孟繁興

國家管網集團東部儲運公司管道保衛部

 

摘要： 通過現場測試與數值模擬計算方式，評估了擬建漁光互補光伏發電站對附近埋地原油管道可能造成的交直流雜散電流干擾。結果顯示，光伏集電線路穩態運行時，對管道造成的交流雜散電流干擾和直流雜散電流干擾均未超出限值規定，可不采取防護措施。

關鍵詞： 光伏發電；埋地管道；雜散電流；干擾評估

 

當前出現了大量高壓/特高壓輸電線路、電氣化鐵路、光伏發電站等基礎設施與埋地油氣管道共用路由的情況，導致埋地管道受交直流雜散電流干擾越來越普遍[1-3]。目前國內尚無光伏發電系統雜散電流對管道干擾影響的評價標準，國外有個別標準針對光伏發電的雜散電流干擾影響提出了檢測和防范措施要求[4]。

某漁光互補光伏發電站選址與儀征長嶺原油管道赤洪支線（赤壁—洪湖）重疊，項目北區15#、17#、18#光伏方陣穿越赤洪支線， 3#集電線路與赤洪支線存在1處交叉，位于赤洪支線14#測試樁附近，交叉角度84°，詳見圖 1。

圖 1 光伏電站方陣和集電線路與管道位置示意圖

為了評估光伏電站對管道交流、直流雜散電流干擾風險，保障管線安全和光伏電站順利啟動，采用數值模擬技術對交流、直流干擾進行預測評估，并根據相關標準進行可行性防護方案探討。

1  管道陰極保護系統現狀

1.1  陰極保護系統測試評價

赤洪支線赤壁站和洪湖站各設置1套外加電流陰極保護系統，兩站分別位于交叉穿越位置上游15 km、下游22 km，均采用恒電位模式運行，控制電位分別為﹣1200 mV（相對于CSE，下同）、﹣1300 mV，輔助陽極地床為淺埋高硅鑄鐵陽極，其接地電阻分別為4.0 Ω、1.4 Ω，采用萬用表測得通電電位分別為﹣1190 mV、﹣1305 mV。

采用數據記錄儀和便攜式參比電極（CSE）對赤壁站出站、洪湖站進站絕緣接頭進行檢測，顯示兩處絕緣性能均良好。

采用密間隔電位法采集管道沿線斷電電位（圖 2），參考測試樁處土壤電阻率，進行陰極保護有效性評價。

圖 2 赤洪支線管道CIPS檢測結果

分析圖 2可知，9#～10#樁、13#～14#樁，存在單點電位不達標現象。全線檢測402處斷電電位中3處不達標，達標率為99.25%。調整陰極保護電位輸出后，3處斷電電位達標。

1.2  直流雜散電流測試評價

對赤洪支線9#～19#共計11個測試樁進行了直流雜散電流檢測，結果如表 1所示。可以看出，該段管道通電電位在﹣1.477 V～﹣0.827 V波動，斷電電位在﹣1.103 V～﹣0.866 V波動，通電電位波動幅度較小，受直流雜散電流干擾較弱。測試樁處最正保護電位均負于﹣0.85 V，根據GB/T 21448―2017《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》要求，管道處于有效保護狀態。

表 1 通電電位和斷電電位檢測數據

1.3  交流雜散電流測試評價

如表 2所示，分析9#～18#測試樁處交流電壓和交流電流密度，交流電壓最大值均小于15 V，交流電流密度平均值均小于30 A/m²，根據GB/T 50698―2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》評價，其交流干擾程度判定為“弱”。

表 2 交流電壓和交流電流密度檢測結果

2  評價準則與模型建立

2.1  干擾評價指標確定

（1）交流干擾評價指標。光伏發電系統穩態運行時對管線造成的交流危害之一是管道對地電壓升高，附近有施工、檢測或維修人員觸碰到管線裸露位置會發生觸電，給人員生命安全帶來威脅。為了保證人身安全，選擇15 V電壓作為評價限值。

危害之二是電磁耦合造成管道對地產生交流電壓，管道內部產生交流雜散電流，電流由破損點流入附近土壤時管道會發生腐蝕。ISO 18086-2019《Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria.》規定，在代表性時間段內、1 cm²試片或探針上測得的交流電流密度應低于30 A/m²，以此作為交流電流密度評價限值。

（2）直流干擾評價指標。直流干擾對管道造成的主要危害為導致管道陰極保護電位無法滿足要求，影響管道陰極保護效果。根據GB 50991―2014《埋地鋼質管道直流干擾防護技術標準》規定，當存在直流電流入地時，管道極化電位應滿足﹣0.85 V～﹣1.2 V。

2.2  建模參數及模型繪制

赤洪支線管徑406 mm，壁厚6.4/10.3 mm，材質為L415，雙層熔結環氧粉末防腐層，穿越光伏電站北區，交叉區間無交流排流地床、無犧牲陽極。兩座陰保站運行參數見表 3。

