高压直流输电接地极对管道干扰的数值仿真和防控技术研究

摘要：通过数值模拟仿真评估高压直流接地极对新建高压燃气管道的干扰，对制定措施缓解管道腐蚀风险、降低施工费用，具有重要意义。使用数值模拟技术建立了管道干扰计算模型，结合现场测试数据进行校正，预测了管道的干扰程度，根据管道的干扰特征设计相关排流措施。采取缓解措施后开展效果测试，结果表明：现场实测的数据结果与数值模拟计算吻合，验证了数值模拟技术的准确性。管道的直流干扰能通过采取强制排流和牺牲阳极等措施有效缓解。

关键词：高压直流干扰管道数值模拟直流干扰

中图分类号：TM86

ResearchonNumericalSimulationandPreventionTechnologyoftheInterferenceofHigh-VoltageDirectCurrentTransmissionGroundingElectrodesonPipelines

WENChending1GUOYanwei2YUANYijun3LICanjun4

1.FoshanNaturalGasHigh-PressurePipelineNetworkCo.，Ltd.，FoshanCity，GuangdongProvince，528000China;2.GuangdongInstituteofSpecialEquipmentInspectionandResearch，FoshanCity，GuangdongProvince，528000China;3.GuangdongForanTechnologyCo.，Ltd.，FoshanCity，GuangdongProvince，528000China;4.ForanEnergyGroupCo.，Ltd.，FoshanCity，GuangdongProvince，528000China

Abstract：Evaluatingtheinterferencecausedbyhigh-voltagedirectcurrent（HVDC）groundingelectrodesonnewlyconstructedhigh-pressuregaspipelinesthroughnumericalsimulationisofsignificantimportancefordevelopingmeasurestomitigatepipelinecorrosionrisksandreduceconstructioncosts.Thisarticleemploysnumericalsimulationtechniquestoestablishamodelforcalculatingpipelineinterference，andcorrectsitbasedonon-sitetestdata，predictsthedegreeofpipelineinterference，anddesignsrelevantdrainagemeasuresbasedonthecharacteristicsoftheinterference.Effectivenesstestsconductedfollowingtheimplementationofmitigationmeasuresindicatethattheon-sitemeasureddataareconsistentwiththenumericalsimulationcalculations，verifyingtheaccuracyofthenumericalsimulationtechnology.TheDCinterferenceonthepipelinescanbeeffectivelyalleviatedthroughtheadoptionofforceddrainageandsacrificialanodemeasures.

KeyWords：HVDCinterference;Pipeline;Numericalsimulation;DCinterference

随着城市及周边区域经济的快速发展，加快天然气利用和发展，广东华南某地区拟修建一条天然气高压管道。因地理区域限制，新建管道路由处于大塘高压直流接地极影响范围内。

高压直流输电线路运行时一般使用双极运行方式，但故障、检修时采用单极大地返回运行方式[1]。该模式运行过程中，两侧的换流站都需对地，直流输电工程入地电流高者可达数千安培，导致产生杂散电流造成金属结构腐蚀，同时对设备和人员造成严重的安全隐患[2]。

本文以运用数值模拟技术研究高压直流大塘接地极对天然气高压管道的干扰影响，分析管道面临的风险，制定相应的防护措施并与新建管道同步设计和施工，保证天然气管道运营安全。当管道建成后进行了现场复测，验证数值模拟和防护措施的准确性和效果。

1计算模型建立

通过收集的资料信息及测试数据进行干扰模型绘制，利用CDEGS软件针对该模型进行接地极对新建天然气管道进行干扰预测、评估。

本文干扰源研究对象为大塘接地极，此接地极属天广±500kV高压直流输电线路，采用同心双圆环水平铺设布置，内外环直径分别为480m和690m，平均埋深3.5m。天广±500kV高压直流输电系统采用双极两端接地，额定入地电流为1800A，双极不平衡入地电流为18A。

华南某新建LDZ天然气管道长度约19.8km（L站至D站：17.9km；大塘接地极距离L站13km；D站至Z站：1.9km）。管道在L站、D站分别设置强制排流阴保站。大塘接地极中心与管道最近距离约420m，如图1所示。新建LDZ天然气管道材质为L450PSL2（如表1所示），属于X65低强钢，设计尺寸为φ508mm×12.7mm，设计运行压力为8.0MPa。管道防腐层为三层复合结构（3PE），按照GB/T23257规定涂层面电阻Rc=100000Ω·m2，其中直埋段埋深为1.2m，定向钻段埋深约为15m。

