董家口-平度管道交流干扰模拟计算及效果评价

王 朋 张培洲 姜庆雷

（山东莱克工程设计有限公司，山东 东营 257000）

0 概述

伴随电力系统、电气化铁路及能源基础设施的大规模建设，埋地长输油气管道与高压输电线路、电气化铁路长距离伴行、小角度交叉的情况日益频繁、普遍。当高压交流输电线路或交流电气化铁路与埋地管道并行或交叉时，由于电力系统的感应、传导及耦合作用，会对埋地管道造成交流干扰影响。增加管道的安全和腐蚀风险[1]。

董家口-平度管道干线长度137km，管道规格Φ1016，钢管材质L485M，设计压力8.0MPa。管道采用三PE防腐，管道沿线与多条高压交流输电线路和电气化铁路并行、交叉，存在明显的交流干扰风险。笔者通过开展现场调研检测、结合现行标准要求进行交流干扰影响分析评估，并借助CDEGS软件进行杂散电流干扰影响模拟分析与缓解方案设计。

1 董家口-平度管道交流干扰检测与评估

1.1 管道及沿线土壤电阻率信息

董家口-平度管道干线管道基本信息统计表如表1所示。

董家口-平度管道沿线的土壤电阻率信息如表2所示。

1.2 杂散电流干扰源信息

董家口-平度管道沿线电压等级≥110KV以上的高压输电线路共计27条；管道与输电线路伴行总长度约90km；交叉共计38次。沿线高压交流输电线路的基本信息如表3所示。

为保证CDEGS软件模拟计算的准确性，调研上述输电线路的年最大负载、杆塔类型、导线及相序排列方式、导线类型、杆塔接地电阻等信息。

表1 董家口-平度管道干线基本信息

表2 管道沿线土壤电阻率数据表

表3 管道沿线高压输电线路（≥110KV）统计表

2 管道交流干扰检测与评估

董家口-平度管道沿线交流干扰电压数据曲线如图1所示。测试期间管道沿线交流干扰电压在0.03～29V之间，干扰电压峰值出现在36#测试桩为29V。交流干扰电压＞15V的管段集中在与500KV照琅I、II线、500KV东泽和东涝I、II线伴行段。

管道交流电压及交流电流密度评估指标规定如下：

（1）根据NACE SP 0177的规定，管道受交流干扰影响，其感应电压的安全值为15V；

（2）根据GB/T 50698-2011的规定，当管道上的交流干扰电压≤4V时，可不采取交流干扰防护措施，＞4V时，应采用交流电流密度进行评估。电流密度评估指标如表4所示。

图1 管道沿线交流干扰电位曲线

表4 交流干扰程度的判断指标[3]

现场测试董家口-平度管道沿线交流干扰电压为29V，NACE SP 0177超出《减轻交流电和雷电对金属构筑物和腐蚀控制系统影响的措施》规定的15V的安全电压限值；且沿线部分管道的交流电流密度大于GB/T 50698规定的100A/m2的限值。

3 交流干扰及缓解措施模拟计算

3.1 模拟软件

本次模拟计算采用加拿大SES公司开发的CDEGS软件工具Right-of-Way模块计算高压输电线路稳态条件下对管道干扰影响，并制定长输管道杂散电流干扰的缓解措施。

3.2 模拟分析计算

3.2.1 干扰影响模拟分析计算

Right-of-way主要的操作步骤包括：设置系统频率及单位；建立系统结构；属性设置；定义线路终端激励、区域。在定义激励的界面中，分别将线路负载换算为有效负载后输入，建立的模型。

当输电线路负载为最大负载的情况下，管道的交流干扰电压曲线如图2所示。

从计算得出的管道交流干扰电压曲线来看，在输电线路年最大负载情况下，管道与500KV照琅I线、照琅II线的伴行交叉段36#桩位置交流干扰电压最大为47.2V。

对比现场检测与模拟计算的交流电压，平管道交流干扰峰值位置基本一致，电位幅值略有差异。但管线总体的电位分布趋势一致，峰值出现的位置接近。

根据模拟计算分析的结果，在年最大运行负载工况条件下，交流干扰电压最大值＞15V，同时交流电流密度＞30A/m2的线路长度为27.8km，因此需要采取排流防护措施。

图2 年最大负载情况下交流电压曲线

3.2.2 缓解措施模拟分析计算

交流杂散电流排流及接地方式主要包括直接接地、负电位接地极固态去耦合器接地等。考虑本工程管道采用强制电流阴保系统保护，为避免阴保电流流失，推荐采用固态去耦合器+带状接地的方式进行排流。在采取缓解措施后，交流电压及电流密度的限定值如表5所示。

在年最大运行负载条件下，利用Right-of-Way软件进行了多种方案的缓解排流措施模拟分析。最终确定在管道沿线设置39处排流装置，敷设接地锌带9.31km，采取上述措施后模拟计算的交流电压曲线如图3所示。

经模拟计算，在首站-平度段管道设置39处排流装置时，管道最高干扰电压为14V，小于NACE SP 0177的规定感应电压的安全值限值15V。同时管道交流干扰电流密度＜60A/m2，满足GB/T 50698的规定。

4 排流措施的实施及效果评价

董家口-平度管道共设计排流点39处，由于工农关系、现场征地等原因，现场实际实施共计37处，其中3处接地形式由与管道伴行的屏蔽接地调整为远距离（≥50m）集中接地。7处与原设计位置存在偏移。排流措施实施后的管道交流电压曲线如图4所示。

表5 缓解后的安全电压及交流电流密度的限定值

图3 设置39处排流措施时的交流干扰电压曲线

图4 采取排流措施后的交流电压曲线

排流措施实施后，管道的交流干扰电压下降明显，电压曲线与模拟计算的结果有一定的相似性，管道整体的交流电压控制在15V的安全电压以下。但由于105#桩-113#桩土壤电阻率较低，管道交流电流密度仍均＞60A/m2。需要进一步的跟踪监测，并对排流装置进行优化。