高压输电线路对甬绍金衢管道干扰因素的研究

阮亦根

〔中国石化浙江石油分公司 浙江杭州 310009〕

甬绍金衢成品油管道建成较早，全线阴极保护系统运行正常，保护电位能满足规范和设计要求。 近年来，随着与管道并行、交叉的高铁、地铁、高压输电线路的大量投用，导致高压电对埋地管道的干扰。 通过对管道特性、高压输电线特性、线路与管道并行(交叉)三个主要参数，运用加拿大SES公司研发的CDEGS软件对不同管径、管道壁厚，导线高度、运行电流，土壤电阻率，输电线路与管道并行长度、并行间距，以及管道与高压线的交叉角度等因素作用下的管道感应电势、防腐层电压和管道电流进行模拟，分析比较了各个因素对管道所受干扰的影响规律，并提出了应用于该管道抗干扰的有效防护措施。为油气管道建设提供了一定的技术依据。

1 管道特性参数对管道所受输电线路稳态干扰电压的影响

1.1 管道的特性参数和评估所用典型计算条件

管道自身的特性参数如表1所示。根据已知的甬绍金衢成品油管道以及国内常用的油气管道特性参数，分别计算典型管道外径×壁厚、防腐层绝缘电阻率、土壤电阻率等因素对其管道所受输电线路稳态干扰电压的影响规律。

根据在绍兴市电力局调研获得的现场资料，以表2所示的绍兴段500 kV高压单回交流输电线路为例进行规律研究，计算内容包括管道感应电势、管道防腐层电压、管道感应电流。

表1 甬绍金衢成品油管道典型参数

注：1)管道轴心到地面距离。

2)数据由管道公司提供。

3)据相关文献数据。

表2 高压线路导线、地线型号及电气参数

1.2 管道外径×壁厚对管道所受稳态交流干扰的影响

不同管道外径和壁厚的计算结果在表3中给出。

表3 不同管道外径和壁厚的影响

表3的计算结果表明：其它条件相同时，管道外径大，最大防腐层电压及感应电势略小，但最大纵向电流有所增加。管径从φ457～φ508 mm，电压减小极小，影响不明显。其它条件相同，壁厚对最大防腐层电压与管道感应电势几乎没有什么影响。

1.3 管道防腐层绝缘电阻率对管道所受稳态交流干扰的影响

埋地管道防腐层绝缘电阻是衡量防腐层质量好坏的尺度。不同的绝缘防腐层，电阻率大小各异。据当年管道防腐层送样检测报告，甬绍金衢成品油管道防腐层绝缘电阻率在0.1～107 kΩ·m之间，选取0.1kΩ·m2、1 kΩ·m2、5kΩ·m2、10kΩ·m2、20kΩ·m2、30kΩ·m2、50kΩ·m2、100kΩ·m2、102kΩ·m2、103kΩ·m2、104kΩ·m2、105kΩ·m2、106kΩ·m2、107 kΩ·m214种级别的绝缘情况进行计算。管道类型选择φ508 mm×7.9 mm，埋深1.5 m，其他情况与上面相同。

表4计算结果表明：其他条件相同，防腐层电阻率在0.1～10 kΩ·m2间变化时，对感应电势和最大纵向电流影响较大，电阻率为10 kΩ·m2时管道上的感应电势明显大于电阻率为0.1 kΩ·m2时的感应电势，而管道纵向电流的变化趋势恰好相反。当防腐层电阻率大于10 kΩ·m2时，管道上的感应电势基本保持稳定，纵向电流随防腐层电阻率的增大略有减小。

