浅析电气化铁路跨越油气管道的保护

刘万耀

【摘要】电气化铁路跨越油气管道可能会干扰电压危及管道及工作人员的人身安全，引起交流腐蚀并影响阴极保护设备的正常工作。由于电气化铁道、油气管道都是国家的重要经济命脉，任何程度的影响，都会使国家人力、物力大大浪费。因此，需采取经济有效的防护措施，保证油气管道安全。本文分析了电气化铁路跨越油气管道对管道的影响，并提出了保护措施。

【关键词】电气化；油气管道；保护

一、电气化铁路跨越油气管道对管道的影响

为了节约土地资源，电气化铁路和油气管道经常共用同一走廊。因此，在油气管道沿线，往往存在与电气化铁路交叉或平行的情况。电气化铁路的牵引供电系统作为一种特殊形式的不对称高压输电线路，由于电磁感应作用，常常会对电气化铁道附近的油气管道及油库产生感应电压或感应电流，使电气化铁道附近的地下金属管道受到干扰。

1、对人身安全的影响

当管道与交流输电线路接近且输电线路正常运行时，线路中工作电流会通过磁耦合长时间在管道上产生纵向感应电动势，使得金属管道的对地电压升高。若该电压较高，可能影响施工、维修或测量人员的正常工作，当交流输电线路发生短路故障时，产生的交流干扰可能危及人身安全。

2、对管道安全影响

在管道的金属表面一般都会敷设防腐层，具有较高电阻和较高介电常数，以防止土壤中有害物质腐蚀金属管道。当交流输电线路发生短路故障时，短路电流通过感性耦合和阻性耦合的综合影响在管道上产生较高的对地电压，可能击穿防腐层。

3、对管道阴极保护设备影响

在管道上设置阴极保护设备是为避免防腐层漏敷及破损处的金属表面产生腐蚀。交流输电线路正常运行情况下，工作电流通过感性耦合在油气管道上产生电压，可能干扰强制电流阴极保护的恒电位仪和牺牲阳极阴极保护的牺牲阳极的正常工作。例如：强制电流阴极保护的KKG-3型和KKG-3BG型恒电位仪的抗交流干扰能力分别为12V和30V；牺牲阳极阴极保护的镁牺牲阳极的抗交流干扰能力为10V。这在目前的新建管道已经几乎不适用。

二、电气化铁路跨越油气管道的保护措施

（一）容性耦合防护

容性耦合主要发生在管道施工期间，因此，对容性耦合的防护只要在管道施工期间采取适当的接地措施就可避免。施工时应严格按照《埋地钢质管道交流排流保护技术标准》SY/T0032-2000第3.0.6条规定执行。

当管道埋入地下后，电气化铁路对埋地钢制燃气管道的干扰则主要为通过阻性耦合和感性耦合来进行，其中，对于与铁路近距平行的埋地钢制燃气管道，感性耦合是其最主要的干扰方式。

对阻性耦合和感性耦合的防护，目前在实际工程中主要是通过加大管道与接地体的距离，减少干扰源的杂散电流，以及采取屏蔽、分段隔离、直接接地、钳位式排流等综合治理措施。

（二）排流保护方法

为了使管道中流动的杂散电流直接流回（不再经大地）至电气化铁路的回归线（铁轨等），需要将管道与电气化铁路回归线（铁轨等）用导线作电气上的连接，这一作法称排流法。利用排流法保护管道不遭受电蚀，称为排流保护。

1、直接排流法

把管道与电气化铁路变电所中的负极或回归线（铁轨）用导线直接连接起来。这种方法无需排流设备，最为简单，造价低，排流效果好。但是当管道对地电位低于铁轨对地电位时，铁轨电流将流入管道内（称作逆流）。所以这种排流法，只能适用于铁轨对地电位永远低于管地电位，不会产生逆流的场合，而这种机会可能不多，限制了该方法的应用。

2、极性排流法

由于负荷的变动，变电所负荷分配的变化等，管地电位低于铁轨对地电位而产生逆流的现象比较普遍。为了防止逆流，使杂散电流只能由管道流入铁轨，必须在排流线中设置单向导通的二极管整流器、逆电压继电器等装置，这种装置称排流器。而具有这种防止逆流的排流法称极性排流法。

