基于SCM系统的动态杂散电流检测方法研究

邓佳丽

(山东实华天然气有限公司，山东青岛 266071)

0 引言

轨道交通建设、高压交直流输电线路的敷设以及其他大型用电设施的投用，使得城市地下管网所处的电力环境越来越复杂，对埋地钢质管道的影响也越来越严重[1]。

国内杂散电流环境的日益复杂，导致杂散电流对埋地钢质管道的影响也日益严重。对于敷设于杂散电流干扰影响区域内的钢质管道，由于管道本身防腐保温层存在弱而稳定的导电性，且在下沟覆土或顶管穿越过程中因施工过程中可能会损伤等原因使得杂散电流在流经该区域时会选择导电性能与土壤相比更好的钢质管道作为电流通路，在杂散电流流出点，管体发生电化学腐蚀，影响管道的安全运行[2]。

1 受检管道介绍

本次动态杂散电流检测区域为某燃气公司所属一段中压燃气管道，管道全长约10 km。依据运行管理单位提供的基础资料，该管道经过多次改建，埋设有2处钢塑转换接头，管道规格为Φ325×7 mm。该管道经过商业核心区道路，约2 km管段与市区高架铁路轨道交叉，且与地铁1号线并行。该段管道易发生杂散电流干扰。

运行管理单位在日常管地电位测量时发现，与地铁1号线并行的管段管地电位波动值为300 mV，在管道全线测量交流电压，数值<1 V，初步判定该2 km管段受到杂散电流干扰。由于检测设备和检测方法的局限，不能对干扰源、管线上杂散电流分布，特别是杂散电流的流入点、流出点得出明确的结论，因此不能准确对该管段的动态杂散电流干扰提出相应的处理建议。

为了查明该管段的杂散电流干扰产生的原因及分布情况，并提供有效的解决方案，对该区域管道开展杂散电流检测。

2 检测的实施过程

实施动态杂散电流综合检测是复杂的系统工程。特别是要找出动态杂散电流干扰源以及受干扰管段的电流流入点、流出点，必须了解管道的敷设环境、管道周边可能对管道产生干扰的设施分布情况，以及干扰区段内管道防腐层的漏点分布状况等[3]。

2.1 测试管道杂散电流并初步判定干扰源

在开始实施动态杂散电流检测前，收集被干扰管道及疑似干扰源的基础资料，依据收集的资料分析管道所处环境产生各类干扰的可能性，同时制订详细的检测方案。

首先对该管道实施管道路由测绘和防腐层缺陷点查找，然后在管道沿线进行杂散电流普查工作。通过现场检测发现管道沿线交流电压值均小于1 V，依据GB/T 19285—2014《埋地钢质管道腐蚀防护工程检验》得出交流干扰程度为“弱”，可不采取交流干扰防护措施。管道的土壤表面电位梯度在与地铁1号线并行的管段>2.5 mV/m，且管地电位波动幅度>100 mV；其他管段的土壤表面电位梯度均<1 mV/m，管地电位波动均<50 mV。综合分析得出，该管道与地铁1号线并行的管段直流杂散电流干扰严重，其他管段干扰较小。

通过对周围干扰源的调查，以及杂散电流普查结果的分析，初步判定干扰源为地铁1号线及其沿线附属设施。

2.2 检测应用的设备

本次检测应用的设备主要有SCM杂散电流检测感应板3套、RD-PCM管道电流测绘系统1套、IPL瞬时电位记录仪2台、笔记本电脑3台、万用表1个以及其他附件(参比电极、地极线、地极钎、小工具等)。

2.3 SCM动态检测的实施过程

本次检测工作历时7 d。管道沿线有2处钢塑转换接头，直流杂散电流干扰段为中间段。前期主要是资料收集、管线定位、防腐层缺陷点查找以及杂散电流普查，之后依据前期获取的数据信息，开展杂散电流流入点、流出点和干扰源的查找[4]。

杂散电流普查阶段进行了管地电位、土壤表面电位梯度、交流电压及土壤电阻率的测取。依据普查数据确定了布设基准SCM杂散电流检测感应板的位置，在基准感应板摆放位置前后分别以300 m的间距布放移动SCM杂散电流检测感应板。基准感应板的测试时间为24 h，移动感应板的测试时间为1～2 h。

