高压输电线路对埋地管道的干扰研究

熊继开，刘书晨

(国网湖北省电力有限公司检修公司，湖北 武汉 430050)

1 引言

随着我国能源资源的快速发展，我国的能源储备量已经处于世界前列，其中，电力能源发挥了核心作用[1]。近年来，我国的电力行业迅猛发展，高压输电线路也遍及全国各地，造成了建设用地紧张等问题[2]。同时，由于高压输电线路与埋地管道对于建设地址的要求相近，因此常常会出现两者近距离建设的情况。此时，若输电线路发生故障，就会对埋地管道产生一定的干扰，可能产生过电压等相关影响，进而威胁到管道维修人员的人身安全以及管道安全[3]。因此，研究高压输电线路对邻近埋地管道的电磁干扰，得出其影响因素及规律，成为亟待解决的问题。

为研究高压输电线路对邻近埋地管道的电磁干扰，本文首先介绍了高压输电线路对埋地管道产生的影响，然后运用仿真软件计算得出了影响高压输电线路对埋地管道电磁干扰的因素。

2 高压输电线路对埋地管道的影响

2.1 人身安全

图1为埋地管道安装及检修现场图[4]。当高压输电线路与埋地管道相距较远时，前者对后者的影响可以忽略不计，当工作人员对埋地管道进行安装及检修时，并不会受到伤害。而当高压输电线路与埋地管道相距较近时，高压输电线路会对埋地管道产生电磁干扰，并通过电磁耦合作用在管道上产生耦合电流，进而使管道产生过电压[5]。此时，若管道工作人员与管道接触，管道过电压就会对人体造成威胁。

图1 管道安装及检修现场图

2.2 管道安全

当高压输电线路正常运行，并不存在故障时，高压输电线路会在邻近埋地管道上产生管道电压，该管道电压数值较小，并未超过国家标准规定的阈值[6]，因此此时可以忽略高压输电线路对埋地管道的影响。而在高压输电线路故障时，其在埋地管道上产生的管道电压会大大增加，可能会超过国家标准，甚至可能出现管道涂层因无法承受过电压而瞬间击穿的情况。因此，对高压输电线路故障时在埋地管道上产生的管道过电压进行研究，具有重要意义。

3 短路故障时管道过电压研究

为计算高压输电线路故障时，在邻近埋地管道上产生的过电压，运用仿真软件进行分析。以单相接地短路为例，分别计算输电线路与管道间距、短路电流幅值及土壤参数对管道过电压的影响。

3.1 输电线路与管道间距的影响

为研究输电线路与管道间距对管道过电压的影响，设置输电线路与管道间距分别为100m、200m与500m，对管道过电压进行计算，计算结果如图2所示。

图2 管线间距的影响

观察图2可得以下结论:(1)当高压输电线路与埋地管道的间距不变时，管道过电压的数值存在峰值，峰值出现在短路电流流入处；(2)随着间距的增加，管道过电压呈现下降趋势。综上，高压输电线路对邻近埋地管道的电磁干扰受二者间距的影响较大，因此在实际工程设计中，可以通过适当增大两者间距达到降低管道过电压的目的。

3.2 短路电流幅值大小的影响

为研究短路电流幅值对管道过电压的影响，设置短路电流分别为9kA、12kA和15kA对管道过电压进行计算，计算结果如图3所示。

图3 短路电流幅值的影响

观察图3可得，随着短路电流的增大，管道过电压显著增大。造成这种现象的原因是，输电线路发生单相短路故障时，由于此时线路不再满足三相平衡状态，因此会产生巨大的短路电流，而该短路电流也使其周围磁场强度显著增强，导致高压输电线路与埋地管道之间的电磁耦合作用增强，最终在埋地管道上产生过电压。同时，通过查阅资料可知，埋地管道电压的规定阈值为57kV，而由图3可知，管道过电压均未超过阈值。并且当高压输电线路发生单相短路故障时，继电保护的快速作用会导致故障持续时间较短，因此，短路电流一般不会对管道过电压产生较大影响。

3.3 土壤参数的影响

为研究土壤参数对管道过电压的影响，设置土壤电阻率分别为300Ω·m、500Ω·m 和1000Ω·m 对管道过电压进行计算，计算结果如图4所示。

图4 土壤电阻率的影响

由图4可知，随着土壤电阻率的增加，管道过电压呈现增大的趋势。造成这种现象的原因是，随着土壤电阻率的增加，故障电流在土壤中产生的磁场镜像位置越深，导致其镜像磁场对相电流磁场的抵消作用减少，最终导致管道过电压增大。因此，在埋地管道的实际工程建设中，应考虑到周围土壤电阻率的因素，可以通过选择土壤电阻率小的地区达到降低管道过电压的影响。

4 结论

为更好的解决高压输电线路对埋地管道的电磁干扰问题，本文首先介绍了高压输电线路对埋地管道造成的影响和风险，然后运用仿真软件分别对输电线路与管道间距、短路电流幅值及土壤电阻率对管道过电压的影响进行了计算，并得到了不同影响因素的影响规律。结果表明，短路电流幅值对管道过电压的影响较小，而输电线路与管道间距、土壤电阻率对管道过电压的影响较大。由此可知，在埋地管道的实际建设中，应充分考虑到输电线路与管道间距及土壤电阻率的影响，可以通过增大输电线路与管道的间距、选择土壤电阻率小的建址等措施，达到降低管道过电压的目的。本文所得结论可为后续埋地管道的防护研究提供一定的理论依据。