高压输电线路对输气管道干扰与防护研究

高压输电线路对输气管道干扰与防护研究

魏典 王光栋 李晓东 王艳龙

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司曲靖局 云南 曲靖 655000

摘要：近年来随着电网建设飞速发展，保证电网安全生产已是电网运营企业面临的首要任务，电网的管理和维护工作变得日益重要。电网安全生产包括人身、电网、设备、信息在生产中处于安全状态。高压输电线路的施工作业本身，就是具有较大风险性的，并且在实际的施工过程当中往往也容易出现较多的安全隐患。在许多地区由于地理位置限制使得高压输电线路和油气管道形成“公共走廊”。高压交流输电线路通过电磁感应作用对埋地管道产生交流干扰，当电流从管道防腐层破损点流出时会引发交流腐蚀问题。实际工程中掌握输电线路与管道的安全距离，就可以从选址阶段进行有效避让，避免后期管道可能受到的干扰问题。

关键词：高压输电线路；输气管道；干扰；防护

引言

长输油气管道沿线环境日趋恶化和复杂，管道路由与高压交流输电线路由经常发生交叉或并行，管道受输电线交流干扰严重，存在较大的交流腐蚀与人员安全风险。因此，对输电线路与埋地管道之间的电磁耦合问题进行系统性分析，并采取合理的防护措施将电磁影响控制在限值内，减小管道腐蚀，对于控制工程质量、投资与效益，推进能源输送工程的规划与建设具有指导意义。

1输电线路检修与维护的重要性

现阶段，建设输电线路大多要经过高山峡谷于山林深处等地理条件复杂的地区，由于输电线路较长且传输距离较远，输电线路极易遭到当地自然条件的干扰，例高压交流输电系统对埋地管道电磁感应产生的交流干扰问题，输电线路极易遭受干扰或者损坏。此外，由于输电线路的结构参数较高，且含有许多复杂配件，每个配件都与整体的运行密切相关，如果任何一个配件出现问题，将会导致输电线路难以安全运行乃至瘫痪。将安全距离评价方法应用于某实际管道的交流干扰分析，结果显示根据安全距离可以很好地判断管道的干扰风险。

2高压输电线路对输气管道干扰与防护

2.1交流腐蚀安全限值

对于交流干扰的评价指标，国内外专家和学者开展了一些研究工作。当阴极保护电位为-1100mV_CES(相对于饱和硫酸铜参比电极的电位)，交流电流密度降至20A/m²以下时，交流腐蚀问题可以忽略。当交流电流密度小于20A/m²，阴极保护电位-950mV_CSE可以有效地保护管道免于腐蚀。当阴极保护电位达到-0.97V_SCE，交流电流密度小于50A/m²时，碳钢的腐蚀速率低于0.01mm/y。虽然对于交流干扰的具体评价限值有所不同，但是大部分学者通过腐蚀试验认为交流电流密度是交流腐蚀的主要衡量指标。本文参考目前国际上比较认可的NACESP214-2018标准中的说明：当直流电流密度大于1A/m²时，交流电流密度应小于30A/m²。当直流电流密度小于1A/m²时，交流电流密度应小于100A/m²。同时，考虑比较严苛的情况，选取交流电流密度小于30A/m²为交流腐蚀的安全限值。

2.2不同土壤电阻率时的安全距离

由于埋地管道与高压交流输电线路并行距离越长，间距越小电磁感应越明显，因此交流干扰越高。土壤电阻率对安全距离影响很大，土壤电阻率越低所需要的安全距离越大。土壤电阻的降低有两方面影响：一是管道泄漏电阻降低，管道漏失电流增加，导致管道干扰电压降低；二是土壤电阻率降低导致交流电流密度上升。而它们的作用之和形成了最终影响。但是，对于油气管道，大多外部涂覆了绝缘防腐层，其绝缘电阻率相对于土壤高很多，因此土壤电阻率降低对泄漏阻抗的影响比较小，即对干扰电压影响较小。因此，合作用下表现为随着土壤电阻率的降低，干扰电流密度增加，安全距离增加。这是由于虽然随着并行长度的增加纵向电场不断累积，但是管道的泄漏阻抗也在不断减小，纵向阻抗不断增加。使得达到一定长度后，管道干扰随着并行长度的增加变化不大。因此，安全距离也变化不大。在实际工程中，对于新建管道采用高电阻率的回填土增加管道附近的土壤电阻率可以降低管道防腐层破损点的交流电流，减小交流腐蚀风险。但是，需要考虑高电阻土壤容易结固，使得土壤与管道防腐层破损点不良接触，导致正常的阴极保护无法奏效，而存在自然腐蚀问题。