基准感应板摆放位置位于4#点，如图1所示，对应8组移动感应板测量。实测基准感应板数据1组，移动感应板数据8组，共获取数据9组。

图1 SCM杂散电流检测感应板位置及杂散电流测试数据分布示意图

对检测数据分析，判断杂散电流的流入点、流出点，同时判断干扰来源，在地铁17 kV供电调压柜接地设施附近摆放1块感应板，通过所采集数据与4#点基准感应板采集的数据对比分析，判断干扰源是否为地铁1号线及其附属设施。

3 检测结果分析

将检测结果与管道走向示意图结合，得出管道上的杂散电流在管道上的分布状况，如图1所示。由杂散电流分布示意图可知，整段管道均存在杂散电流影响，在管道两侧钢塑转换接头方向的1#、9#点杂散电流逐渐降低。杂散电流在4#、5#点之间位置流入，在2#、3#点和7#、8#点之间位置流出。

由24 h监测数据图可以发现在22:30至次日6:30，管道感应电流波动值很小，在其他时间感应电流波动值变化明显，如图2所示。该监测数据一方面证明杂散电流的真实存在和杂散电流干扰的严重程度；同时也与前期检测人员对现场勘察时做出的推断相吻合，即杂散电流存在的时间段与地铁1号线的运行时间段保持一致。

图2 基准SCM杂散电流检测感应板24 h监测数据图

为进一步验证4#、5#点之间的管道杂散电流来源为地铁1号线及其附属设施，将地铁17 kV供电调压柜接地设施附近放置的SCM杂散电流检测感应板所测数据与4#点处基准SCM杂散电流检测感应板数据进行相关性分析，得到如图3所示结果，相关性为85.77%，充分证明了4#、5#点之间的杂散电流主要来源为地铁1号线及其附属设施。

图3 疑似干扰源数据与4#点管道杂散电流数据相关性分析图

将3#、5#、6#和7#点所获取的监测数据分别与4#点基准SCM杂散电流检测感应板数据进行相关性分析，相关系数分别为82.75%、82.16%、70.96%和70.12%。通过各测点与基准感应板数据的相关性分析结果表明，该管段杂散电流为同一干扰源。数据分析结果表明杂散电流流入点位于4#、5#点之间，通过交流电位梯度法(ACVG)检测此管段，未发现防腐层缺陷，但在该管段有阀井1处，阀井中管道防腐层有剥离现象，管道法兰未进行防腐处理，同时管道法兰与土壤直接接触。杂散电流流出点位于2#、3#点和7#、8#点之间管段，交流电位梯度法检测结果显示，在2#、3#点和7#、8#点之间管段各有1处防腐层破损点。由此判断4#、5#点之间管段的阀井为杂散电流流入点，杂散电流流出点分别位于2处防腐层破损点位置。为进一步验证判断结果，分别在阀井和2处防腐层破损点前后布设SCM杂散电流检测感应板，监测结果显示符合杂散电流流入点和流出点的数据表征，为检测结果的可靠性提供参考。

4 结论

通过此次动态杂散电流检测，充分验证了SCM杂散电流检测系统对于埋地钢质管道动态杂散电流检测的有效性。由于动态杂散电流随着时间变化而不断波动，如果检测数据不存在公共时间段，则检测结果可能会出现较大偏差，甚至得出错误的判断。因此要求在实施动态杂散电流检测的过程中需要由多个SCM杂散电流检测感应板配合使用，目的是使采集数据在采集时间上存在共同时段，具备可比性，尽可能避免检测时间对结果分析的影响。同时，将SCM杂散电流检测感应板布设于疑似干扰源设施附近采集的数据与布设于管道上方的监测数据进行相关性分析，能够为干扰源的准确判断提供参考。另外，使用RD-PCM管道电流测绘设备测得管道沿线路由和管道防腐层情况，可以使SCM杂散电流检测感应板的监测数据更准确，对动态杂散电流流入点、流出点的判断也有帮助。

本次动态杂散电流检测达到了预期的检测效果，运行管理单位根据本次检测结果结合现场检测管道防腐层状况，将对该段管线的杂散电流干扰进行有针对性的处理。从而有效地治理动态杂散电流对该管道造成的危害，有效地控制该区域内的管道腐蚀危险，保障燃气管道安全、正常运行。