管道防腐层电压与管道感应电势的计算结果，见表4。

表4 管道防腐层绝缘电阻率的影响

1.4 管道连接情况对管道所受稳态交流干扰的影响

成品油管道一般采用绝缘法兰(或接头)，与站、库连接。管道连接的典型情况有两种(图1、2)：

A：与输电线路并行段管道的末端转直角后，管道继续行进至两端较远处，管道在与输电线路并行段前、后均不受输电线路影响。与实际情况基本相同。

B：与输电线路并行段管道两端直接与绝缘法兰(或接头)连接。

图1 管道连接情况A

图2 管道连接情况B

(例)：间距100 m，并行长度为2000 m，连接情况A两端各延伸1000 m；连接情况B，不需转直角后延伸，但为便于比较并行长度和其他参数，与连接情况A相同，管道参数如表1，选管道φ508×7.9 mm，防腐层电阻率20 kΩ·m2，计算结果为A情况连接的最大管道感应电势和最大防腐层电压数值相同，均为14.00352 V，最大纵向电流为3.34035A；而B情况连接的对应数值为14.27821V和1.13812A。可见在连接A、B情况下，管道并行段所受干扰的变化规律相似。由管道沿线的感应电势分布(图3)可知最大干扰都出现在并行段两端，管道中间干扰为0。

图3 不同连接方式的管道沿线感应电势分布

2 输电线路特性参数对稳态干扰电压的影响

输电线路需要考虑的特性参数很多，主要有两个影响大的特性参数：输电线路稳态运行电流及输电线路架设地区的土壤电阻率。通过计算研究其对管道所受稳态干扰电压的影响规律。

2.1 运行电流对管道所受稳态交流干扰的影响

通过对电力部门资料的调研：500 kV高压线通常在额定功率下运行的单相线路电流约为1600 A，若按50 %～70 %考虑正常运行的单相线路电流约为800～1120 A。分别计算运行电流在800～2000 A变化时，管道防腐层电压与管道接触电势的变化规律；计算结果见表5。

表5 线路运行电流的影响

表5计算结果表明：输电线路稳态运行电流大小，对管道所受稳态干扰电压影响很大。运行电流越大，管道最大防腐层电压、感应电势、最大纵向电流越大，三者与输电线路稳态运行电流成线性正比关系。因此对管道所受稳态干扰情况必须根据输电线路实际电流进行计算。

2.2 土壤电阻率对管道所受稳态交流干扰的影响

甬绍金衢成品油管线沿途经过地区主要为水田，土壤电阻率普遍较小。据此在5～1 000Ω·m范围内选定代表性的土壤电阻率，分别计算土壤电阻率对管道上防腐层电压和感应电势的影响。计算结果见表6。

表6 土壤电阻率的影响

表6计算结果表明：土壤电阻率越大，最大防腐层电压、管道感应电势先较为迅速增大，当大于150Ω·m后增大缓慢趋于平稳。由于管道经过地区土壤电阻率普遍小于150Ω·m，因此要重视土壤电阻率对管道所受稳态运行交流腐蚀干扰的影响。

3 输电线路与管道并行(交叉)参数对管道所受稳态交流干扰的影响

3.1 输电线路与管道并行(交叉)参数和评估所用典型计算条件

输电线路与管线并行(交叉)情况对管道所受干扰影响的研究参数如图4所示：①输电线路与管道并行长度；②输电线路与管道间距；③输电线路与管道交叉角度。

图4 输电线路与管道并行(交叉)参数示意图

3.2 输电线路与管道并行长度对稳态运行电流干扰的影响

由于甬绍金衢管道与输电线路分布关系比较复杂，并行长度各异。考虑输电线路与管道并行长度在0.1～50 km变化时，管道感应电势的变化如表7所示。

表7 线路并行长度的影响

表7计算结果表明：随着管道与输电线路并行长度的增加，管道上的感应电势最大值先逐渐增加，当并行长度达到某个极限位置时，该电压达到最大；随后管道上感应的交流干扰电压稍有减小，最终趋于稳定。研究中最大感应电压在两者平行11.6 km时出现，为45.288 2 V；随后管道上的感应交流电压在30 km处时减小到最小值为41.440 9V，最终趋于稳定。

