交流输电线路对管道路由选择的影响及对策

2015-04-13张四清谢辉春

江汉石油职工大学学报 2015年4期

张四清，谢辉春，刘学，孙魁

（1.中石化江汉石油工程设计有限公司，湖北武汉430223；2.国网电力科学研究院，湖北武汉430074，3.中国石化集团江汉石油管理局水电厂，湖北潜江433123）

引言

高压输电线路对附近的埋地管道会产生电磁干扰。随着我国能源工业的发展，高压输电线路、油气管道建设不断加快。因地理条件限制，高压输电线路与埋地油气管道交叉、近间隔长距离并行经常发生，高压交流输电线路对管道的电磁干扰问题不可避免存在。较强的电磁干扰，不仅对管道阴极保护系统产生影响，增加管道腐蚀速度，而且会大大提高其排流的难度，采用常用的排流措施难以达到标准要求。因此，在输电线路或管道选线时，优化输电线路和管线的路由，将管道的交流干扰降到合理水平，减少下一步排流难度十分必要。

1 输电线路对管道电磁干扰规律及线路优化对策

影响输电线路对其附近埋地金属管道电磁感应水平的影响因素很多。因每个工程管道特性参数、输电线路特性参数是固定的，而输电线路及管线线路选线具有一定的灵活性。因此，根据不同参数变化的影响规律，调整输电线路或管道的路由，改变其并行接近参数，降低其干扰水平，对实际管道工程的路由优化具有指导意义。本文主要探讨输电线路与管道交叉角度、并行长度及并行间距等主要相关参数对干扰的影响规律，以及可采取的相应对策。

1.1 交叉角度对管道交流干扰的影响及线路优化对策

固定其他特征参数，在高压输电线路电流1kA时，为分别计算分析了管道和单回、同相序双回路、逆相序双回路输电线在交叉角度为0°至90°间变化时的最大干扰电压变化规律。

1.1.1 单回线路与管道交叉角度对管道电磁干扰的影响

单回线路与管道交叉时，对管道干扰电压的变化规律如图1所示。

图1 交叉角度与最大管道干扰电压的关系

管道与单回路输电线路交叉时，管道所受干扰水平随交叉角度增加，迅速增加，3°左右达到最大值。再随角度增加，最大干扰电压迅速降低。最大干扰电压在交叉角度超过10°后，变化幅度减小。最大干扰电压在交叉角度超过35°后，变化趋于平缓。

1.1.2 同相序双回线路与管道交叉角度对管道电磁干扰的影响

同相序双回路输电线路与管道交叉时，对管道干扰电压的变化规律如图2所示。

图2 交叉角度与最大管道干扰电压的关系（同相序）

管道与同相序双回输电线路交叉时，最大干扰电压先随角度增加急剧降低。相同情况下，同相序双回输电线路最大干扰电压为单回路的4倍。最大干扰电压在交叉角度超过10°后，变化幅度减小。超过20°后，最大干扰电压变化趋于平缓。

1.1.3 逆相序双回线路与管道交叉角度对管道电磁干扰的影响

逆相序双回路输电线路与管道交叉时，对管道干扰电压的变化规律如图3所示。

图3 交叉角度与最大管道干扰电压的关系（逆相序）

逆相序双回线路与管道交叉角度对管道所受干扰的影响规律及电位分布情况与单回路类似，仅在干扰电位大小上存在差异。相同情况下，逆相序双回线路最大干扰电压为单回路的1／3左右。

1.1.4 交叉角度优化对策

由于同相序双回路输电线路的电磁干扰远远大于逆相序双回路，现在输电线路全部为单回路或逆相序双回路。单回路或逆相序双回路输电线路与管线交叉角度对管道的最大干扰电压变化规律相似，最大干扰角度为3°，最小干扰角度为90°。交叉角度为3°～10°时，随角度增加，最大干扰电压急剧降低。交叉角度为10°～35°时，随交叉角度增加，最大干扰电压下降明显。交叉角度为超过35°时，随交叉角度增加变化比较平缓。因此，输电线路或管线选线时，应采取如下对策：

