网状地床在交流杂散电流排流系统的应用

周红涛 李垚璐

（上海道盾科技股份有限公司，上海 200126 ）

0 引言

近些年，随着国民经济的发展与日俱新，经济的发展使能源的消耗也与日俱增，人们的生产和生活对电力的需求也越来越大，电力设施也渗透道路各行各业中，当电力设施与油气金属管道交叉和并行时，通过电阻耦合、电容耦合或电感耦合让金属管道产生了交流电压，交流电压带了交流腐蚀，腐蚀的发生对金属管道的寿命和安全产生了影响，据相关统计，各个国家金属行业的腐蚀破坏造成的经济损失占本年国民经济生产总值的1%～4%，随各国不同的经济发展结构不同和腐蚀控制水平而不同。腐蚀不仅带来了经济问题，也是对资源的浪费，并且为工业安全带来了严重的影响。

1 排交流缓解方案详情

1.1 交流缓解措施比选

埋地金属管道与交流高压输电线路的交叉并行后通过电阻耦合、电容耦合或电感耦合让金属管道产生了交流电压，对此的防护措施有以下几种：

（1）埋地金属管道与高压输电线路的距离增加，尽量大于塔高；

（2）在埋地金属管道与干扰源之间安装交流排流装置；

（3）在受交流干扰段管段上两侧安装绝缘接头。

1.1.1 增加埋地金属管道与高压输电线路的距离

GB/T 50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》中规定，埋地管道与高压交流输电线路的距离宜符合下列要求：

（1）在不受限的空间，金属管道与高压输变电线路杆塔塔基的垂直距离宜不小于杆塔高度；

（2）在受限的空间，金属管道与交流输变电系统的接地极最小垂直距离不宜小于表1的规定。在采取故障屏蔽、接地、隔离等防护措施后，表1规定的距离可适当减小；

表1 埋地管道与交流接地体的最小距离（m）

（3）金属管道与110kV及以上高压交流输电线路的交叉角度不宜小于55°。在不能满足要求时，宜根据工程实际情况进行管道安全评估，结合防护措施，交叉角度可适当减小。

1.1.2 管道上安装交流排流措施

几种常用的接地方式如表2所示。

表2 交流排流常用的接地方式

1.1.3 在管道上安装绝缘接头

在长距离干扰管段的两侧安装绝缘接头，将受交流干扰的管段与未受交流干扰的管段实现电绝缘，可以有效的保护未受交流干扰的管段，对受交流干扰的管段继续采取安装排流措施。

1.2 交流缓解措施选择

扩大埋地金属管道与高压输电线路的距离多应用在管道施工前或沿线电力线路建设前，如果已投用，具体实施难度较大；采用管道上安装绝缘接头的方式需要停工停产，整体造价较高，并且交流电易产生翘边现象，即绝缘接头两侧产生较高的电压，容易对测试人员产生带来危害。管道上安装交流排流措施是目前应用比较多且效果比较明显的方式，但排流接地有多种形式，本文结合管线所在的地理环境以及经济因素，采用固态去耦合器+网状地床的方式进行排流。

2 交流干扰缓解地床设计

交流缓解地床采用镀锌扁钢模块加固态去耦合器，地床尺寸为12×12m，距离管道大于2m，埋深1.5m，尽量保证与管道同深，如安装多组地床时，地床之间间距大于5m，如地形受限，可适当调整。地床材料为热镀锌扁钢，型号：40×4mm，地床的每个节点安装一支1m长的垂直接地极，垂直接地极为热镀锌角钢，型号：50×50×5mm，如图1所示。

图1 网状地床示意图

3 案例介绍

3.1 工程概况

某原油管长205km，规格为Φ377×7mm、材质为X52，采用石油沥青防腐层。阴极保护选用外加电流保护系统，共设有7座阴保站，管线沿途与高压输电线路多次交叉并行。根据GB/T 50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》和《管道阴极保护系统和杂散电流干扰腐蚀调查与评价检测评价报告》，管道共检测交流干扰195处，评价交流干扰 “弱”等级有147处，评价交流干扰“中”等级有43处，评价交流干扰“强”等级有5处。本次针对检测中交流干扰判定为“强”（交流电流密度大于100A/m2）的点进行排流缓解措施，确定采用固态去耦合器+网状地床的排流方式。

3.2 排流目标

在管道所在地的土壤电阻率高于25Ω.m时，交流电流密度小于60A/m2；在管道所在地土壤电阻率低于25Ω.m时，管道交流电压任何时候都不能超过4V。

3.3 交流防护地床设计计算

参考PRCI Catalog No.L51835e《交流缓解与预测技术》，防护处理后交流干扰电压应小于4V，我们以排至2V为标准。

（1）排流地床计算：

根据：

Vmit为排流的目标电位，V；

V0为交流干扰电压，取实际值V；

|Z|为管道的特征阻抗，Ω；

R为地床的接地电阻，Ω；

而|Z|与管道防腐层及管道接地电阻有关，短距离内不会有很大变化。既而我们选取一个点做测量，先计算出|Z|，进而可得所需排流地床的电阻。

在管道边打一接地极作为临时排流地床用，将该地极接到管道上，可以测出断开和合上该地极，管道对参比电极（Cu/CuSO4）的交流电压V0及Vmit，同时用三极法可测得该接地极的接地电阻R地极。

由式（1）可得：

求得目标地床电阻R地床：

又：

R为水平地床接地电阻，Ω；

ρ为土壤电阻率，Ω·m；

L为接地极长度， m；

h为接地极埋深，取1.2m；

d为接地极直径，取0.15mm。

ρ采用四极法测得，将0.83R地床带入式，可得接地极长度L。

根据式（2），计算将交流干扰电压降至≤2V时所需的缓解地床的接地电阻，然后根据式（2）计算所需缓解地床的数量。

水平接地极为主边缘闭合的复合接地极（接地网）的接地电阻计算：

式中：

Re为等效（即等面积、等水平接地极总长度）方形接地网的接地电阻（Ω）；

S为接地网的总面积（m2）；

d为水平接地极的直径或等效直径（m）；

h为水平接地极的埋设深度（m）；

L0为接地网的外缘边线总长度（m）；

L为水平接地极的总长度（m）。

交流杂散电流缓解方案地床安装位置及数量如表3所示，共计16处位置安装缓解地床，需排流地床16个。

表3 交流干扰缓解地床计算

3.4 设备性能参数（如表4所示）

表4 固态去耦合器技术参数

3.5 排流效果测试

工程实施完成，排流系统稳定的工作1个月后，利用UDL2数据记录仪进行24h连续测试，测试结果如表5所示。

由表5可看出，排流后的交流电压均小于4V，交流密度均小于30A/m2，达到预期排流目标。

表5 排流效果测试

4 结语

（1）固态去耦合器+网状地床排流方式应用面广，适用多种环境；

（2）网状地床占地集中，易于协调，经济效 益高；

（3）网状地床施工区域小，易于监护，第三方破坏的可能性降低，安全系数高；

（4）网状地床接地电阻极低，排流效果非 常好。