3.3 线路与管道间距对管道所受干扰的影响

由3.2节知道管道所受交流干扰电压情况与并行长度有很大关系。因此考查输电线路与管道间并行长度为11.6 km时，管道感应电势的变化。结果如表8所示。表8计算结果表明：管道所受干扰在离单回输电线路较近区域内比较大，随着间距增加，最大管道感应电势急剧减小；到达某一值后，间距继续增加，最大管道感应电势减小，但减小幅度很小。

表8 线路与管道间距的影响(并行长度为11.6 km)

如表8所述管道和高压线并行长度为11.6 km时，最大管道感应电势的极大值出现在两者相距10 m时，随后最大管道感应电势随间距增加急剧减小，间距到达400 m左右时，最大管道感应电势的减小趋势明显变缓，变化幅度较小。

3.4 管道与高压线交叉角度的影响

考虑管道与高压线交叉分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°时，管道的干扰情况。经模拟计算得出以上各交叉角度时管道的感应电势、感应电流峰值如表9所示。

表9 不同交叉角度时管道的感应峰值

表9结果表明：随着交叉角度的增大，管道的感应电势减小，管道和高压线平行时的感应电势远远大于二者垂直的情况。当二者垂直交叉时，管线上的感应电势极小，几乎无影响。

4 研究结果和对干扰的防护

4.1 研究结果

针对高压电对埋地管道各干扰因素的研究，和对其产生影响的独立计算，可知：

(1)管道外径和壁厚对管道所受稳态干扰电压的影响尚不明显。而防腐层电阻率在0.1～10 kΩ·m2变化时，对管道上的感应电势和最大纵向电流影响较大，当防腐层电阻率大于10 kΩ·m2时，管道上的感应电势基本保持稳定。所以管道采用电阻率较大的3层PE防腐层对防腐蚀有利。高压电对埋地管道的最大干扰都出现在并行段两端，管道中间干扰为0。

(2)高压线稳态运行电流的大小，对管道所受稳态干扰电压影响很大。因此对管道所受稳态干扰情况必须根据高压线实际电流进行计算。对于甬绍金衢管道受500 kV高压电干扰，由于管道经过地区土壤电阻率普遍小于150Ω·m，重点分析了土壤电阻率对交流腐蚀干扰的影响。

(3)高压线与管道并行间距的增大，管道所受干扰在离输电线路较近区域内先急剧减小，随后变化平缓。交叉角度的增大，管道所受干扰先减小最后变为平缓趋向某一稳定数值。

4.2 干扰防护措施

(1)高压线干扰区域的排流保护方案。

交流干扰防护最常用的方法是接地排流保护。高压线持续干扰区域的排流方式采用固态去耦合器(-2V，+2V)接地排流，如 图5所示。排流接地地床采用规格为40 mm×40 mm×1 500 mm的锌合金阳极，接地地床的接地电阻应小于2Ω。 通过对甬绍金衢管道与高压线位置关系的现场调查、详细测试和计算确定了受高压线交流干扰严重的30处需进行排流。

(2)高铁干扰区域的排流保护方案。

高铁排流措施主要包括固态去耦合+锌合金阳极，在高铁与管道之间，距管道3 m处，铺设缓解锌带进行屏蔽，锌带半径为0.006 m，固态去耦合器与管道相连，如图6所示。

图5 固态去耦合器接地

图6 水平锌带敷设

(3)排流效果评价。

根据GB/T 50698—2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》第6.2节要求：在土壤电阻率不大于25 Ω·m的地方，管道所受交流干扰电压低于4 V；在土壤电阻率大于25 Ω·m的地方，交流电流密度小于60 A/m2时排流满足要求。

经第三方中国特种设备检测研究院对36处排流位置检测结果：受高压线干扰的30处，管道交流干扰电压低于4V，其中受高铁干扰的6处，在无高铁通过时，交流电压低于4V，但在高铁通过时，交流电压随着高铁的通过呈明显的波动趋势，6处排流效果均不能够符合标准要求。