后建接地极对埋地管道的干扰

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(中国石油工程建设公司华东设计分公司，青岛 266071)

高压直流输电技术以其损耗小、容量大的优点成为了21世纪的宠儿。高压直流输电系统一般是以双极对称方式运行的，此时的入地电流小于输送电流的1%；但发生故障或检修时,单极运行的情况就会出现，此时入地电流即为输送电流，可高达几千安培，虽然作用时间短，但是瞬间大电流会在短时间内击穿防腐蚀层，破坏管道，烧毁阴极保护设备，甚至会造成巨大的人员伤亡[1-6]。

DL/T 5224-2005《高压直流输电大地返回运行系统设计技术规定》指出：直流接地极与管道的最小距离不应小于10 km。但现场测试结果证明，当接地极与管道的距离为30 km时，单极运行对管道造成的影响也不容忽视，电位可达几伏。本工作研究了后建接地极对管道的影响，以期初步判断直流通信作者：张建宾(1982-)，工程师，学士，主要从事油气储运系统安全工程、油气储存技术等方面的设计与科研工作,0532-80950514,zhangjianbin@cnpccei.cn

杂散电流对油气管道的影响，指导油气管道的运营维护和后期直流输电系统与油气管道的建设。

1 模型建立

模型依托南方某管道建立，通过BEASY建立两层土壤模型：当埋深为0～1.5 m时，土壤电阻率为150 Ω·m；当埋深为1.5～7 m时，土壤电阻率为300 Ω·m。如图1所示，接地极1和接地极2是原有接地极，相距1 440 km，接地极1距管道30 km；接地极3和接地极4是后建接地极，位于接地极1和地极2的垂直平分线上，相距1 440 km；接地极均采用同心双环布置，内环半径为240 m，埋深3.5 m；接地极1和地极2通过高压输电线相连，接地极3和地极4也是如此；管道全长120 km，埋深为1.5 m；模型设置参比电极为饱和硫酸铜参比电极(CSE)。

2 结果与讨论

设定高压直流输电线路的额定输出电流为5 000A，则双极运行时的不平衡电流为50 A。当没有直流干扰时，管道电位分布均匀，为-600 mV。

图1 直流接地极与管道的相对位置Fig. 1 Relative position of DC grounding electrode and pipeline

当只有接地极2为阳极输出时，此时与之相连的接地极1位于管道中间段附近，管道中间位置为阳极干扰区,会发生腐蚀，管道的两端为阴极区,会受到保护。如图2所示:随着输出电流的增大，阴极区的管地电位逐渐减小，进入到阴极保护电位范围(-850～-1 200 mV);而阳极区的管地电位迅速增大，当输出电流为5 000 A时，电位偏移可达789 mV，远远超出了标准中规定的限值。

图2 接地极2为阳极输出时的管地电位分布Fig. 2 Pipe-ground potential distribution with the grounding electrode 2 being an anodic output

图3和图4是后建接地极对管地电位分布规律的影响。可以看出:当后建接地极分别为阳极输出时，管道中间部位的电位均上升了约500 mV，而两端的管地电位没有太大的变化，并且当接地极3或接地极4为阳极输出时对管道电位的影响一致。从实际情况来分析，回路1为接地极1→输电线→接地极2→大地，回路2为接地极3→输电线→接地极4→大地，而回路2与管道的距离远远超过了回路1的，此时后建接地极对管道电位分布的影响主要是通过影响回路1在土壤中的电流分布来实现的，因此，无论是接地极3或接地极4为阳极输出时，对管道电位分布的影响都是一样的。

图3 后建接地极3为阳极输出时对管地电位的影响Fig. 3 The influence of pipe-ground potential distribution with the second-building grounding electrode 3 being an anodic output

图4 后建接地极4为阳极输出时对管地电位的影响Fig. 4 The influence of pipe-ground potential distribution with the second-building grounding electrode 4 being an anodic output

为了探究上述模型中后建接地极对管道电位分布的影响的分析是否成立，如图5所示，将接地极3和接地极4沿X轴平移720 km，接地极3沿Y轴负向平移710 km，即Y13=10 km(即接地极1和接地极3在Y方向上的距离为10 km)建立模型。如图5所示，当接地极2和接地极3为阳极输出时，此时靠近管道的接地极1和接地极3分别为阴极和阳极，两者对管道的影响是相反的，此时管道中间部位的管地电位下降；当接地极2和接地极4为阳极输出时，此时靠近管道的接地极1和接地极3均为阴极，对管道的影响是相同的，此时管道中间部位作为阳极干扰区的叠加，因此管地电位是上升的。所以，当后建接地极其中一极距离管道较近时，对管地电位的影响是通过入地电流直接作用在管道上实现的。

图5 接地极与管道的位置分布Fig. 5 The locations of earth electrodes and pipe

图6 后建接地极对管道电位分布的影响Fig. 6 Influence of second-building grounding electrode on potential distribution of pipeline

3 结论

(1) 一组接地极对管道产生影响的条件是其中一个接地极靠近管道；而当后建接地极距离原有管道较远时，它对管道产生影响的方式是通过影响原有接地极回路的电流分布来实现的，当后建接地极其中一极距离管道较近时，对管地电位的影响是通过入地电流直接作用在管道上实现的。

(2) 当后建接地极与管道靠近时，管道附近的两个接地极的极性如果相同，则对管道的影响是叠加的；若相反，则会减弱管道上的电位偏移。

[1] NICHOLSON P. High voltage direct current interference with underground or underwater pipelines[C]//Bolton:NACE,2010:10102.

[2] CUI G,LI Z L,YANG C,et al. Study on the interference corrosion of cathodic protection system[J]. Corrosion Reviews,2015,33(5):233-247.

[3] 陈凡，何金良，张波,等. 共用接地极对云广与贵广Ⅱ回直流系统的影响[J]. 高压电技术，2009(4)：743-748.

[4] 程明，张平. 鱼龙岭接地极入地电流对西气东输二线埋地钢质管道的影响分析[J]. 天然气与石油，2010,28(5)：22-26.

[5] 应斌. 高压直流输电系统接地极对长输管道安全运行的影响[J]. 油气田地面工程，2014,33(7)：23-24.

[6] 迟兴和，张玉军. 直流接地极与大地中金属管道的防护距离[J]. 电网技术，2008,32(2)：71-74.