2.3不同防腐层管道的安全距离

随着防腐层质量的提高，安全距离增加，即采用电阻率较高的防腐层增加了管道的交流腐蚀风险，需要更远的安全距离。这是由于较好的防腐层，其泄漏阻抗较小，输电线路在管道上产生的纵向电场更容易累积，形成较高的干扰电压。埋地钢质管道采用较好绝缘性能较好的防腐层虽然能够降低管道的阴极保护电流需求，减少管体由于施工或第三方破坏产生的防腐层破损情况。但是，对于电感耦合的交流干扰来说，却增加了管道交流腐蚀风险。可以想象，如果管道防腐层完好无损，即使有很高的干扰电压，没有电流密度从破损点流出，也就没有腐蚀风险。但是，实际工程中由于埋地钢质管道直径大、自重大、距离长，施工过程中难免有防腐层破损。此外，两端预制防腐层管道连接处补口无法完全保证绝缘。使得现阶段在役管道均存在不同程度的防腐层破损。因此，对于管道受交流干扰区域，是否要进行防腐层修复变成了难题。如果无法探明所有缺陷，修复部分缺陷会增加其他缺陷的腐蚀风险。交流干扰的防护需要以排流为主，对于缺陷修复应选择缺陷腐蚀深度深的、面积大的、处于高后果区进行修复补强，而对于其他缺陷可不做处理并定期进行评估。

2.4不同高压交流输电线路等级的安全距离

随着高压交流输电线路等级的提高，安全距离增加。33kV输电线路的并行极限长度时的安全距离为548m。110kV输电线路的并行极限长度时的安全距离为566m。220kV输电线路的并行极限长度时的安全距离为587m。当并行长度大于40km时，不同等级的输电线路的安全距离差别不大(差别小于10%)。但是，当并行长度较短时，差别比较明显，如：并行长度小于10km时，33kV，110kV以及220kV的安全距离分别为190m，250m和350m。这是由于管道上的交流干扰是由输电线路的ABC三相共同的电磁感应产生的。ABC三相相角相差120°，完全对称的情况下其磁场相互抵消。但是，由于在杆塔上与管道距离不一致，因此产生了交流干扰。当并行距离较短时，ABC三相位置不对称影响明显，同时又由于三相的电流存在很大区别，因此安全距离差别很大。而当并行距离较长时，ABC三相位置不对称影响减弱，导致安全距离差别较小。

2.5管径对安全距离的影响

随着管径的减小管道与输电线路之间的安全距离略有增加，但变化很小，即管道的管径对安全距离不大。这是由于管道的纵向阻抗相比于泄漏阻抗来说要低很多，也就导致其对纵向电场的累积效果影响不大，因此对安全距离影响较小。

结束语

加大高压输电线路的建设力度，是切实保障人们电能使用安全性、稳定性以及可靠性的关键。但是高压输电线路施工本身存在着一定的风险，围绕高压交流输电系统对埋地管道电磁感应产生的交流干扰问题，研究了不同工况下高压交流输电系统与埋地管道的安全距离，尽可能规避风险，采取相关的安全技术施工手段，确保高压输电线路在安全的环境中建设。

参考文献：

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［2］宋丽敏，唐取，区伟斌，等．新建高压输电线路对管道干扰预测及缓解措施［J］．油气储运，2019，38(10):1144－1150．

［3］任晓达．高压交流输电线路对金属管道干扰规律研究［J］．中国科技信息，2016(18):54－56．