孫少輝 凌艷 孫巖 李磊

北京天然氣管道有限公司河北輸氣管理處

摘  要：固態去耦合器在交流排流中主要起“隔直通交”作用。通過測試天然氣管道上已有排流點的排流參數，分析影響固態去耦合器“隔直通交”指標。結果表明，交流阻抗是固態去耦合器的一個重要指標，交流阻抗較大時會影響排流效果。固態去耦合器的額定隔離電壓為非對稱型時，交流阻抗較大造成其兩端的交流電壓差，會發生整流效應，使得管道電位偏負。

關鍵詞：固態去耦合器；交流干擾；交流阻抗；管道

由于地理位置的限制，油氣管道與電力線路和電氣化鐵路的設計和建設過程中都會采取路徑“擇優原則”，使得相關線性工程在“公共走廊”中發生小間距、長距離并行或交叉，加重了埋地管道面臨的交流干擾問題，影響到管道及其相關設備的安全以及工作人員的人身安全。固態去耦合器在交流排流中主要起“隔直通交”作用，但是部分廠家的產品無法完全發揮作用，這類設備安裝在管道上會對陰極保護電位造成影響。某天然氣管線有交流排流點6處，排流措施為固態去耦合器+排流地床，筆者通過測試6處排流點固態去耦合器的各項參數，對比分析不同排流性能，分析對管道電位造成影響的原因。

1 固態去耦合器工作原理

固態去耦合器主要由電容、二極管（或者晶閘管）以及浪涌保護裝置并聯組成。其中電容元件用來導通交流電流；二極管（或者晶閘管）用于控制固態去耦合器兩端的直流電壓差，在二極管（或者晶閘管）的閾值范圍內，直流不導通，在兩端電壓差超過閾值范圍后，二極管（或者晶閘管）導通；浪涌保護裝置用于導通故障電流或者雷擊電流，防止電容和二極管（晶閘管）受故障或者雷擊電流的影響。不同廠家固態去耦合器的參數如表 1所示，其中額定隔離電壓指固態去耦合器兩端電壓差。在此范圍內，導通的直流電流小于規定的1 mA。如額定隔離電壓為﹣3 V/+1 V，表示兩端的電壓差在﹣3 V～+1 V范圍內，導通的直流電流小于1 mA；兩端電壓差小于﹣3 V和大于+1 V時，導通的直流電流大于1 mA。

固態去耦合器用于交流排流時，將其一端接管道，一端接排流地床，如圖 1所示。管道存在交流干擾時，會通過固態去耦合器和排流地床流入大地，降低管道的交流干擾電壓，使其在隔離電壓范圍內，保證管道和排流地床的直流隔離。

2 測試結果與分析

分別測試6處排流地床連接前后管道和固態去耦合器的運行參數，對比分析2家產品的性能差異和其對管道的電位影響。

圖 2和圖 3分別為排流前后管道的交流電壓和通過固態去耦合器的穩態交流電流值，其中1#、 2#和3#采用產品1， 4#、 5#和6#采用產品2。由圖 2可以看出， 6處排流點的交流電壓均降低明顯，降低率均大于70%，排流后的交流電壓均降到15 V以內，滿足標準規定的安全電壓限值。由圖 3可以看出， 6處排流點的交流排流量在1.3 A～12.3 A，通過固態去耦合器的交流電流量均滿足表 1的穩態交流電流值的規定，表明交流排流效果均較好， 2家產品均能滿足交流排流的需求。

圖 4為固態去耦合器的直流漏流量的最大值、最小值和平均值，測試結果顯示，產品1的直流漏流量在﹣7 mA～+19 mA（正值表示電流通過排流地床流出），產品2的直流漏流量在﹣3 mA～+720 mA，其中5#和6#排流點通過的直流漏流量大。圖 5為固態去耦合器兩端的直流電壓差，可以看出， 6處直流電壓差均在規定的隔離電壓范圍內（﹣3 V～+0.3 V），但是2家產品的直流漏流量均大于規定的參數（大于1 mA）。

