1 000 kV特高壓輸電線路對地下油氣管線的影響

李其生，唐明貴，孫才華，吳曉輝，薛致遠，高強

（1.河南省電力勘測設計院，鄭州市，450007；2.河南省電力公司，鄭州市，450007；3.中國石油管道研究中心，河北省廊坊市，065000；4.中國石油管道公司，河北省廊坊市，065000）

0 引言

為了滿足社會經濟可持續發展對電力和油氣能源的需求，1 000 kV特高壓長距離輸電線路及油氣管線的建設將會遍布全國[1]，其共用走廊的情況會越來越多，尤其在油田附近，地下油氣管線縱橫交錯，密集成網，與輸電線路平行、交叉的情況大量存在。1 000 kV特高壓輸電線路電壓等級高、輸送容量大、電磁環境影響大，會影響其附近的油氣管線操作人員的安全、油氣管線絕緣層、油氣管線陰極保護設備，進而腐蝕油氣管線。當上述影響達到一定程度時，需要對油氣管線采取適當的保護措施。

1 輸電線路對油氣管線的影響

（1）靜電感應。輸電線路電壓所產生的電場，通過電容耦合在油氣管線上產生靜電感應電壓，由于地下油氣管線完全處于土壤中，故地埋油氣管線不受輸電線路靜電感應影響，但正在施工的油氣管線會受到靜電感應影響。

（2）磁感應。輸電線路電流所產生的磁場，會在位于該磁場范圍內的油氣管線上產生感應電流，當油氣管線與輸電線路的接近間距較小、平行接近距離較長時，會產生較大的磁感應影響。

（3）地電位升。當輸電線路與油氣管線交叉跨越或平行接近時，輸電線路接地短路故障電流流入大地，在桿塔附近的土壤中形成地電位升，當油氣管線絕緣層有漏敷點時，將引起油氣管線的電位升高。

輸電線路對油氣管線的干擾影響主要體現在：（1）輸電線路對油氣管線陰極保護設備正常工作的影響。例如，在裝有外接電源的陰極保護設備油氣管線上，感應電壓過高有可能破壞恒電位儀工作的穩定性，甚至無法送出陰極保護電流；在采用鎂犧牲陽極的油氣管線上，感應電壓過高會使這些鎂陽極產生“極性逆轉”，即作為犧牲陽極的鎂變成了陰極，而被保護的油氣管線反成了陽極，此時犧牲陽極不但不會保護油氣管線，反而會加速油氣管線的腐蝕。（2）考慮對油氣管線產生交流腐蝕影響所允許的電流密度。敷設在地中的油氣管線，可能會出現絕緣層破損或漏敷，此時如果感應電流密度超過允許值，就會對油氣管線產生交流腐蝕影響[2-7]。

分析輸電線路對油氣管線的危險影響，多參考輸電線路對通信線路的危險影響允許標準。GB 6830—86《電信線路遭受強電線路危險影響的允許值》[8]和DL/T 5033—2006《輸電線路對電信線路危險和干擾影響防護設計規程》[9]規定：輸電線路正常工作時，油氣管線上感應電壓的允許值為60 V；輸電線路故障時，油氣管線上感應電壓允許值為430（一般輸電線路）、650（高可靠輸電線路）、1 030 V（輸電線路故障持續時間不大于0.2 s）。文獻[10]指出：在沒有防護措施的管道上，允許的短時感應最大電壓限值為1 000 V，用瀝青作防腐覆蓋層的管道為1 500 V，小于該值時可不采取接地措施。目前，我國主要輸油氣管線大多采用3層PE防腐覆蓋層，其絕緣性能遠優于瀝青覆蓋層。本文采用1 500V作為油氣管線的瞬間安全電壓限值。

2 地下油氣管線上感應電壓的計算

輸電線路對油氣管線的危險影響，涉及到維護人員人身安全和設備安全，是輸電線路設計時必須考慮的問題。輸電線路在地下油氣管線上感應電壓的最大值為

式中：U20為輸電線路與油氣管線間平行距離為20m時油氣管線磁感應電壓最大值，V，其值可由圖1查表得到[10]；fd為距離因子，fd=M/790×10-6，M為無量綱系數，其值等于互感系數值，可根據輸電線路與管道等值距離、土壤電阻率由圖2查表得到；Ick為無量綱系數，其值等于高壓輸電線短路電流值；a為綜合屏蔽系數，通常為0.4～0.8；ar為傳播常數修正系數，

