后建接地極對埋地管道的干擾

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(中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，青島 266071)

高壓直流輸電技術(shù)以其損耗小、容量大的優(yōu)點(diǎn)成為了21世紀(jì)的寵兒。高壓直流輸電系統(tǒng)一般是以雙極對稱方式運(yùn)行的，此時的入地電流小于輸送電流的1%；但發(fā)生故障或檢修時,單極運(yùn)行的情況就會出現(xiàn)，此時入地電流即為輸送電流，可高達(dá)幾千安培，雖然作用時間短，但是瞬間大電流會在短時間內(nèi)擊穿防腐蝕層，破壞管道，燒毀陰極保護(hù)設(shè)備，甚至?xí)斐删薮蟮娜藛T傷亡[1-6]。

DL/T 5224-2005《高壓直流輸電大地返回運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》指出：直流接地極與管道的最小距離不應(yīng)小于10 km。但現(xiàn)場測試結(jié)果證明，當(dāng)接地極與管道的距離為30 km時，單極運(yùn)行對管道造成的影響也不容忽視，電位可達(dá)幾伏。本工作研究了后建接地極對管道的影響，以期初步判斷直流通信作者：張建賓(1982-)，工程師，學(xué)士，主要從事油氣儲運(yùn)系統(tǒng)安全工程、油氣儲存技術(shù)等方面的設(shè)計與科研工作,0532-80950514,zhangjianbin@cnpccei.cn

雜散電流對油氣管道的影響，指導(dǎo)油氣管道的運(yùn)營維護(hù)和后期直流輸電系統(tǒng)與油氣管道的建設(shè)。

1 模型建立

模型依托南方某管道建立，通過BEASY建立兩層土壤模型：當(dāng)埋深為0～1.5 m時，土壤電阻率為150 Ω·m；當(dāng)埋深為1.5～7 m時，土壤電阻率為300 Ω·m。如圖1所示，接地極1和接地極2是原有接地極，相距1 440 km，接地極1距管道30 km；接地極3和接地極4是后建接地極，位于接地極1和地極2的垂直平分線上，相距1 440 km；接地極均采用同心雙環(huán)布置，內(nèi)環(huán)半徑為240 m，埋深3.5 m；接地極1和地極2通過高壓輸電線相連，接地極3和地極4也是如此；管道全長120 km，埋深為1.5 m；模型設(shè)置參比電極為飽和硫酸銅參比電極(CSE)。

2 結(jié)果與討論

設(shè)定高壓直流輸電線路的額定輸出電流為5 000A，則雙極運(yùn)行時的不平衡電流為50 A。當(dāng)沒有直流干擾時，管道電位分布均勻，為-600 mV。

圖1 直流接地極與管道的相對位置Fig. 1 Relative position of DC grounding electrode and pipeline

當(dāng)只有接地極2為陽極輸出時，此時與之相連的接地極1位于管道中間段附近，管道中間位置為陽極干擾區(qū),會發(fā)生腐蝕，管道的兩端為陰極區(qū),會受到保護(hù)。如圖2所示:隨著輸出電流的增大，陰極區(qū)的管地電位逐漸減小，進(jìn)入到陰極保護(hù)電位范圍(-850～-1 200 mV);而陽極區(qū)的管地電位迅速增大，當(dāng)輸出電流為5 000 A時，電位偏移可達(dá)789 mV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值。

圖2 接地極2為陽極輸出時的管地電位分布Fig. 2 Pipe-ground potential distribution with the grounding electrode 2 being an anodic output

圖3和圖4是后建接地極對管地電位分布規(guī)律的影響。可以看出:當(dāng)后建接地極分別為陽極輸出時，管道中間部位的電位均上升了約500 mV，而兩端的管地電位沒有太大的變化，并且當(dāng)接地極3或接地極4為陽極輸出時對管道電位的影響一致。從實(shí)際情況來分析，回路1為接地極1→輸電線→接地極2→大地，回路2為接地極3→輸電線→接地極4→大地，而回路2與管道的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了回路1的，此時后建接地極對管道電位分布的影響主要是通過影響回路1在土壤中的電流分布來實(shí)現(xiàn)的，因此，無論是接地極3或接地極4為陽極輸出時，對管道電位分布的影響都是一樣的。

圖3 后建接地極3為陽極輸出時對管地電位的影響Fig. 3 The influence of pipe-ground potential distribution with the second-building grounding electrode 3 being an anodic output

圖4 后建接地極4為陽極輸出時對管地電位的影響Fig. 4 The influence of pipe-ground potential distribution with the second-building grounding electrode 4 being an anodic output

為了探究上述模型中后建接地極對管道電位分布的影響的分析是否成立，如圖5所示，將接地極3和接地極4沿X軸平移720 km，接地極3沿Y軸負(fù)向平移710 km，即Y13=10 km(即接地極1和接地極3在Y方向上的距離為10 km)建立模型。如圖5所示，當(dāng)接地極2和接地極3為陽極輸出時，此時靠近管道的接地極1和接地極3分別為陰極和陽極，兩者對管道的影響是相反的，此時管道中間部位的管地電位下降；當(dāng)接地極2和接地極4為陽極輸出時，此時靠近管道的接地極1和接地極3均為陰極，對管道的影響是相同的，此時管道中間部位作為陽極干擾區(qū)的疊加，因此管地電位是上升的。所以，當(dāng)后建接地極其中一極距離管道較近時，對管地電位的影響是通過入地電流直接作用在管道上實(shí)現(xiàn)的。

圖5 接地極與管道的位置分布Fig. 5 The locations of earth electrodes and pipe

圖6 后建接地極對管道電位分布的影響Fig. 6 Influence of second-building grounding electrode on potential distribution of pipeline

3 結(jié)論

(1) 一組接地極對管道產(chǎn)生影響的條件是其中一個接地極靠近管道；而當(dāng)后建接地極距離原有管道較遠(yuǎn)時，它對管道產(chǎn)生影響的方式是通過影響原有接地極回路的電流分布來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)后建接地極其中一極距離管道較近時，對管地電位的影響是通過入地電流直接作用在管道上實(shí)現(xiàn)的。

(2) 當(dāng)后建接地極與管道靠近時，管道附近的兩個接地極的極性如果相同，則對管道的影響是疊加的；若相反，則會減弱管道上的電位偏移。

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