与设计理念。

关键词：去耦合器、管道、交流干扰、减缓

中图分类号：TE988.2

1、前言

随着经济的腾飞与基础设施的大量兴建，大量的高等级输电线路与电气化铁路的建设，不可避免的与管道交叉或者平行，许多地区管道与电气化线路共用同一公共走廊，这些情况，必然会通过磁性感应在管道上感应出交流电压，同时，当高压输电线路遭遇雷击或者发生故障时，还会对管道产生阻性干扰。目前在许多新建管道上，操作人员在操作阀门时，经常有带电打手的现象，主要是由于交流干扰引起的。如果管道上感应的交流电压过高，可能会影响设备及人员的安全，影响管道的正常运行，因此，在交流干扰较强的地段有必要采取交流减缓方式。

2、国内常用的交流排流方式

目前，国内常用的管道交流的排流方式目前主要有以下几种：

直接排流：这种方式是将被干扰管道与排流地床用导线直接连接起来，地床材料为钢材等，地床的接地电阻应小于管道的接地电阻。这种排流法最简单经济，对于无阴极保护的管道可优先采用。而对于有阴极保护的管道，由于保护电流可以通过排流地床流失，不但使阴极保护失效，而且增加了阴极保护设备的输出。

牺牲阳极排流：这种方式是采用镁、铝、锌等电位较钢铁负的牺牲阳极材料作为排流地床。这种方法也可以用在有阴极保护的管道，并可向管道提供部分的阴极保护电流。缺点是造价通常很高，需要定期更换；只能在土壤电阻率较低的地区使用；牺牲阳极在强电流作用下会被损坏或发生极性反转，损坏的阳极将不能起到有效的屏蔽和排流作用；极性反转的阳极其电位由负变正，会造成管道上的阴极保护电流通过阳极大量流失。

钳位式排流1：目前，大量采用的箝位式排流法的基本线路见图l。为便于说明，均以管道对某点的电位来描述。这种方式是在排流回路中串入二极管元件，有正、副臂的二极管元件，当交流电压为上正下负时，整流模块ZLl导通，管道对地电压为正0.7 V（二极管有0.7 V的起始导通电压）；当交流电压为上负下正时，整流模块ZL2导通，管道对地电压为-1.4 V，最终结果是管道对地电压的平均值为-0.35 V（以上是理论计算结果，实际上由于排放电流的大小不同，最终结果有一定的偏差）。

但是这种排流方式如下缺点：

1）可能引入杂散电流，在某输气管道的钳位式排流，从接地极流入管道的电流1.6A。这种效应类似于杂散电流在排流点流入管道。

2）其经过二极管后并不是标准的直流，在正半个周期内管道对地为正电位，负半轴内管地电位为负，测得的-0.35 V，也并只是一个平均值，其对阴极保护的影响未知。在秦京线上发现，在交流电经过二极管后，虽然直流电位也负向偏移，但与管道连接的试片仍发生严重的腐蚀。

3、去耦合器排流技术

3.1去耦合器技术简介

去耦合器作为隔直通交的一种设施，去耦合器设置了一导通阀值，当电压超过该阀值时，直流阻挡打开，该设施即自动切换到短路模式，提供过压保护。当直流过压保护完成后，自动切换到阻直模式。当电压低于阀值电压时，允许交流电流通过而不允许直流电流通过。一般情况下，导通阀值通常以A/B模式表示，其中A是负的阻止电压，B是正的阻止电压。标准配置阀值为-2V/+2V，也可根据实际情况进行设定。-2V/+2V阀值可满足大多数的情况，因为去耦合器两端的电压差值一般情况下远低于此值。当阀值为对称的-2V/+2V时，对去耦合器与管道和接地极的连接方式没有要求。

