林俊

西氣東輸蘇浙滬分公司

摘要：根據國內外交流雜散電流干擾標準，確定交流雜散電流評價指標，模擬評估新建輸電線路對在役天然氣管道的交流雜散電流干擾，掌握輸電線路對天然氣管道的干擾規律，并提出干擾防護措施，從而為做好相關管理提供指導。

關鍵詞：交流干擾；模擬計算；陰極保護；天然氣管道

目前新建輸電線路和電氣化鐵路與在役天然氣管道交叉并行情況變得越來越普遍，管道面臨的交流雜散電流干擾問題越來越嚴峻。國內外標準對于交流干擾評價指標主要規定了以下幾個：①腐蝕速率，小于0.025 mm/y[1]和0.03 mm/a[2]；②交流電壓，主要考慮滿足人身安全和交流電流密度可控[2-4]；③交流電流密度，在滿足陰極保護電位條件下，平均值小于30 A/m2[1-5]；④交流電流密度和直流干擾綜合指標[1,2,5]。本文根據交流干擾評價指標，采用數值模擬軟件，評估新建輸電線路對相鄰某天然氣管道的交流干擾風險，并提出干擾防護措施建議。

1  基本情況

某天然氣管道長度約70 km，管徑508 mm，壁厚8 mm，采用3PE防腐層，以及外加電流陰極保護方式。

新建的輸電線路為110 kV，采用架空和電纜隧道結合的方式。涉及輸電線路一全長約6.4 km，輸電線路二全長約2.3 km，額定電流300 A。輸電線路電纜為纜芯結構，材質為銅，用于電流傳輸；纜芯外側為導體屏蔽及絕緣屏蔽層；絕緣層外側為金屬鋁護套，用于接地及機械保護；金屬鋁護套外側為非金屬護套，材質為聚乙烯。架空輸電線路輸電相序分布為上B中C下A。

天然氣管線與輸電線路交叉及并行情況見圖 1，3處交叉點分別為輸電線路電纜段CJ09、架空輸電線線路G35桿塔以及架空輸電線線路T2桿塔附近。管道與輸電線路并行段主要位于T8桿塔處至架空輸電線線路T2桿塔之間，并行長度約3.4 km，并行間距0～120 m。

圖 1 輸電系統與管道位置示意圖

2  檢測結果

為了評估新建輸電線路對在役天然氣管道的交流干擾影響及確定評價指標，對與輸電線路交叉并行以及前后各約5 km管道沿線土壤電阻率和交流干擾情況進行了測試。

管道沿線土壤電阻率測試結果見圖 2，土壤電阻率分布在15.0 Ω·m～44.2 Ω·m之間，其中3處低于20 Ω·m，土壤腐蝕性評價為“強”，11處處于20 Ω·m～50 Ω·m之間，土壤腐蝕性評價為“中”。

圖 2 管道沿線土壤電阻率測試結果

管道交流電壓和交流電流密度測試結果見圖 3，管道沿線的交流電壓在0～16.47 VCSE，交流電流密度平均值分布在2.06 A/㎡～23.65 A/㎡。圖 4為391#測試樁24 h交流電壓測試結果，結果顯示此段管道存在動態交流雜散電流干擾，在白天時間段交流電壓和電流密度波動較大，夜間時間段波動較小，判斷目前管道的交流干擾主要是電氣化鐵路造成的。

圖 3 管道沿線交流電壓和交流電流密度分布圖

圖 4 391#測試樁24 h交流電壓和電流密度波動圖

3  干擾評估

采用CDEGS軟件，建立交流干擾預測評估模型，模擬計算新建輸電線路對在役天然氣管道的交流干擾程度。

3.1  干擾評估結果

交流輸電線路正常運行時，由于電壓波動導致三相電流不平衡，GB/T 15543-2008《電能質量三相電壓不平衡》規定“電網正常運行時，長時電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%”。在B相線路與其他二相存在不同不平衡度時，管道沿線的交流電壓和交流電流密度的模擬計算結果見圖 5。結果顯示，輸電線路B相不平衡度達到4%時，管道交流電壓達到3.1 V，交流電流密度達到46.599 A/㎡，交流電壓峰值出現在輸電線路開始并行和結束并行的位置。輸電線路的三相不平衡度越高，對管道的交流干擾越大，在輸電線路的B相不平衡度大于2%時，管道沿線部分位置的交流電流密度高于30 A/㎡。

圖 5 391#測試樁24 h交流電壓和交流電流密度波動圖

在不同相位的不平衡度分別達到4%，管道沿線的交流電壓和交流電流密度模擬計算結果見圖 6。結果顯示，不同相保持不平衡度時，管道的交流干擾程度差異性較大，其中在B相不平衡度為4%時，管道受到的交流干擾最大。

圖 6 不同相不平衡度為4%時管道交流電壓和交流電流密度分布圖

3.2  干擾防護措施模擬計算

在輸電線路B相不平衡度為4%時，管道部分位置的交流電流密度高于30 A/㎡，根據國內外評價指標規定，本次干擾緩解目標為輸電線路造成的交流電流密度小于30 A/㎡。

交流干擾緩解方式主要采用排流地床加固態去耦合器。本次采用水平敷設鋅帶，水平鋅帶+填包料直徑300 mm，鋅帶規格15.88 mm×22.23 mm，鋅帶與管道同深埋設，距離管道外壁0.3 m，鋅帶與管線之間安裝固態去耦合器。

在交流干擾2個峰值位置388#和393#測試樁，分別設置70 m和40 m鋅帶排流，防護措施的模擬計算結果見圖 7。結果顯示，設置排流點后，管道沿線的交流電流密度均可降低到30 A/㎡內。

圖 7 采取防護措施前后管道交流電壓和交流電流密度分布圖

4  結論

（1）新建輸電線路對在役管道交流干擾評估結果顯示，管道沿線交流電壓峰值出現在輸電線路開始并行和結束并行的位置。輸電線路的三相不平衡度越高，對管道的交流干擾越大，輸電線路不同相保持不平衡度時，管道的交流干擾程度差異性較大。

（2）在管道交流干擾峰值的2個位置采取干擾防護措施，可將全線管道的交流電流密度降至30 A/㎡內，建議在388#和393#測試樁處增加70 m和40 m鋅帶排流措施。

參考文獻：

[1]SP 21424-2018 Alternating Current Corrosion on Cathodically Protected Pipelines: Risk Assessment, Mitigation, and Monitoring [S].NACE international，2018

[2]SY/T 0087.6-2021鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準 第6部分：埋地鋼質管道交流干擾腐蝕評價[S]. 國家能源局，2021.

[3]SP0177-2019 Mitigation of Alternating Current and Lightning Effects on Metallic Structures and Corrosion Control Systems [S]. NACE international，2018

[4]GB/T 50698-2011埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準[S]. 中華人民共和國住房和城鄉建設部，2011.

[5]ISO 18086:2019, Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria[S]. Geneva, Switzerland: ISO，2019.

作者簡介：林俊，1987年生，助理工程師，現為西氣東輸蘇浙滬輸氣分公司管道科三級工程師，主要從事管道管理工作。聯系方式：13851536318，529461066@qq.com。