某機場機坪管網陰極保護系統雜散電流干擾檢測及相關研究

李 嵐 於 濤

（1. 中國航空油料有限責任公司云南分公司，云南 昆明 650200；2. 青島海誠油氣技術有限公司，山東 青島 266041）

0 引言

目前，隨著城市的發展需求城市地鐵項目已經開始在各大城市建設，其中地鐵路線一般直接通往機場。我國的地鐵運行采用直流電力牽引的方式，建成的地鐵供電系統一般采用1500v的架空接觸網供電，地鐵運行過程中，有一部分電流會通過走行軌泄漏至大地，形成雜散電流[1]。當鐵軌附近存在埋地金屬構筑物（如埋地的鋼質輸油管道等）時，由于地下金屬管道對地絕緣并不充分，則一部分雜散電流將流入地下管道形成干擾電流，再在變電所附近的管地電位較低處流出進入大地，返回變電所負極。由于地鐵是移動負荷，在啟動、運行、制動等狀態下，負荷電流都在變化，而且在一條線路上往往會同時運行著多輛列車，機坪管網在受到如此復雜的雜散電流干擾時管道電位會出現頻率高、幅度大的波動，導致管道陰極保護系統不能正常運行。地鐵牽引系統示意圖如圖1所示。

圖1 地鐵牽引系統示意圖

某機場機坪管網始建于91年，管道建設先后分為一期、二期、三期三部分，長度分別為18km、15km、30km，其中一期管道外防腐層采用環氧煤瀝青，二、三期采用3PE結構。全部管網均采用犧牲陽極保護系統，前期機坪管網陰極保護系統運行正常，從16年7月份開始管網電位出現異常波動，并且電位波動的頻率高、幅度大。為確保機坪管網的長期安全運行和使用壽命，對其進行現場檢測和分析，確認管道受到了新開通機場地鐵的直流雜散電流干擾。

1 管道電位波動檢測準備

1.1 管道電位波動分析

管道電位在不受干擾的環境下一般處于穩定狀態，若管道電位持續波動，則表明管道受到來自外界雜散電流的干擾。為確定雜散電流干擾的來源、評估機坪管網各處干擾程度，需要對機坪管網不同位置的管道電位數據進行采集監測，并對管網路由附近土壤電位梯度進行普查。

1.2 檢測儀器設備

本次管道雜散電流干擾檢測及管網路由附近的土壤電位梯度普查用到的主要檢測儀器設備如表1所示。

表1 直流雜散電流干擾檢測的主要儀器設備

2 測試過程及分析

為確定雜散電流干擾源及管網各處受干擾的影響程度，本次檢測對機坪管網不同位置的管道電位分別進行10min及24h的持續電位數據采集測試[1,2]。測試中選用自動儲存式UDL2數據記錄儀，可設定采集數據時間間隔，在10min采集中設定的時間間隔為5s時，24h持續監測中設定的時間間隔為15s。

本次測試過程中首先從8處測試點中選出2處具有代表性的測試點，進行24h持續性監測，它們分別是：3Z8（停機坪下方地鐵線），3Z1（新、舊管道搭接處）；其中3C148、3Z7、3Z9、3Z4、UZ-2、M37測試點分別進行10min的管道電位數據持續采集。

2.1 機坪區域不同位置測試點電位測試分析

機坪管網區域3C148、3Z7、3Z9、3Z4、UZ-2、M37測試點處數據記錄儀10min采集的管道保護電位波動變化趨勢圖分別如圖2～圖7所示，采集時間間隔均為5s。

圖2 3C148測試點管道測試電位變化趨勢圖

圖7 M37測試點管道測試電位變化趨勢圖

圖3 3Z7測試點管道測試電位變化趨勢圖

圖4 3Z9測試點管道測試電位變化趨勢圖

圖5 3Z4測試點管道測試電位變化趨勢圖

圖6 UZ2測試點管道測試電位變化趨勢圖

觀察以上6個位于機坪不同位置測試點的管道電位波動變化趨勢分布圖，可以發現各個測試點的電位均出現了頻率高、幅度大的波動，并且距離地鐵越近的測試點電位波動幅度會更大一些。表明整個機坪管網均遭到了嚴重的直流雜散電流干擾，而導致管網保護電位出現幅度較大的波動，陰極保護系統基本處于欠保護狀態[3]。

