川气东送安徽、浙沪段杂散电流干扰的检测与防护

潘 晨

（中石化节能环保工程科技有限公司，湖北 武汉 430223）

0 引言

川气东送管道工程西起川东北普光首站，东至上海末站，全长约1700km，管径Φ1016，设计压力10MPa；管道全线采用外防腐层与阴极保护相联合的保护措施。该管线外防腐层采用三层PE，阴极保护采用强制电流阴极保护。

此段管线投产至今，长期以来受到杂散电流干扰，严重影响了管道阴极保护的正常运行，使管道安全存在重大隐患。由于安徽、浙沪局部管段存在着严重的杂散电流干扰，需要进行排流整改。为做好排流整改工作，先对管线杂散电流腐蚀状况进行了全面的检查，根据检查的结果制定排流方案。

1 杂散干扰危害

杂散电流通过邻近的防腐层良好的管道网络可以传送到几公里以外的地方，杂散干扰电流会对邻近的地下金属管线/地下结构产生非常有害的影响。杂散电流干扰的危害表现在：在管道的杂散电流流出点，管体会受到强烈的腐蚀。若不采取合适的治理措施，这种干扰致使管道的管体在很短的时间内腐蚀穿孔，发生管道安全事故。

川气东送干线管道安徽、浙沪分部管段，自十字镇到嘉兴站，每月下旬会出电位波动现象，严重影响了管道阴极保护的正常投用，因此本次针对受干扰管道进行了详细的杂散电流检测。

2 直流杂散电流检测

2.1 管道干扰程度调查

根据现场测量，管道管地电位在-2.9～+1.3V之间波动，正向偏移远大于100mV的判据，因此，应采取直流干扰防护措施。

2.2 直流杂散电流检测实施过程

采用表1中的仪器在管道、高压线、换流站周围进行电场和电位梯度的测量，确定干扰源与受干扰管道电位变化的相关性。

表1 检测应用仪器

3 直流杂散电流检测数据及结果

3.1 各管段电位同步检测结果

对十字镇分输站、十字镇分输站至晏公殿阀室、晏公殿阀室至杨家冲阀室、杨家冲阀室至后林村阀室进行了管地电位的同步检测，具体如图1～图4所示。通过专业波形分析比较软件，四处波形相似度90%以上，基本可以证明十字镇至后林村阀室段管地电位变化趋势一致，为同一干扰源所致。

图1 十字镇分输站管地电位波形图

图2 十字镇分输站至晏公殿阀室管地电位波形图

图3 晏公殿阀室至杨家冲阀室管地电位波形图

图4 杨家冲阀室至后林村阀室管地电位波形图

3.2 直流干扰源确定

根据当地电力公司提供，安徽省境内有林峰线500kV直流输电线路，±800kV复奉线直流输电线路，±500kV宜华直流输电线路等。管道与高压线第一次交叉是在十字镇下游1392号桩附近。

为确认是否为高压输电线路对管道造成干扰，对管道和高压线附近进行了电位梯度的测量和比较分析，选取点为杨家冲阀室前后，该位置管道与多条高压直流输电线路平行，平行间距约400m。

管道附近的电位梯度为：平行0.5mV/m，垂直3.1mV/m。

高压线附近的电位梯度为：平行0.4mV/m，垂直4.0mV/m。

比较两者电位梯度，大小有所差距，方向基本一致。

对上海末站附近奉贤、华新等换流站做了电位梯度测量，管道无干扰时，该段几处换流站周围电位梯度非常小；管道有干扰时，已对华新换流站周围（约5km距离，多处测量）做了电位梯度的测量，电位梯度为5.1mV/m，方向大体指向上海末站。

与周围甬沪宁、苏南、港化燃气等管道管理部门做了初步沟通，处于换流站周围管道受干扰频率和现象基本一致。

根据调查结果和已测量数据推断，川气东送管道安徽、浙沪分部所受直流干扰源为直流高压输电线路与直流换流站。

4 干扰原理

双极高压直流输电系统采用两根电力线，一根从发电厂连接到用电负荷；另一根回线从用电负荷连接到发电厂。双极高压直流输电系统还有接地电极，从而容许不平衡电流经由大地从发电厂流到用电负荷，或者从用电负荷流回发电厂。这些不平衡电流通常小于100A，可以连续流动几个小时。