對比排流前后管道電位可以看出（圖 6），1#～4#排流點排流前后管地電位變化不大，表明有較 小直流電流通過固態去耦合器時，對管道電位影響不明顯。 5#和6#排流點排流后管道電位負向偏移明顯，分別負向偏移了0.50 V和0.98 V，表明固態去耦合器連接后，有直流電流流入管道表面，造成管地電位變負。直流漏流量的測試結果顯示， 5#和6#排流點直流漏流量大，有電流通過排流地床流出，分析管道電位變負時由于排流地床的流出電流，通過土壤流回管道的表面，造成管地電位變負，直流電流流動方向如圖 7所示。

固態去耦合器兩端的交流電壓差測試結果顯示（圖 8）， 5#和6#固態去耦合器兩端的交流電壓差較大，分別達到了1.25 V和1.77 V。產品2的隔離電壓分別為﹣3 V/+0.3 V，表明內部的二極管組為非對稱型（圖 9）。在固態去耦合器通過交流電流時，交流電流優先通過電容，當交流電流較大時，電容兩端存在交流電壓差，二極管組與電容并聯，因此二極管組兩端也存在交流電壓差， 5#和6#固態去耦合器兩端的交流電壓差，即為電容和二極管組兩端的交流電壓差。二極管組為非對稱型，正方向二極管組的導通電壓為0.3 V（圖 9中1個二極管表示的方向），負方向二極管組的導通電壓為﹣3.0 V（圖 9中多個二極管表示的方向），在二極管組兩端存在交流電壓差時，交流電流為正弦波形式，以5#排流點為例，在交流電流波動到正半波時，固態去耦合器兩端的電壓差能達到+1.25 V，大于正方向二極管組的導通電壓（+0.3 V），電流通過正向二極管導通，在交流電流波動到負半波時，固態去耦合器兩端的電壓差能達到﹣1.25 V，仍小于向二極管組的負向導通電壓（﹣3 V）值，電流無法導通，二極管兩端的交流電壓差造成固態去耦合器交流電流正半波導通，負半波不導通，形成整流效應，將整流的直流電流施加在排流地床和管道之間，形成如圖 7的直流電流，造成管道電位變負。當固態去耦合器兩端交流電壓差較小時，二極管組不導通，不會產生整流的直流電流，如排流點1#～3#。

固態去耦合器兩端的交流電壓差是由通過的交流和其交流阻抗決定。排流量大和交流阻抗較大時，都會造成其兩端的交流電壓差大。圖 10為各個排流點的固態去耦合器交流阻抗測試結果，可以看出產品2的交流阻抗遠大于產品1， 6#排流點交流阻抗達到 0.37 Ω，如排流點的電流達到產品標稱的80 A時，固態去耦合器兩端的交流電壓差將達到29.6 V，在影響管地電位的同時，也將影響排流點的排流效果，因此在排流量較大時，固態去耦合器的交流阻抗直接影響排流效果。

3 結論

交流阻抗是固態去耦合器的一個重要指標，當交流阻抗較大時，在交流排流電流較大狀態下，會在固態去耦合器兩端殘留較大交流電壓差，影響交流排流效果。在固態去耦合器的額定隔離電壓為不對稱時，交流電壓差會施加在固態去耦合器的二極管組兩端，造成二極管組發生整流效應，通過排流地床流出電流，流入管道表面，造成管地電位偏負，使得固態去耦合器無法起到“隔直通交”的作用。在固態去耦合器通過的直流漏流量較小時，雖然超過產品標準的直流泄漏電流值，但是對管道電位的影響較小。

作者簡介：孫少輝， 1977年生，工程師，北京天然氣管道秦皇島作業區主任，從事油氣儲運工作22年，現主要從事作業區及管道管理工作。通 訊 作 者 ： 李 磊 ， 1 9 8 6 年生，工程師，從事油氣管道本體防護工作。聯系方式：13720991915， lilei287mail@qq.com。