浅析长输管道受高压直流接地极干扰时的安全影响及防护
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摘要：高压直流输电工程的接地极将对附近的长输管道造成直流干扰。结合相关标准要求，本文对其安全影响及防护措施进行探讨分析，指导工程设计。
关键词：直流干扰，安全影响，防护措施。
Abstract: Ground electrode of HVDC Transmission Project will cause the DC interference to the nearby long-distance pipeline。Based on the relevant standards，discuss the impact on safety and the mitigation measure，to guide engineering design.
Key words: DC interference，impact on safety，mitigation measure.
中图分类号：TM862 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
一：概述
高压直流输电是近年发展的新技术，国内已有数个高压直流输电工程已建成。最近几年，随着工程建设的发展，高压直流输电工程的直流接地极对输油（气）管道的影响开始日益突出，尤其在建设用地紧张的区域。直流接地极对管道的影响程度和对管道安全带来的威胁更甚于交流干扰，目前对此尚无丰富的实测数据和成熟的解决方案。
现以正在建设中的某输气管道为例，就超高压直流输电系统接地极对长输管道的影响进行分析。该输气管道管径为Ø813mm，干线长度约219.3km，在干线第二标段与±800Kv直流输电工程接地极靠近，最小净距约800m。
高压直流输电系统在正常运行时，通过电力线路传输直流电。此时，高压直流输电系统的接地极有不平衡电流入地，对附近的床输管道造成持续直流干扰。而当高压直流输电系统在单极大地回线工况运行时，大地相当于直流输电系统的一根导线，直流输电系统的运行电流通过大地在送端接地极与受端接地极之间流动[1]。此时，直流输电系统的接地极有大量直流电流入地。在本工程案例中，直流接地极的额定双极不平衡电流为50A，单极大地回线工况额定入地电流为5000A。
当接地极电流入地时，由于埋地管道为地电流传导提供了比周围土壤导电性能更强的导电特性。由于埋地管道的集流效应，埋地管道的一侧汇集了土壤中的杂散电流，因此管道上的电流密度更大，埋地管道的另一侧又将电流释放到土壤中。杂散电流从管道上流出位置为阳极区，会发生电化学腐蚀；而杂散电流流入管道的区域，为阴极区，虽不会发生腐蚀，但常伴随着出现管/地电位负偏移过大，有超出管道防腐层析氢电位，产生过保护的可能。见下图：
直流接地极的干扰特点如下：
1）直流干扰腐蚀速率较大，持续时间长。管道上1A的电流流出将带来9.1kg/年的腐蚀，对阳极区1A/m2的电流密度等同于1.1mm/年的腐蚀速率[2]。直流接地极正常工作时流出的双极不平衡电流会对管道造成持续干扰；
2）直流输电线路单极大地回线运行时，干扰时间短，但入地电流巨大，电位偏移剧烈；
3）直流输电线路的单极大地回线运行工况（故障或检修期）具有时间不确定的特点；
4）接地极正常工作时的极性具有随机性，正极接地时对管道产生阴极干扰，负极接地时对管道产生阳极干扰。
因此，若不采取有效措施对长输管线进行直流干扰排流保护，管线将受到直流接地极的持续直流干扰并会不定时的遭受短时强干扰。在阴极保护方面，将会造成管线的阴极保护电位偏移，无法达到阴极保护效果；在腐蚀方面，将会造成管线提前腐蚀穿孔，将对管线的安全运营造成严重危害。
三：长输管道的直流排流防护
对于直流接地极产生的干扰，最好的防护措施是使长输管道远离直流接地极，使长输管道与直流接地极的间距（d）大于长输管道的长度（L），或保持10Km以上的间距[3]。但是，由于增加间距会造成管道距离增加，从而造成投资费用大幅度增加、重新选线报批等问题，因此，本案例中难以用此方式保证管道与直流接地极之间的间距。因此，应对无法满足间距要求的长输管道进行直流排流保护。
由于长输管道所受的直流干扰与管道长度密切相关，因此在本案中，首先在间距合适的站场、阀室设置干线绝缘接头，进行直流杂散电流分段隔离。其次，根据SY/T 0017中推荐的直流排流防护方式，采用以一定间距设置锌阳极直接排流的方式进行排流保护（严重影响区每500m设置1处，并控制锌阳极接地电阻≤1Ω；波动影响区每1Km设置1处，锌阳极接地电阻≤2Ω）。该方式具有排流效果好，不对管道产生负面影响的优点。缺点是会使管道断电电位难以测量，需另行敷设埋地钢质检查片或极化探头对管道的阴极保护水平进行评估。
除此之外，在干线上受干扰较强的管段上（接地极50km范围内）额外设置数个阴极保护站，利用恒电位仪在对管道提供阴极保护的同时，进行管地电位纠偏。并要求在施工中，严格注意防腐层的质量控制，尽全力保证防腐层的完整性。
由于工程仍在建设中，所设计的直流防护措施能否达到排流目标尚待建成后实测验证。因此，应在工程整体建成后，再对管线的受干扰水平进行实测，并针对性的进行补充设计。通过加密直流排流点的设置、降低排流点接地电阻等方法，最终使管道免受直流干扰的危害。
四：结论
超高压输电系统的接地极会对近距离内的长输管道带来严重干扰，在正常运行时造成持续干扰，在单极大地回线运行时造成短时强干扰。避免此类干扰的最佳方法是保持管线与接地极之间的间距。
采用分段隔离、加强防腐层完整性、锌阳极直接排流等措施可有效降低直流接地极带来的干扰。对于此类直流干扰，单次排流防护设计难以一蹴而就，应在工程完成之后根据实测结果进行补充设计，确保管线的运营安全。
参考文献：
[1] 严羽，朱伟江，刘皓，等.葛南直流输电系统中大地回线和金属回线转换的研究[J].电网技术，2005，29(21)：1-4.
[2] 曹阿林，朱庆军，侯保荣，等.油气管道的杂散电流腐蚀与防护[J].煤气与热力，2009，29(7)：B06-B09.
[3] DL/T 5224-2005高压直流输电大地返回运行系统设计技术规定[S] .
作者简介：左斐（1987-），男，云南昭通人，工程师，工学学士，主要从事石油天然气管道外防腐层及阴极保护设计、研究工作。