海底電纜對海底管道交流干擾試驗研究

2022-08-15 13:36:14趙開龍

石油工程建設 2022年4期

衛憲,楊嶺,朱艷,王巍,趙開龍

1.天津大學建筑工程學院,天津 300072

2.中國石油天然氣股份有限公司大港趙東作業分公司,天津 300457

3.中國石油集團工程技術研究有限公司,天津 300451

隨著海上石油平臺通訊、供電等設施的快速發展，海底電纜的需求不斷增加，由此導致海底電纜與海底管道在長距離范圍內形成并行或者交叉的情況[1-2]，海底電纜會對臨近的金屬海底管道產生交流電磁干擾，使得海底管道產生感應電壓，并由此造成海底管道的雜散電流干擾越來越嚴重，進而有可能破壞海底管道的防腐層甚至威脅作業人員安全[3-9]。

目前，海底電纜對海底管道的交流干擾研究多停留在仿真研究階段[10-12]。本文搭建真實海洋工況環境，根據海底電纜與海底管道在長距離范圍內并行或交叉等實際工況，設計海底電纜與海底管道在不同距離、不同角度下的多組試驗工況，試驗結果可為相關工程的設計與整改提供參考依據。

1 試驗系統搭建

1.1 海洋環境電氣特性

1.1.1 海洋環境模擬池

海洋環境模擬池可以模擬海底電纜和海底管道運行的真實海洋環境，選擇于青島海洋工程水下設備檢測有限公司測試池搭建海洋環境模擬池，該模擬池尺寸為6 m×6 m×6 m，灌裝海水50 m3，灌裝后池內海水深度1.4 m左右。海洋環境模擬池如圖1所示。

圖1 海洋環境模擬池

1.1.2 海底管道

試驗海底管道長度為4.1 m，管道兩端分別焊接1根導線，標記為測試點1、測試點2。圖2所示為經處理后的海底管道實物圖。待測海底管道兩側分別連接長度為12 m的測試線，采用鋁熱焊工藝進行焊接，并做防水處理，焊接點的載流能力與導線的載流能力相等，不會增加電阻率。

圖2 海底管道處理效果

1.1.3 三相大電流發生器

三相大電流發生器為試驗系統提供不同等級的電流輸出，型號為HXDG-500A，輸入電壓等級380 V，輸出電流為0～500 A，見圖3。

圖3 三相大電流發生器實物

1.2 試驗系統搭建

搭建的試驗系統如圖4所示，主要包括三相大電流發生器、海洋環境模擬池、海底電纜、海底管道、陰極保護系統、參比電極、測量系統等設備或設施。

圖4 試驗系統結構

三相大電流發生器輸入AC380 V三相交流電，將海底電纜連接至三相大電流發生器的電流輸出環路并平鋪至海洋環境模擬池，平鋪后的海底電纜整體呈“U”形，處理后的海底管道放置于海底電纜之上，測試線連接至測試箱上。將參比電極與犧牲陽極放置到海洋環境模擬池內，且需靠近海底管道側。

1.3 試驗步驟

為模擬某工程實際中的海底電纜與海底管道在長距離范圍內的并行與交叉工況，改變海底管道與電纜交叉的角度和距離，交叉角度選取0°、30°、45°、60°、90°，在選取的每個角度下分別測試距離為0、5、10、15、20、25、30、50 cm時，海底管道在海底電纜瞬態以及穩態時的感應電壓。分為以下幾個試驗步驟。

（1）通電前需檢查系統連接是否正常。

（2）三相大電流發生器輸出電流設定為A、B、C三相75 A，進行穩態工況試驗。

（3）海底電纜與海底管道之間距離為0 cm。

（4）設置海底電纜與海底管道之間的交叉角度為0°。

（5）使用萬用表交流檔位分別測試測試點1、測試點2與參比電極之間的交流電壓。

（6）設置海底電纜與海底管道之間的交叉角度為30°、45°、60°、90°，重復步驟（5）～（6），并做好數據記錄。

（7）海底電纜與海底管道之間距離為5、10、15、20、25、30、50 cm時，重復步驟（4）～（6），并做好數據記錄。

（8）三相大電流發生器輸出電流設定為A、B、C三相500 A，進行瞬態工況試驗。

（9）重復步驟（3）～（7），并做好數據記錄。