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管道交流杂散电流干扰的检测与评价
吴长访 李荣光 刘玲莉
摘要：随着经济建设的发展，管道遭受到交流杂散电流干扰的危害将日益严重，并必将引起普遍重视。本文介绍了交流杂散电流的危害以及国内目前检测方法和评价指标；参照目前的行业标准对铁秦线管道交流杂散电流干扰问题进行了研究，分析了目前的排流减缓措施，采取钳位式排流装置较好的解决了现场实际问题；最后结合国内外的研究成果对管道交流杂散电流干扰的检测和评价技术进行了总结分析。 关键词：管道 交流杂散电流 排流 腐蚀
一、交流杂散电流干扰的危害
随着经济建设的快速发展，管道与交流输电线路、交流电气化铁路及其它电气设施交叉、接近或共用公共走廊的现象越来越普遍，交流杂散电流流入管道的情况越来越多，交流干扰造成埋地管道干扰腐蚀破坏的风险越来越大。管道和交流线路并行通过，必然会对附近埋地管道产生交流杂散电流干扰影响，并引起交流腐蚀。交流杂散电流干扰问题变得日益严重并引起大家的普遍重视，交流杂散电流干扰对埋地管道的影响主要包括：
1）容性耦合（电感应）：施工期间的管道与强电线路会产生容性耦合作用，由于管道与强电线路间电容小、容抗大，因此会产生很强的纵向电势，但是管道通常有良好的绝缘防腐层，内阻很高，因此产生的威胁一般不大，在施工期间采取适当的接地就可以避免。 2）阻性耦合：当管道与强电线路的接地体邻近时，接地体上的电流流入地下，会通过管道与接地体之间电阻产生耦合作用，可能产生电弧击穿管道防腐层，严重的可能烧穿管道，击穿绝缘法兰和阴极保护设备。对阻性耦合的防护主要是加大管道与接地体的距离，并采取措施防止雷电和故障电流对管道的有害影响，以保护管道和人身安全。
3）磁感应耦合（电磁场感应）：对与强电线路近间距长距离平行的管道，磁感应耦合方式是产生危害的最主要方式。当管道与强电线路平行时，根据法拉第电磁感应定律，处于交变磁场中的管道上会产生感生电压和感生电流，从而产生危险，轻者产生持续干扰造成管道交流腐蚀，严重的会威胁到管道和操作人员的安全。对磁感应耦合的防护除了在设计阶段与强电线路保持适当距离外，还应从管道本身采取防护措施主要有接地排流。
二、交流杂散电流干扰的检测及评价指标
交流杂散电流干扰的检测主要是干扰电压测试，需要进行管道交流参数现场测量，遵照石油行业标准SY/T 0032-2000《埋地钢质管道交流排流保护技术标准》，测试方法如图1所示。
吴长访、男、工程师、中国石油管道公司科技研究中心防腐所（检测中心）、腐蚀防护、河北廊坊金光道51号、065000、电话0316-2170719、cfwu@petrochina.com.cn
对于交流杂散电流干扰的评价指标，石油行业标准SY/T 0032-2000《埋地钢质管道交流排流保护技术标准》中规定了交流排流保护效果评价指标：在弱碱性土壤中，管道交流干扰电压≤10V；在中性土壤中，管道交流干扰电压≤8V；在酸性土壤或盐碱性环境时，管道交流干扰电压≤6V。
图1 管道干扰电压测试原理示意图
三、交流杂散电流干扰的减缓措施
对于管道交流杂散电流干扰问题可采用的措施：1）在有干扰的管段，加强防腐涂层质量；2）正在施工的管道，为消除静电干扰，需做接地处理；3）在管道工作人员可接触部位，安装接地栅极或电解接地电池；4）接地排流。
接地排流就是将管道上感应的交流电排放到大地中去，消除交流电压对人身及设备的危害，排流接地极与阴极保护的辅助接地极没有任何区别。一般接地体材料使用废钢即可，无特殊要求，但其接地电阻应尽可能地小，不宜大于0.5Ω，可以通过增加接地体的并联根数，或采用盐等减阻剂进行处理，接地体埋设在距防护管道30m以外的管道一侧。
（1）直接接地排流：直接接地排流的优点是设备比较简单，缺点是阴极保护电流将在接地点入地，大大缩短保护距离，降低保护效果。
（2）排流节排流：如果将排流接地体直接与管道连接，由于接地电阻很小，保护电流流失，相当大面积的防腐层破坏，阴极保护电流量增加，以致破坏阴极保护正常运行，所以必须增加排流节，排流节排流通常采用钳位式排流法。
钳位式排流法原理如图2所示，在排流节的分支电路中，其中一分路串入一只硅二极管，另一分路中反向串入两只硅二极管。一般硅二极管的正流结压降为0.7V，当交流电压为上正下负时，整流模块ZLl导通，管道对地电压为正0.7V。当交流电压为上负下正时，整流模块ZL2导通，管道对地电压稳定在负1.4V左右，此值与阴极保护电位要求相符合，不仅不会使阴极保护电流增加，相反还利用干扰电流的部分，不会对阴极保护正常运行造成损害。这种作用是利用硅二极管的“钳位”特性，所以称钳位排流法。
图2 钳位式排流装置
四、现场检测与评价
铁秦线管道在锦州附近与秦沈客运专线铁路接近，近距离平行段有大约10km（266#～276#）。图3为铁秦线管道干扰段管道走向示意图，检测结果管道交流电位最大值如图4所示。干扰段除276#桩外，管地交流电位最大值均超过6V，其中271#桩最大值达到167V，远远超出标准规定，靠近锦州变电所附近管道受到的干扰尤为严重。
图3 铁秦线干扰管段走向示意图
图4干扰管段交流干扰电位最大值
由于钳位式排流装置接于管道和大地之间，既能将管道上产生的感应电压以电流的方
式排放掉，又保证了管道阴极保护所需的负电位,可以解决管道正常运行和感应电压危及人身设备安全的问题。因此针对现场交流干扰实际情况，在干扰段设置6处钳位式排流装置，具体分布如图5所示。
图5干扰段排流装置分布图
图6 排流后管地交流电位分布图
图6为干扰段排流后的交流电位分布，最大值从167V降低到不足30V，干扰段交流电
位平均值均低于5V，满足石油行业标准SY/T 0032-2000《埋地钢质管道交流排流保护技术标准》中的规定值，干扰段管道存在的交流干扰问题得到较好的解决。
五、总结分析
对于交流杂散电流干扰问题，目前还没有形成统一一致的机理认识，不同国家和行业的处理方式存在很大不同。我们国家石油行业标准SY/T 0032-2000《埋地钢质管道交流排流
保护技术标准》中规定的交流排流保护效果评价指标开始仅适用于石油沥青涂层，对于目前的主流涂层3PE、FBE的适用性还有待于加强研究。
随着技术的发展和提高，需要完善交流干扰检测和评价标准，国外已有基于交流电流密度指标评价管道交流腐蚀危害的报导，建议加强该技术的应用研究。