大塘接地极所在区域土壤电阻率以大于50Ω·m为主，新建管道沿线埋深处土壤电阻率介于10～120Ω·m之间。土壤电阻率对杂散电流在管道分布影响较大[3]，本文利用接地极附近区域的管道干扰数据进行土壤结构拟合用于干扰评估与缓解计算。

2直流干扰的预测与评价

2.1评价指标

高压直流接地极对管道产生的风险主要有两个：一是在管道上电流流入区域存在管体防腐层剥离或高强部位氢脆敏感性增加的风险[4]，并且在管道上电流流出区域引起腐蚀加速风险；二是导致管道与附近大地之间产生高的电压差，给接触管道的人员带来安全风险。

考虑高压直流接地极单极运行干扰的间歇性特点，同时考虑到上述干扰预测结果与评价指标的偏离程度，根据《特低电压（ELV）限值》（GB/T3805—2008）和NACE标准SP0169中的规定[5]，不同缓解目标设定如下：针对人身安全评价，对于潮湿环境，管地电位限值为35VCSE；针对腐蚀安全评价：高压直流干扰造成的管道腐蚀速率小于0.03mm/a。

2.2缓解措施与效果预测

利用校核模型得到大塘接地极干扰环境模型，并利用干扰模型完成大塘接地极对新建管道的干扰预测。预测结果显示：新建LDZ天然气管道沿线可能的最大正向干扰电压为73.1V，最大腐蚀速率为0.437mm/a；可能的最大负向干扰电压为74.0V，最大腐蚀速率为0.041mm/a。超出±35V的安全电压限值及0.03mm/a的腐蚀速率目标限值要求，因此采取缓解措施对接地极干扰进行缓解。

目前，高压直流干扰常见的缓解措施主要包括对管道进行绝缘处理、沿管道敷设接地锌带、采取强制排流系统以及设置深井排流地床等。

综合缓解方案包括：沿新建管道铺设26处水平锌带作为排流地床，合计4586.9m，其中10处直接排流（管道与锌带直连），另外16处排流地床使用极性排流器，设置3处强制排流站。综合缓解措施与新建管道同步设计和施工。

利用上述缓解方案计算得到大塘接地极干扰下新建管道干扰电位分布和腐蚀速率，最大干扰电压可满足±35V人身安全电压限值要求，最大腐蚀速率可满足0.03mm/a限值要求。

2.3缓解效果现场实测验证

为了验证数值模拟计算的效果，在新建LDZ管道建成（已施加缓解措施）以后，管道沿线安装智能远传测试桩，并在接近大塘接地极的管道处埋设ER腐蚀探头监测管道腐蚀速率。由图2可见，采取缓解措施的计算模拟结果与现场实测结果较为符合。采取缓解措施后管道腐蚀速率与模拟计算缓解方案的安全评价目标较为接近，可达到预期治理效果。

3结论

利用数值模拟技术对高压直流干扰进行了计算预测、缓解措施设计及效果预测，并在新建天然气管道完工后和缓解措施实施后进行了现场实测验证，得到结论如下。

（1）数值模拟计算结果与现场实测结果相吻合，表明数值模拟技术作为辅助工具能够较好的预测高压直流干扰。

（3）将排流缓解措施与新建天然气管道同步设计和施工，可以大幅度减少建设成本和提高排流效果，本案例中采用了锌带阳极和强制排流相结合的缓解方案进行排流。后期测试结果显示缓解方案能够达到预期效果。

（4）对受干扰管道及阴保设施实施远程监控。建议对干扰严重位置安装ER腐蚀速率探头监测腐蚀情况，与管道电位检测结果对比和评估。管道安装智能远传测试桩可对受干扰管道参数实时监测和远程调控，降低运行维护成本，提高管理效率，保障管道的供气安全。

参考文献

[1] 周长李，胡汉董.特高压直流电流对埋地管道的干扰及防护措施分析[J].中国石油和化工标准与质量，2020，40（22）：43-45.

[2] 李想，滕卫明，肖剑锋，等.华东特高压直流接地极对输气管道电干扰的监测及分析[J].腐蚀与防护，2020，41（4）：38-42.

[3] 赵书华，黎少飞，王树立，等.高压直流输电接地流对油气管道干扰及腐蚀规律数值模拟[J].油气储运，2022，41（4）：458-465.

[4] 胡亚博，吴志平，吴世勤，等.高压直流接地极对埋地管道腐蚀的影响和管控思考[J].油气储运，2021，40（3）：256-262.

[5] 曹方园，白锋.直流接地极电流干扰下土壤结构对管道泄漏电流分布影响[J].南方电网技术，2021，15（10）：3-11.