1）尽量增加其交叉角度，交叉角度一般应≥35°；

2）避免出现≤10°的小角度交叉；

3）严禁出现3°左右的交叉。

1.2 线路与管道并行长度对管道电磁干扰的影响及线路优化对策

固定其他特征参数，在高压输电线路电流1kA时，考虑各种回路输电线路与管道间距50m，分别计算并行长度在0.5～40km变化时，管道干扰电压的变化规律。

1.2.1 单回线路与管道并行长度对管道电磁干扰的影响

单回输电线路对管道干扰电压的变化规律如图4所示。

图4 并行长度与最大管道干扰电压的关系（单回）

随着与单回输电线路并行长度的增加，管道上感应的干扰电压最大值先逐渐增加，当并行长度达到某个极限位置时，该电压达最大。随后管道上感应的交流干扰电压稍有减小，最终趋于稳定。

1.2.2 同相序同塔双回输电线路与管道并行长度对管道电磁干扰的影响

相同情况下，双回路（同相序）对管道干扰电压的变化规律如图5所示。

图5 并行长度与最大管道干扰电压的关系（同相序）

同相序变化规律与高压单回输电线路相似。最大管道干扰电压为单回路的110%，比较接近。

1.2.3 逆向序同塔双回输电线路与管道并行长度对管道电磁干扰的影响

相同情况下，双回路（逆相序）对管道干扰电压的变化规律如图6所示。

图6 并行长度与最大管道干扰电压的关系（逆相序）

逆向序变化规律与高压单回输电线路相似与单回路或同相序相似。最大管道干扰电压为同相序的5／13，单回路干扰电压的4／10。

1.2.4 并行长度优化对策

对于各种回路输电线路，其与管道的并行长度对管道的最大干扰的变化规律为：并行长度≤5km时，最大干扰电压直线上升；5～10km，逐渐上升，直至最大值；≥10km时，先缓慢下降，再逐步稳定。因此在输电线路和管线选线时，应采取如下优化对策：

1）当输电线路和管线无法避开，并行长度≤10km时，应尽早避开，以减小交流干扰；

2）当输电线路和管线无法避开，并行长度≥10km时，可以长距离并行，无须采用其它避让措施。

1.3 线路与管道间距对管道所受干扰的影响及线路优化对策

由上节可知，并行长度为10km时管道交流干扰最严重，因此本节固定其他特征参数，在高压输电线路电流1kA时，输电线路与管道间并行长度为10km，分别计算两者间距在0.005～2km变化时，管道干扰电压的变化规律。

1.3.1 单回线路与管道并行间距对管道电磁干扰的影响

单回输电线路对管道干扰电压的影响规律如图7所示。

间距增大，管道干扰在离单回输电线路100m区域内先急剧增大后急剧减小，100～200m变化较大，200m后变化平缓。

对于高压单回三相水平排列而言，管道所受交流干扰在平行间距接近线高处出现最大值，因此尽量避免在近距离与交流输电线路并行。

图7 间距与最大管道干扰电压的关系（单回）

1.3.2 同相序双回线路与管道并行间距对管道电磁干扰的影响

相同情况下，双回路（同相序）对管道干扰电压的变化规律如图8所示。

图8 间距与最大管道干扰电压的关系（同相序）

输电线路同相序排列时，管道交流干扰随间距增大而逐渐递减。急剧变化区在100m以内。超过200m后，最大干扰电压趋于稳定。干扰最大值为接近单回路两倍。

1.3.3 逆相序双回线路与管道并行间距对管道电磁干扰的影响

相同情况下，双回路（逆相序）对管道干扰电压的变化规律如图9所示。

输电线路逆相序排列时，管道交流干扰与单回路相似，随间距增加先增大后减小，峰值出现在30m附近。干扰最大值为接近单回路0.5倍。

逆相序时由于相位不同的抵消效应，使得干扰较之同相序小，而空间与相电流变化的综合效果使得逆相序线路并非在线路正下方管道电位达最大，而是在某个间距值达最大。

图9 间距与最大管道干扰电压的关系（逆相序）

1.3.4 并行间距优化对策

因同相序双回路干扰大，输电线路均不采用该方式。对于单回路或逆相序双回路输电线路，其与管道的并行间距对管道的最大干扰的变化规律为：随着二者并行间距增加，最大干扰电压直线上升，在间距与平均线高处达到最大值；随着二者并行间距继续增加，至间距为100m左右时，又急剧下降。当间距为100～200m时，最大干扰电压缓慢下降。因此在管线选线时，应采取如下优化对策：

1）应增加管线与高压输电线路并行间距，间距应≥200m。

2）当并行间距较小时，应尽量≥100m。

3）严禁管线与输电线路的并行间距接近平均线高。