2.2 管道電位24h不間斷持續監測分析

機坪管網中地鐵附近的測試點：3Z8（停機坪下方地鐵線路）與3Z1（新、舊管道搭接處），分別進行24小時不間斷持續監測，兩處數據記錄儀在同一時間段內采集管道電位數據，采集時間間隔均為15s。兩處測試點24h的管道電位變化趨勢圖如圖8、圖9所示。

圖8 3Z8測試點24h不間斷監測電位變化趨勢圖

圖9 3Z8測試點24h不間斷監測電位變化趨勢圖

分別觀察上面機坪兩處不同位置測試點24h不間斷監測管道電位變化趨勢圖，可發現二者均存在一段時間管道電位停止了波動，而且穩定在-0.95v左右，進一步發現兩者停止波動的時間段均在凌晨1:00～6:00左右。而機場方向地鐵11號線每天的發車時段為6:28（首班）～00:00（末班），末班車到達目的地停運時間在凌晨1:00左右，這與管道電位停止波動的時間段完全吻合，并且地鐵線上方的3Z8測試點在地鐵運行時段電位波動幅度比更大，基本證明了機坪管網所受的主要雜散電流干擾源為地鐵。

2.3 管網路由土壤電位梯度情況普查

大地中若存在大量的雜散電流，必然會引起大地電位梯度[2]的變化。利用測量管道周圍雜散電流的狀況，可判斷土壤是否存在雜散電流以及其嚴重程度，也可以判斷管道是否受到雜散電流的干擾。受機坪現場條件限制，對管網路由中比較有代表性的10個測試點的電位梯度進行測試。機坪管網路由土壤電位梯度測試數據如表2所示。

表2 機坪管網土壤電位梯度

土壤電位梯度測試數據顯示整個機坪管網各處均受到不同程度的雜散電流干擾，管網總體處于嚴重的干擾區域，其中管線與地鐵交叉的區域干擾較嚴重，機坪管網需要采取直流干擾防護措施。

2.4 問題與分析

管道電位數據測試中，在機坪3C148、3Z7、3Z9、3Z4、UZ-2、M37等不同測試點的電位波動幅度大、頻率高；其中在3Z8（停機坪下方地鐵線）與3Z1（新、舊管道搭接處）兩個測試點的24h持續監測數據變化趨勢圖顯示管道電位在凌晨1:00～6:00的時間段內（地鐵停運）基本處于穩定狀態，以及土壤電位梯度測試數據均表明機坪管網受到了外界地鐵為主要雜散電流干擾源的嚴重干擾，并導致管網陰極保護[3]系統不能正常工作。

外界強大的地鐵直流干擾腐蝕一般集中在機坪輸油管道的局部位置，往往集中于防腐層的缺陷部位，大的雜散電流使被干擾管道在短時間內發生點狀坑蝕，容易造成管道腐蝕穿孔泄漏事故。為保障管道的安全運行，應對流入管道的雜散電流采取排流措施，同時整改不能正常工作的機坪管網陰極保護系統，確保整個管網系統處于陰極保護狀態中。

3 結語

機坪管網所受雜散電流的主要干擾源為地鐵，且機坪管網各處均受到較為嚴重的直流干擾，尤其是管線與地鐵交叉的區域；干擾后的機坪管網陰極保護系統基本處于欠保護狀態。

針對受地鐵干擾的管道采取以強制排流站為主、接地排流為輔的聯合排流方式將流入管道中的雜散電流排出；并且對機坪管道網錯綜復雜、電流分布不均勻等特點，可以采取饋電試驗合理布置排流站的位置，確保排流效果最佳，整個管網系統得到有效的保護。