高压直流对某埋地管道干扰风险与防控

发布日期：2023-10-30

高压直流对某埋地管道干扰风险与防控

摘要： 本文研究了高压直流输电（HVDC）系统对广东地区天然气埋地管道的干扰问题，并提出了一系列综合性防护措施。这些措施包括分段绝缘、阀室接地网改造、以及锌带排流等，同时加强了内外检测频次，特别是对管道外腐蚀缺陷和防腐层缺陷进行了更强度的修复。通过这些综合性措施，成功减轻了管道受到高压直流干扰的程度。

关键词：高压直流、接地极、干扰、效果评估

1. 风险的背景

高压直流输电系统在发生故障时可能采用单极大地回流方式，这涉及接地极放电，会对周围埋地油气管道造成严重干扰。这种干扰的范围和程度远远超出其他杂散电流干扰，如地铁或矿山采掘设备。它不仅对操作人员的安全构成威胁，还可能导致管道腐蚀、绝缘设施烧蚀密封失效以及设备损坏等问题。当前，尚无相关标准规范可供参考。因此，本文结合实际案例，提出了一系列合理的综合防护措施，以控制管道的安全风险，为相关领域提供了有益的参考。

2. 安全边界要求

2.1 操作人员的触电安全限值

为确保人员安全，管道与大地之间的接触电压应满足特定的安全要求，通常要求小于35 V。特殊情况下，可参考特低电压（ELV）限值。此外，根据跨步电压限值要求，Em应满足条件Em = 7.42 + 0.0318 ρs，且不大于50 V。

2.2 阀室引压管、绝缘接头电弧和烧蚀的安全条件

针对引压管、绝缘卡套两侧的电压差，制定了以下条件：当电压小于4 V时，无需采取措施。当电压在4 V到10 V之间，应保证阀室相邻的引压管间距不小于10 mm。当电压大于10 V时，应采取排流防护措施，将电压差降至10 V以内。

2.3 阴保设备和电涌保护装置的损坏安全条件

为确保阴极保护设备和电涌保护装置不受损害，需要保持其正常运行状态，以不影响阴极保护电流。

3. 案例分析

某管道沿线穿越7条高压直流输电线路，共有19个交叉并行点，影响长度约为11 km。在特殊土壤结构情况下，即地表土层薄、深层基本为岩层，即使管道和直流接地极的垂直距离达到100 km，管道仍然受到显著干扰。在接地极放电时，阀室内不同电位的金属部件之间会产生高电位差，特别是在距离近、绝缘薄弱的金属部位，如绝缘卡套内部，这可能导致卡套穿孔、漏气、着火，甚至爆炸。在某管道的6号阀室，曾发生绝缘卡套烧蚀穿孔漏气事件。经测试，当±500 kV高压直流输电线路的翁源接地极放电电流为3200 A时，管地通电电位高达304 VCSE（超出正常值的300倍），管道中流动的干扰电流可达上百安培。在接地极放电期间，腐蚀速率可达0.6 mm/d，受干扰的管道长度可达上百千米。

图 1 接地极阳极放电时管道受干扰模式

 

图 2 接地极阴极放电时管道受干扰模式

4. 防控措施

对以上管道采取了一系列综合性防护措施，包括管理、防治和监检措施，以减轻高压直流系统对管道的干扰。

4.1 管理措施建

立了沟通协调机制，以确保电网方在接地极故障性放电排流前和排流后及时通报情况。同时，管道方会迅速将相关排流信息传达给相关人员。严格遵守高压直流输电系统对管道操作的管理规范，包括穿戴个人劳保用品，暂停管道电位测量和管道沿线本体施工等工作。

 

 

 

图 3 历年来接地极排流信息统计

4.2 防治措施

设立可控硅控制型自动合闸保护装置，将阀室地网用作排流床，通过设置触发条件，如管道电位和直流电流，实现排流目的。增设绝缘接头，将管段分为多个部分，采用分段隔离方式来减小故障大直流对整条管道线路的干扰。采用非对称型固态去耦合器，通过补充牺牲阳极来减缓地网的腐蚀。在受干扰的管道上铺设锌带，以起到排流作用，同时也作为牺牲阳极。

4.3 监检措施

建立高压直流接地极干扰智能监测系统，监测管地电位和交流电压，提供声光预警和发送通知。对环焊缝异常和外部金属损失进行开挖验证，掌握管道腐蚀状况，缩短内检测周期。

4.4 防控效果

通过对阀室地网的改造和综合排流措施，阀室/站场的管道电压大大降低，全线管道的腐蚀速率明显减小，腐蚀速率均满足低于100 μm/a的目标。

5. 结论

采取锌带和分段绝缘等措施，可以有效减轻高压直流接地极对管道的干扰。综合的排流措施相互影响，合理的位置布置可以明显抑制管道的干扰电位。经过一系列防控措施，高压直流干扰对管道的影响得以有效控制。