表 3 赤洪支線陰保系統運行參數

光伏電站沿道路鋪設光伏場接地網，所有電器設備采用就近接地。接地體采用60 mm×6 mm覆銅扁鋼，垂直接地極采用直徑60 mm、長2.5 m鋼管，水平接地體和垂直接地極頂部埋設于水塘周圍田埂1 m以下。基于以上基礎數據，模擬繪制幾何模型如圖 3所示。

圖 3 光伏電站集輸電纜與管道陰保系統幾何模型

3  干擾預測及評價

3.1  交流干擾評估

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%。日常運行中電網調度單位將該值控制在2%以內。不平衡度的變化將直接影響輸電線路對埋地金屬管線的電磁感應大小，由于目前該數據缺失，本次將計算不同不平衡度下管道受干擾情況。不平衡度為0%～2%條件下管道沿線干擾電壓計算結果見表 4。可以看出，隨著不平衡相、不平衡度發生變化管道沿線干擾電壓分布趨勢基本不變，但均表現為隨不平衡度逐漸增大，干擾逐漸增強。當A相不平衡度2%時出現最大交流干擾電壓為106 mV，最大交流電流密度為1.46 A/m²，如圖 4所示。結果表明，輸電線路穩態運行時集電線路對管道造成的交流雜散電流干擾未超出限值要求，可不采取防護措施。

表 4 集電線路不同三相不平衡度時交流干擾計算結果

圖 4 不同不平衡度干擾電壓和電流密度計算結果

3.2  直流干擾評估

根據設計資料及相關標準，光伏電站正常運行情況下組件對地泄漏總電流設置為8.02 A。光伏發電板與赤洪支線最小間距為5 m。考慮最保守的評估條件，直流泄漏電流均從距離最近光伏板流入、流出大地，此時管道通電電位設置為﹣1.2 V。管道電位分布如圖 5所示，此時靠近該光伏板位置電流從大地流入管道，管道電位負向偏移；遠離該光伏板位置電流從管道流入大地，管道電位正向偏移，為陽極干擾。通電電位﹣1.186 V～﹣1.413 V，最正偏移量為14 mV，最負偏移量為213 mV。參考現場監測數據（通電電位﹣0.732 V～﹣1.477 V，斷電電位﹣0.866 V～﹣1.114 V），判斷該直流干擾狀態下管道陰極保護電位均能滿足標準要求。

圖 5 距離最近光伏板電流從接地流入大地示意圖

反之，當直流電流從遠離管道位置流入大地，從距離管道最近光伏板接地回流時，管道電位分布如圖 6所示。此時，管道電位負向偏移，為陰極干擾。通電電位在﹣0.986 V～﹣1.213 V，電位最正偏移量為214 mV，最負偏移量為13 mV。參考現場監測數據（通電電位在﹣0.732 V～﹣1.477 V，斷電電位在﹣0.866 V～﹣1.114 V），判斷該直流干擾狀態下管道陰極保護電位均能滿足標準要求。

圖 6 距離最近光伏板電流從大地回流至接地示意圖

結果表明，光伏電站穩態運行時對管道造成的直流雜散電流干擾未超出標準規定的限值要求，可不采取防護措施。

4  結語

赤洪支線管道目前受到交直流雜散電流干擾較弱，測試樁處最小保護電位均負于﹣0.85 V，處于有效保護狀態。預測光伏電站投運、集電線路穩態運行時，最大交流干擾電壓為106 mV，最大交流電流密度為1.46 A/m²，未超出標準規定的限值要求。管道受陽極干擾和陰極干擾時，通電電位分別為﹣1.186 V～﹣1.413 V、﹣0.986 V ～﹣1.213 V，直流雜散電流干擾未超出標準規定的限值要求，交直流干擾可不采取防護措施。

目前我國光伏發電工程處于蓬勃發展階段，其對埋地油氣管道的影響將逐漸顯現。有必要在項目建設期就對潛在的干擾問題進行評估并采取適當的干擾防護措施。光伏電站投產后，應及時開展管道交流干擾和直流干擾的復測核實，在管道潛在受干擾位置安裝電位自動采集裝置，定期檢測其對地絕緣電阻以及直流電流的泄漏量，避免和減少對管道造成干擾影響。

 

參考文獻：

[1]李曉龍，王政驍，羅艷龍，李長春，何仁洋.埋地鋼質管道交流雜散電流干擾研究現狀[J].材料保護，2022，55(08)：158-165.

[2]郭勇，王港.埋地管道交流雜散電流干擾的防護[J].石油和化工設備，2016，19(11)：81-83.

[3]李曉龍，楊緒運，李長春，羅艷龍，何仁洋.埋地鋼質管道直流雜散電流干擾研究綜述[J].中國特種設備安全，2023，39(02)：4-11.

[4]ISO 18086-2019 Corrosion of metals and alloys-Determination of AC corrosion-Protection criteria[S].

作者簡介：孟繁興，1989年生，本科，高級工程師，主要從事管道腐蝕防護工作。聯系方式：18552920513，meng8668@163.com。