当系统出现失常或者在计划例行维修期间，可以通过电力线1或者电力线2输送电流，返回电流可以通过大地流回发电厂。这样可以几千安培的电流经有大地回路流回，从而造成地下河水下管道及设施的直流干扰。由于正负极均有接地漏电的可能，因此电流方向有可能变化，及受干扰管道的正负可能存在变化。电流流入管道的位置，管地电位负向偏移，电流流出管道的位置，管地电位正向偏移。

5 直流杂散电流干扰治理建议

5.1 直流排流方式的选择

本管道部分管段受到不同程度的直流干扰，因此应进行直流杂散电流排流，一般直流杂散电流排流有直接排流、极性排流、强制排流和接地排流四种方式。

根据本管道受干扰情况调查，基本确定为直流输电线路干扰，但该干扰很难使用直接将管道与高压线塔连接的方式排流，因此，排流方式为接地排流结合强制排流的方式。使用接地排流，安装牺牲阳极地床，抑制管道电位过于偏负的趋势。使用强制排流，使用阴保站恒电位仪，给管道施加阴极保护电流，抑制管道电位偏正的趋势。

5.2 直流排流点的选择

一般直流干扰中，杂散电流从管道破损点流入，流经管道，从管道破损点流出，电流流入点电位偏负，电流流出点电位偏正。应当在流入点做静电屏蔽，改善防腐层质量，减少杂散电流的流入；应当在流出点做接地排流，使大部分杂散电流通过接地床流入大地，减少防腐层破损点的泄漏电流对管体的腐蚀。

在阴保场站做单侧接地，试验排流效果。经测量，管道内直流杂散电流最大值约4.2A，杂散电流流出点管道电位可达+1.3V，在该点做接地排流试验，接地电阻约5Ω。做接地排流试验时，测得管到电位从+1.3V变为-0.5V，接地体电位从-0.7V变为-0.5V，排流电流为1.7A，排流效果明显。

根据已有检测数据，建议在十字镇、杨家冲阀室、湖州和嘉兴四个点站场阀室附近做接地排流和强制排流。

图5 接地排流接线原理图

5.3 排流措施

强制排流使用十字镇、湖州和嘉兴站恒电位仪，抑制管地电位偏正的趋势；接地排流使用各处的接地阳极，减小从破损点流入管道的杂散电流数量，一致管道电位偏负的趋势；选在十字镇站、杨家冲阀室、湖州站、嘉兴站汇流点外30～40m处，使用锌合金牺牲阳极，接线原理如图5所示。

采用多支阳极并联使用，选用同一炉号或开路电位相近的阳极。

阳极埋设方式按轴向和径向分为立式和水平式两种。一般情况下阳极距管道外壁3～5m，最小不宜＜0.5m，埋设深度以阳极顶部距地面不＞1m为宜。成组布置时，阳极间距以2～3m为宜。

阳极应埋设在土壤冰冻线以下。在地下水低于3m的干燥地带，阳极应适当加深埋设；埋设在河床中的阳极应避免洪水冲刷和河床挖泥清淤时的损坏。

在布设阳极时，注意阳极与管道间不应存在有金属构筑物。

上述措施的正确实施，可以有效地治理当前的杂散电流对该区域内管道造成的危害，有效地控制该区域内的管道腐蚀危险，确保管道能够安全、正常运行。

6 结语

由于常见的杂散电流干扰源增多，严重危害到埋地管道的安全。可以综合利用目前已有的杂散电流存在及干扰源定位的检测判断方法，进行杂散电流下的防护与排流。川气东送安徽、浙沪段说明了杂散电流的检测、判断方法和排流改造。

结合目前国内管道工程经验，可通过锌阳极接地排流解决直流干扰。

在此，感谢天津市嘉信技术工程公司对川气东送安徽、浙沪段排流工程的技术支持。