3、强制排流法

在管道和铁轨的电气接线中加入直流电流，促进排流。这种方法也可看做是利用铁轨做辅助阳极的强制电流阴极保护。由于铁轨对地电位变化大，所以也存在逆流问题，需要有防逆流回路。这种方法可能使管道过保护，而使铁轨腐蚀加强，还可能对附近的埋地金属构筑物有干扰。故采用这种方法时应慎重。

（三）AT供电方式保护

在电气化铁路与管道交叉影响区域，为让回流电流尽可能多地经回流线流回牵引变电所，可缩短牵引网吸上线间距。考虑到为避免回流线将信号电路旁路，确保信号安全，吸上线的设置间距应大于2个闭塞分区，按每隔2～3km设置一处吸上线，以保证回流顺畅，以减小泄露电流。自耦变压器供电方式，简称AT供电方式。它不仅是电气化铁路减轻对邻近油气管道、通信线路干扰影响的有效措施之一，而且对电气化铁道牵引供电系统本身也有较好的技术经济指标，已经被许多發展电气化铁路的国家研究和采用。我国北京、大同、秦皇岛、郑州、武昌的电气化铁路，也是采用AT供电方式。目前我国已经运行及在建的高速铁路均采用AT供电方式。

三、电气化铁路跨越油气管道的保护应用

中石油石兰管道设计管径457mm，设计压力为10MPa，采用L415级钢管。穿越处管道设计压力为10MPa，管径为Φ457。本设计管段位于二级地区，一般段线路与穿越段线路设计系数均取0.6，输油管道均为Φ457×7.1mm。兰州新区新建铁路朱家窑至中川线及配套工程石化铁路牵引网采用带回流线的直接供电方式，全线设置牵引变电所一座，牵引网额定电压为25kV。管道在穿越兰州新区新建铁路朱家窑至中川线及配套工程石化铁路处，为黄土高原或黄土台原，岩性以土黄色粉砂质黄土或土夹砂岩、砾岩为主，土壤电阻率多在35Ω·m～78Ω·m，腐蚀性等级以弱、中为主；土壤中有机质含量低，无明显的细菌腐蚀危害。

由于本次设计采取地下穿越方式穿越兰州新区新建铁路朱家窑至中川线及配套工程石化铁路，感性耦合和容性耦合的影响忽略不计，主要考虑牵引供电系统对管道的阻性耦合影响。

电气化铁道阻性耦合的影响计算公式如下：

已知：西小川以东接触网最大电流为587A，hgd=8.5m， hdg=2.5m， Φg=1.219m， 则以有 y=10.61m ， υ=18.6736 。

通过计算，Ψm=156.4×10-4T

在不考虑管道现有的防护措施基础上，电气化铁路对于与铁路正交管道上的电磁影响远低于规定允许值。

对中石油石兰线三层PE外防腐层这种高电阻涂层管道，由于高干扰电压和小破损点，遭受的交流腐蚀的风险可能更大。

强电线路（主要包括高压输电线路和电气化铁路）对管道的交流干扰主要为电容耦合影响、电感耦合影响、电阻耦合影响和交流腐蚀影响。（电容耦合影响仅发生在管道架空，且未埋地前。本工程中中石油石兰管道已经埋地敷设完毕，对电容耦合影响不予考虑）。

本次采用固态去耦合器排流：这种方式是将去耦合器串入回路，由于去耦合器具有隔直流、通交流的特点，一方面可以应用在有阴极保护的管道上，另一方面也使得排流地床材料有更多的选择，不再局限于镀锌扁钢、钢管、牺牲阳极等材料，可以选择铜接地材料，铸铁材料等。去耦合器的导通电压根据可阴极保护的准则进行任意设置，一般为+2V/-2V，也可设置为+1V/-3V。

参考文献

[1]徐士祺.交流电气化铁路对相邻油气管道干扰影响防护技术研究[D].西安石油大学，2008.

[2]闫明亮.电气化铁路杂散电流对埋地管线干扰影响研究[J].数字化用户，2013年15期.