網狀地床在交流雜散電流排流系統的應用

周紅濤 李垚璐

（上海道盾科技股份有限公司，上海 200126 ）

0 引言

近些年，隨著國民經濟的發展與日俱新，經濟的發展使能源的消耗也與日俱增，人們的生產和生活對電力的需求也越來越大，電力設施也滲透道路各行各業中，當電力設施與油氣金屬管道交叉和并行時，通過電阻耦合、電容耦合或電感耦合讓金屬管道產生了交流電壓，交流電壓帶了交流腐蝕，腐蝕的發生對金屬管道的壽命和安全產生了影響，據相關統計，各個國家金屬行業的腐蝕破壞造成的經濟損失占本年國民經濟生產總值的1%～4%，隨各國不同的經濟發展結構不同和腐蝕控制水平而不同。腐蝕不僅帶來了經濟問題，也是對資源的浪費，并且為工業安全帶來了嚴重的影響。

1 排交流緩解方案詳情

1.1 交流緩解措施比選

埋地金屬管道與交流高壓輸電線路的交叉并行后通過電阻耦合、電容耦合或電感耦合讓金屬管道產生了交流電壓，對此的防護措施有以下幾種：

（1）埋地金屬管道與高壓輸電線路的距離增加，盡量大于塔高；

（2）在埋地金屬管道與干擾源之間安裝交流排流裝置；

（3）在受交流干擾段管段上兩側安裝絕緣接頭。

1.1.1 增加埋地金屬管道與高壓輸電線路的距離

GB/T 50698-2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》中規定，埋地管道與高壓交流輸電線路的距離宜符合下列要求：

（1）在不受限的空間，金屬管道與高壓輸變電線路桿塔塔基的垂直距離宜不小于桿塔高度；

（2）在受限的空間，金屬管道與交流輸變電系統的接地極最小垂直距離不宜小于表1的規定。在采取故障屏蔽、接地、隔離等防護措施后，表1規定的距離可適當減小；

表1 埋地管道與交流接地體的最小距離（m）

（3）金屬管道與110kV及以上高壓交流輸電線路的交叉角度不宜小于55°。在不能滿足要求時，宜根據工程實際情況進行管道安全評估，結合防護措施，交叉角度可適當減小。

1.1.2 管道上安裝交流排流措施

幾種常用的接地方式如表2所示。

表2 交流排流常用的接地方式

1.1.3 在管道上安裝絕緣接頭

在長距離干擾管段的兩側安裝絕緣接頭，將受交流干擾的管段與未受交流干擾的管段實現電絕緣，可以有效的保護未受交流干擾的管段，對受交流干擾的管段繼續采取安裝排流措施。

1.2 交流緩解措施選擇

擴大埋地金屬管道與高壓輸電線路的距離多應用在管道施工前或沿線電力線路建設前，如果已投用，具體實施難度較大；采用管道上安裝絕緣接頭的方式需要停工停產，整體造價較高，并且交流電易產生翹邊現象，即絕緣接頭兩側產生較高的電壓，容易對測試人員產生帶來危害。管道上安裝交流排流措施是目前應用比較多且效果比較明顯的方式，但排流接地有多種形式，本文結合管線所在的地理環境以及經濟因素，采用固態去耦合器+網狀地床的方式進行排流。

2 交流干擾緩解地床設計

交流緩解地床采用鍍鋅扁鋼模塊加固態去耦合器，地床尺寸為12×12m，距離管道大于2m，埋深1.5m，盡量保證與管道同深，如安裝多組地床時，地床之間間距大于5m，如地形受限，可適當調整。地床材料為熱鍍鋅扁鋼，型號：40×4mm，地床的每個節點安裝一支1m長的垂直接地極，垂直接地極為熱鍍鋅角鋼，型號：50×50×5mm，如圖1所示。

圖1 網狀地床示意圖

3 案例介紹

3.1 工程概況

某原油管長205km，規格為Φ377×7mm、材質為X52，采用石油瀝青防腐層。陰極保護選用外加電流保護系統，共設有7座陰保站，管線沿途與高壓輸電線路多次交叉并行。根據GB/T 50698-2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》和《管道陰極保護系統和雜散電流干擾腐蝕調查與評價檢測評價報告》，管道共檢測交流干擾195處，評價交流干擾 “弱”等級有147處，評價交流干擾“中”等級有43處，評價交流干擾“強”等級有5處。本次針對檢測中交流干擾判定為“強”（交流電流密度大于100A/m2）的點進行排流緩解措施，確定采用固態去耦合器+網狀地床的排流方式。

3.2 排流目標

在管道所在地的土壤電阻率高于25Ω.m時，交流電流密度小于60A/m2；在管道所在地土壤電阻率低于25Ω.m時，管道交流電壓任何時候都不能超過4V。

3.3 交流防護地床設計計算

參考PRCI Catalog No.L51835e《交流緩解與預測技術》，防護處理后交流干擾電壓應小于4V，我們以排至2V為標準。

（1）排流地床計算：

根據：

Vmit為排流的目標電位，V；

V0為交流干擾電壓，取實際值V；

|Z|為管道的特征阻抗，Ω；

R為地床的接地電阻，Ω；

而|Z|與管道防腐層及管道接地電阻有關，短距離內不會有很大變化。既而我們選取一個點做測量，先計算出|Z|，進而可得所需排流地床的電阻。

在管道邊打一接地極作為臨時排流地床用，將該地極接到管道上，可以測出斷開和合上該地極，管道對參比電極（Cu/CuSO4）的交流電壓V0及Vmit，同時用三極法可測得該接地極的接地電阻R地極。

由式（1）可得：

求得目標地床電阻R地床：

又：

R為水平地床接地電阻，Ω；

ρ為土壤電阻率，Ω·m；

L為接地極長度， m；

h為接地極埋深，取1.2m；

d為接地極直徑，取0.15mm。

ρ采用四極法測得，將0.83R地床帶入式，可得接地極長度L。

根據式（2），計算將交流干擾電壓降至≤2V時所需的緩解地床的接地電阻，然后根據式（2）計算所需緩解地床的數量。

水平接地極為主邊緣閉合的復合接地極（接地網）的接地電阻計算：

式中：

Re為等效（即等面積、等水平接地極總長度）方形接地網的接地電阻（Ω）；

S為接地網的總面積（m2）；

d為水平接地極的直徑或等效直徑（m）；

h為水平接地極的埋設深度（m）；

L0為接地網的外緣邊線總長度（m）；

L為水平接地極的總長度（m）。

交流雜散電流緩解方案地床安裝位置及數量如表3所示，共計16處位置安裝緩解地床，需排流地床16個。

表3 交流干擾緩解地床計算

3.4 設備性能參數（如表4所示）

表4 固態去耦合器技術參數

3.5 排流效果測試

工程實施完成，排流系統穩定的工作1個月后，利用UDL2數據記錄儀進行24h連續測試，測試結果如表5所示。

由表5可看出，排流后的交流電壓均小于4V，交流密度均小于30A/m2，達到預期排流目標。

表5 排流效果測試

4 結語

（1）固態去耦合器+網狀地床排流方式應用面廣，適用多種環境；

（2）網狀地床占地集中，易于協調，經濟效 益高；

（3）網狀地床施工區域小，易于監護，第三方破壞的可能性降低，安全系數高；

（4）網狀地床接地電阻極低，排流效果非 常好。