3.2去耦合器特点

去耦合器具有以下特点：

1）可有效减缓交流杂散电流干扰，在阴极保护的电位范围内，不会流失阴极保护电流或者引入杂散电流。

2）去耦合器排流方式对接地材料的要求较低，只要接地电阻满足相关要求，即可有效排流。

3）去耦合器具有较好的抗雷电与故障电流冲击性能。去耦合器能对设备进行过交流故障、雷电和开关暂态过程的过电压保护，可用于绝缘接头两侧代替极化电池。

4）在减缓稳态的感应电压时，其可通过的稳定交流电为45安培。

3.3去耦合器在国内的初步应用

去耦合器首次引入我国大约是在2007年的管道建设中，设计部门一般会在高压输电线路杆塔与管道临近的位置，安装去耦合器。目的是在高压线发生故障或者遭遇雷击时，沿着杆塔流入大地的故障电流或者雷击电流，会对管道产生阻性干扰，这些干扰可能击穿防腐层，持续时间较长可能烧穿管壁，引起事故。安装去耦合器可及时排除这些电流引起的管道电压升高，避免对设备或者人员造成伤害。

4、去耦合器应用实例

4.1概况

管道建设过程中，在管道与高压输电线路杆塔临近的位置均安装了去耦合器装置，去耦合器接地材料均为裸铜线，交流排流设备采用固态去耦合器（+2V/-2V 型）；排流接地地床采用截面面积为Φ35mm2规格的裸铜线，裸铜线的长度按照接地地床埋设位置的土壤电阻率和此位置处管道的接地电阻共同决定。通常，接地地床的接地电阻应小于 2Ω。该工程中裸铜线除了可做为接地极外，还可在异常情况下，做为屏蔽线（每处约 300m）作为接地极和屏蔽线使用，裸铜线与管道平行敷设，平行间距为 1m；裸銅线的埋深与管道底部等高。使用铜做为接地材料有如下优点：1）良好的导电性，能提供较低的接地电阻；2）铜的活性相对较低，具有较强的抗腐蚀性，寿命较长。但是铜做接地极时，不能与钢管直接接触，否则容易产生电偶腐蚀。图2为典型的去耦合器安装图。

4.2测试内容

对秦京管道多处的去耦合器性能进行了测试，测试点均位于高压输电线路与管道交叉的位置，现场测试点均存在一定程度的交流干扰，干扰主要是由于高压输电线路引起的感性干扰，干扰为稳定的持续干扰。

测试的主要内容共包括：

1）分别测量排流器开启后的交流排流电流、直流排流电流、交流电位、直流电位。

2）排流器断开后的交流电位、直流电位、排流设施的接地电阻、管道的接地电阻、接地材料的自然电位。

3）考察改变接地极的材料与接地电阻，分别考察接地材料为钢钎与铜钎时，对管道直流电位的影响。

4）交换管道、接地极与去耦合器的连接点，考察交直流电位的变化情况。

4.3测试结果

此外，还对去耦合器的作用距离进行了初步研究，研究发现，单一的去耦合器虽然能降低排流点附近的交流电压，但却能使得排流点远处（与接地电阻与土壤电阻率有关）附近的电压升高，部分管段甚至升高较大。因此在管道的交流排流中，应综合现场的干扰情况，有原则的采用去耦合器，才能达到交流减缓的要求。

4、结束语

综合以上，去耦合器主要有以下特点：

1）去耦合器可有效减缓交流杂散电流干扰，在阴极保护的电位范围内，不会流失阴极保护电流或者引入直流杂散电流。

2）去耦合器排流方式对接地材料的要求较低，只要接地电阻满足相关要求，即可有效排流。一般情况下，废旧的牺牲阳极，套管，其他的接地材料等都可作为接地极。需要注意的是，接地极不能连接到高压输电线路的杆塔接地上，因为在雷电或者高压输电故障时，容易将故障电流引至管道。

3）去耦合器具有较好的抗雷电与故障电流冲击性能。

4）由于安装一个去耦合器排流设施后，会影响交流电压的重新分布，因此，建议排流实施应采取分布设计与施工，辅以同步测试的方法，根据排流后确定下一个排流点的施加位置，这样可做到有的放矢，有效投资。

鉴于去耦合器排流技术的上述优点，可在管道的交流干扰减缓中推广应用。