李舒根 朱昱庠

國家管網集團華中公司江西輸油分公司

摘要：城市地鐵會對鄰近埋地管道產生直流雜散電流干擾，影響陰保系統運行效果。利用數據記錄儀對某成品油管道進行長時間通/斷電位檢測。結果表明，管道明顯受到地鐵直流雜散電流干擾，檢測管段陰極保護效果不達標。采用極性排流接地方式治理后，再次檢測其斷電電位達標。可為管道陰極保護管理提供借鑒。

關鍵詞：埋地管道；地鐵直流干擾；通斷電位；排流治理

地鐵運行需牽引變電站通過牽引網將直流電輸送給地鐵機車，再通過鐵軌將電流送回牽引變電站，正常情況下形成閉環電流回路。當某段鐵軌由于施工、老化等原因導致絕緣性能不佳時，該段電流通過地下流入周邊輸油管道，并順著輸油管道向牽引變電站方向流動，在某一離變電站較近位置流出后再回到變電站。這一過程對周邊埋地管道陰極保護系統造成干擾，影響陰保有效性。本文以某埋地成品油管道為研究對象，測試分析南昌市地鐵運行對其通/斷電位的影響，并驗證直流干擾治理效果。

1  評價標準及測試方法

1.1  評價標準

基于地鐵動態雜散電流干擾特性，本文主要采用AS 2832.1―2015 《Cathodic protection of metals Part 1: Pipes and cables》（金屬的陰極保護1：管道和電纜）和GB/T 21448―2017 《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》等進行評價。即采用時間累積方式對動態雜散電流干擾進行分類，以電位正于保護準則的時間不應超過測試時間5%作為分界線對陰保是否達標進行判定；管道陰極保護電位（即管/地界面極化電位）應為﹣850 mVCSE或更負，陰極保護狀態下管道的極限保護電位不能比﹣1200 mVCSE更負。

1.2  測試方法

采用數據記錄儀（uDL2型）對管道24 h通/斷電位進行檢測，參比電極為銅/硫酸銅，斷電試片暴露面積為6.5 cm2、材質為L360。管道極化時間為1 h，通電周期設置為10 s，斷電周期1 s。

埋設試片時應盡可能保證與管道埋深相同，若現場開挖情況不允許，應至少保證埋設深度為50 cm。便攜式參比電極盡可能靠近試片埋設。測試接線如圖 1所示。

圖 1 管道電位檢測接線示意圖

2  研究結果

2.1  干擾源調查

經過現場勘探，周邊直流干擾源主要為地鐵。選擇62#、68#、71#、77#和91#測試樁，5處測試點離地鐵最近距離分別為13.2 km、11.1 km、6.5 km、5.3 km和4.6 km，如圖 2所示。

圖 2 管道與地鐵相對位置及測試樁位置示意圖

2.2  直流干擾測試結果

（1）電位測試結果。5處測試樁24 h電位測試結果如表 1所示。

表 1 管道電位測試結果

從表 1可知，5處測試樁處斷電電位正于   ﹣850 mVCSE的時間比例均遠大于標準規定的5%，地鐵雜散電流明顯影響了該段管道陰極保護的有效性，使管道處于欠保護狀態。

圖 3為71#和91#測試樁通/斷電位測試結果。兩處測試樁均表現出相同的波動規律，即通/斷電位在凌晨5:00至夜間22:30波動明顯，夜間22:30至凌晨5:00明顯趨于平緩，存在晝/夜周期規律。該電位波動時間與地鐵白天運行夜間停運時間相吻合，進一步印證主要干擾源為地鐵。

圖 3 71#和91#測試樁通/斷電位波動圖

（2）晝/夜斷電電位分析。當地鐵停運時，兩處斷電電位均穩定在﹣0.86 VCSE左右，管道陰極保護水平達標。該極化值是管道受恒電位儀開機極化的結果。電位波動幅度白天明顯大于夜間，既存在正于、也存在負于穩定時電壓情況。該現象主要源于地鐵運行狀態，當地鐵出站加速、進站減速時或與管道距離發生改變時，由鐵軌泄漏進入管道的雜散電流大小將發生變化，表現為電位上下波動。

（3）通/斷電位波動幅度分析。71#測試樁14:29至20:02通電電位波動幅度為1.77 V（﹣2.00 VCSE～ ﹣0.23 VCSE），遠大于同時段斷電電位波動幅度0.33 V（﹣0.72 VCSE～﹣1.05 VCSE）。主要原因是受IR降波動影響。測試通電電位是管道和參比電極之間的管地電位，測試回路中存在土壤電阻率、部分涂層電阻率，當外界動態雜散電流I波動時，IR通隨之波動。測試斷電電位是斷電試片與參比電極之間的電位。雖然依舊存在動態雜散電流I，但是由于斷電試片離參比電極足夠近，且無涂層，R斷遠小于R通，則通電電位波動幅度遠大于斷電電位的。

2.3  地鐵干擾治理效果評價

（1）治理方式。根據SYT 0017―2016《埋地鋼質管道直流排流保護技術標準》，采用“接地排流”方式在5個測試樁處加裝犧牲陽極進行排流治理。每處埋設15支鎂陽極，并通過極性排流器與管道串聯。使用極性排流器作為中間媒介將管道和犧牲陽極地床串聯，為了確保管道電流向陽極地床單向流動，禁止在動態雜散電流干擾下從地床流向管道。若陽極地床和管道直接串聯，因其未涂覆防腐層、接地電阻很小（小于10 Ω）、為金屬良導體，會使得大量雜散電流從犧牲陽極流進、管道流出，導致管道腐蝕速度比未排流前還要快。

（2）電位檢測。排流治理后，再次對5處測試樁進行24 h通/斷電位檢測，陰保效果判定結果如表 2所示。

表 2 排流治理后陰保效果判定結果

（3）治理效果對比。對比表 1和表 2結果，加裝陽極排流地床后，5處測試樁電位明顯降低，處于﹣850 mVCSE～﹣1200 mVCSE，24 h內斷電電位正于﹣850 mVCSE的時間均低于5%，達到陰極保護要求。71#和91#測試樁最大斷電電位、最小斷電電位和平均斷電電位整體下移，如圖 4所示。

圖 4 治理后71#和91#測試樁通/斷電位波動圖

對比治理前后通電電位，波動幅度幾乎無變化。主要原因是犧牲陽極可以降低管道的斷電電位，但是不能改變原環境中雜散電流帶來的IR降變化。因此日常管理應重視對管道斷電電位的檢測。

3  結論

（1）重視對管道斷電電位的檢測。現場通電電位檢測不能有效反映管道與土壤之間的電位變化。

（2）加強對排流設施的維護。排流設施使用中可能出現極性排流器失效、陽極地床失效等情況，需定期維護保養，延長使用壽命。

（3）定期開展電位復測。隨著地鐵車次、里程不斷增加，雜散電流干擾程度也會隨之加重，需定期復測管道電位，排查是否存在新的陰保異常點。

作者簡介：李舒根，江西輸油分公司副經理、安全總監，主要從事長輸管道安全管理工作。聯系方式：13607007957，19283353@qq.com。