式中r1為無量綱系數，其值等于單位面積管道上防腐涂層的電阻值[10]。

某1 000 kV輸電線路與地埋油氣管線的相對位置如圖3所示，圖中長度單位為km，其接近段長7.13 km，分為11個區域。其中，油氣管線的管徑為523mm；1 000 kV輸電線路在接近段的最大短路電流為30 kA；正常運行時的工頻剩余電流為15 A；正常運行時的輸送功率為13GW；正常運行時的輸送負荷電流為8 340A。

由圖1可查表得U20=200 V，由圖2查表可得第i個區域的輸電線路與油氣管線的互感系數Mi，以及輸電線路三相導線分別與油氣管線的互感系數MiA、MiB、MiC，如表1所示。表1中：ai1為第i個區域中輸電線路起點與油氣管線的垂直距離；ai2為第i個區域中輸電線路末端與油氣管線的垂直距離；ai為第i個區域中輸電線路與油氣管線垂直距離的平均值，ai=（ai1ai2）0.5；aiA為第i個區域中輸電線路A相與油氣管線垂直距離的平均值；aiB為第i個區域中輸電線路B相與油氣管線垂直距離的平均值；aiC為第i個區域中輸電線路C相與油氣管線垂直距離的平均值；Li為第i個區域中油氣管線長度。

表1 互感系數Tab.1 Coofficient of mutual inductance

輸電線路與油氣管線的平均互感系數M，以及輸電線路三相導線與油氣管線的互感系數MA、MB、MC分別為

則輸電線路與油氣管線的距離因子fd，以及輸電線路三相導線與油氣管線的距離因子fdA、fdB、fdC分別為

fd=M/790×10-6=0.114 6

fdA=MA/790×10-6=0.112 5

fdB=MB/790×10-6=0.112 9

fdC=MC/790×10-6=0.107 7

根據文獻[10]可得：r1=104、a=0.8。由式（2）得，ar=2。

由式（1）得：輸電線路故障時，Umax=1 100.16 V；輸電線路正常運行時，輸電線路的工頻剩余電流在管道上感應電壓US=0.55 V，輸電線路三相導線在油氣管線上感應電壓UA=300.24 V、UB=301.31 V、UC=287.43 V。則三相導線在油氣管線上產生的電壓為

287.43∠240=13.27∠60

正常運行，時管線上產生的電壓為

計算結果表明，故障狀態管道上磁感應最大電壓為1 100.16 V，正常狀態管道上磁感應最大電壓為13.38V，均滿足要求。

3 結論

（1）正常運行狀態下，1 000 kV輸電線路對地下油氣管線的危險影響一般可不予計算，只有當輸電線路三相導線分別與油氣管線間的接近間距差別較大時才有必要計算。

（2）1 000 kV輸電線故障狀態下，對油氣管線的危險影響主要受接近間距、平行長度及接近段的大地導電率控制。

[1]吳敬儒，徐永禧.我國特高壓交流輸電發展前景[J].電網技術，2005，29（3）：1-4.

[2]國際大電網會議第36.01工作組.輸電系統產生的電場與磁場[M].邵方殷，李順元，龐廷智，等，譯.北京：水利電力出版社，1984.

[3]邵方殷.交流線路對平行接近的直流線路的工頻電磁感應[J].電網技術，1998，22（12）：59-63，68.

[4]談克雄，薛家麟.高壓靜電場數值計算[M].北京：水利電力出版社，1990.

[5]Maruvada PS，Drogi S.Field and ion interactions of hybrid AC/DC transmission lines[J].IEEE Trans.on Power Delivery，1988，3：1165-1172.

[6]中國電力科學研究院.交流特高壓線路與西氣東輸管道平行交叉問題的解決方案[R].北京：中國電力科學研究院，2008.

[7]Q/GDW 179—2008 110 kV～750 kV架空輸電線路設計技術規定[S].北京：中國電力出版社，2008.

[8]GB 6830—86電信線路遭受強電線路危險影響的允許值[S].

[9]DL/T 5033—2006送電線路對電信線路危險和干擾影響防護設計規程[S].北京：中國電力出版社，2006.

[10]SY/T 0032—2000埋地鋼質管道交流排流保護技術標準[S].北京：石油出版社，2000.