某机场机坪管网阴极保护系统杂散电流干扰检测及相关研究

李 岚 於 涛

（1. 中国航空油料有限责任公司云南分公司，云南 昆明 650200；2. 青岛海诚油气技术有限公司，山东 青岛 266041）

0 引言

目前，随着城市的发展需求城市地铁项目已经开始在各大城市建设，其中地铁路线一般直接通往机场。我国的地铁运行采用直流电力牵引的方式，建成的地铁供电系统一般采用1500v的架空接触网供电，地铁运行过程中，有一部分电流会通过走行轨泄漏至大地，形成杂散电流[1]。当铁轨附近存在埋地金属构筑物（如埋地的钢质输油管道等）时，由于地下金属管道对地绝缘并不充分，则一部分杂散电流将流入地下管道形成干扰电流，再在变电所附近的管地电位较低处流出进入大地，返回变电所负极。由于地铁是移动负荷，在启动、运行、制动等状态下，负荷电流都在变化，而且在一条线路上往往会同时运行着多辆列车，机坪管网在受到如此复杂的杂散电流干扰时管道电位会出现频率高、幅度大的波动，导致管道阴极保护系统不能正常运行。地铁牵引系统示意图如图1所示。

图1 地铁牵引系统示意图

某机场机坪管网始建于91年，管道建设先后分为一期、二期、三期三部分，长度分别为18km、15km、30km，其中一期管道外防腐层采用环氧煤沥青，二、三期采用3PE结构。全部管网均采用牺牲阳极保护系统，前期机坪管网阴极保护系统运行正常，从16年7月份开始管网电位出现异常波动，并且电位波动的频率高、幅度大。为确保机坪管网的长期安全运行和使用寿命，对其进行现场检测和分析，确认管道受到了新开通机场地铁的直流杂散电流干扰。

1 管道电位波动检测准备

1.1 管道电位波动分析

管道电位在不受干扰的环境下一般处于稳定状态，若管道电位持续波动，则表明管道受到来自外界杂散电流的干扰。为确定杂散电流干扰的来源、评估机坪管网各处干扰程度，需要对机坪管网不同位置的管道电位数据进行采集监测，并对管网路由附近土壤电位梯度进行普查。

1.2 检测仪器设备

本次管道杂散电流干扰检测及管网路由附近的土壤电位梯度普查用到的主要检测仪器设备如表1所示。

表1 直流杂散电流干扰检测的主要仪器设备

2 测试过程及分析

为确定杂散电流干扰源及管网各处受干扰的影响程度，本次检测对机坪管网不同位置的管道电位分别进行10min及24h的持续电位数据采集测试[1,2]。测试中选用自动储存式UDL2数据记录仪，可设定采集数据时间间隔，在10min采集中设定的时间间隔为5s时，24h持续监测中设定的时间间隔为15s。

本次测试过程中首先从8处测试点中选出2处具有代表性的测试点，进行24h持续性监测，它们分别是：3Z8（停机坪下方地铁线），3Z1（新、旧管道搭接处）；其中3C148、3Z7、3Z9、3Z4、UZ-2、M37测试点分别进行10min的管道电位数据持续采集。

2.1 机坪区域不同位置测试点电位测试分析

机坪管网区域3C148、3Z7、3Z9、3Z4、UZ-2、M37测试点处数据记录仪10min采集的管道保护电位波动变化趋势图分别如图2～图7所示，采集时间间隔均为5s。

图2 3C148测试点管道测试电位变化趋势图

图7 M37测试点管道测试电位变化趋势图

图3 3Z7测试点管道测试电位变化趋势图

图4 3Z9测试点管道测试电位变化趋势图

图5 3Z4测试点管道测试电位变化趋势图

图6 UZ2测试点管道测试电位变化趋势图

观察以上6个位于机坪不同位置测试点的管道电位波动变化趋势分布图，可以发现各个测试点的电位均出现了频率高、幅度大的波动，并且距离地铁越近的测试点电位波动幅度会更大一些。表明整个机坪管网均遭到了严重的直流杂散电流干扰，而导致管网保护电位出现幅度较大的波动，阴极保护系统基本处于欠保护状态[3]。

2.2 管道电位24h不间断持续监测分析

机坪管网中地铁附近的测试点：3Z8（停机坪下方地铁线路）与3Z1（新、旧管道搭接处），分别进行24小时不间断持续监测，两处数据记录仪在同一时间段内采集管道电位数据，采集时间间隔均为15s。两处测试点24h的管道电位变化趋势图如图8、图9所示。

图8 3Z8测试点24h不间断监测电位变化趋势图

图9 3Z8测试点24h不间断监测电位变化趋势图

分别观察上面机坪两处不同位置测试点24h不间断监测管道电位变化趋势图，可发现二者均存在一段时间管道电位停止了波动，而且稳定在-0.95v左右，进一步发现两者停止波动的时间段均在凌晨1:00～6:00左右。而机场方向地铁11号线每天的发车时段为6:28（首班）～00:00（末班），末班车到达目的地停运时间在凌晨1:00左右，这与管道电位停止波动的时间段完全吻合，并且地铁线上方的3Z8测试点在地铁运行时段电位波动幅度比更大，基本证明了机坪管网所受的主要杂散电流干扰源为地铁。

2.3 管网路由土壤电位梯度情况普查

大地中若存在大量的杂散电流，必然会引起大地电位梯度[2]的变化。利用测量管道周围杂散电流的状况，可判断土壤是否存在杂散电流以及其严重程度，也可以判断管道是否受到杂散电流的干扰。受机坪现场条件限制，对管网路由中比较有代表性的10个测试点的电位梯度进行测试。机坪管网路由土壤电位梯度测试数据如表2所示。

表2 机坪管网土壤电位梯度

土壤电位梯度测试数据显示整个机坪管网各处均受到不同程度的杂散电流干扰，管网总体处于严重的干扰区域，其中管线与地铁交叉的区域干扰较严重，机坪管网需要采取直流干扰防护措施。

2.4 问题与分析

管道电位数据测试中，在机坪3C148、3Z7、3Z9、3Z4、UZ-2、M37等不同测试点的电位波动幅度大、频率高；其中在3Z8（停机坪下方地铁线）与3Z1（新、旧管道搭接处）两个测试点的24h持续监测数据变化趋势图显示管道电位在凌晨1:00～6:00的时间段内（地铁停运）基本处于稳定状态，以及土壤电位梯度测试数据均表明机坪管网受到了外界地铁为主要杂散电流干扰源的严重干扰，并导致管网阴极保护[3]系统不能正常工作。

外界强大的地铁直流干扰腐蚀一般集中在机坪输油管道的局部位置，往往集中于防腐层的缺陷部位，大的杂散电流使被干扰管道在短时间内发生点状坑蚀，容易造成管道腐蚀穿孔泄漏事故。为保障管道的安全运行，应对流入管道的杂散电流采取排流措施，同时整改不能正常工作的机坪管网阴极保护系统，确保整个管网系统处于阴极保护状态中。

3 结语

机坪管网所受杂散电流的主要干扰源为地铁，且机坪管网各处均受到较为严重的直流干扰，尤其是管线与地铁交叉的区域；干扰后的机坪管网阴极保护系统基本处于欠保护状态。

针对受地铁干扰的管道采取以强制排流站为主、接地排流为辅的联合排流方式将流入管道中的杂散电流排出；并且对机坪管道网错综复杂、电流分布不均匀等特点，可以采取馈电试验合理布置排流站的位置，确保排流效果最佳，整个管网系统得到有效的保护。