某输油管道受地铁直流杂散电流干扰的分析

某输油管道受地铁直流杂散电流干扰的分析

姚滨

（国家管网集团北方管道有限责任公司郑州输油气分公司 河南郑州 450000）

【摘要】随着国民经济的快速发展，天然气管道途径城市建设地铁情况日益复杂，地铁杂散电流对管道造成干扰日趋严重。某输油管道受到地铁杂散电流的干扰，通过电位监测评价分析杂散电流流入流出规律，通过馈电实验研究增大阴极保护电流对抑制电位正向偏移的作用。表明管道两端管段互为直流杂散电流流入流出区域，阴极保护电流可以抑制管道电位正向偏移。地铁动态直流杂散电流对管道干扰需要与管道方共同协作。

【关键词】输油管道；地铁杂散电流；干扰分析

随着我国社会经济的快速发展对基础设施建设需求不断加大，油气管道里程与日俱增。城市轨道交通等直流供电运输系统中以轨道作为回流通路，地铁机车运行中应用行走轨与大地无法完全绝缘，流经行走轨电流部分泄露进入大地回流到变电所，部分电流从轨道泄露到道床周围土壤部分为杂散电流，对地下输油管道及邻近外部建筑物钢筋结构等产生腐蚀，导致设备使用寿命降低造成严重经济损失。近几年地铁轨道交通杂散电流干扰问题在多个城市出现，输油管道与地铁设计建设中出现并行交叉情况，输油管道受到杂散电流干扰腐蚀会形成很大危害，探索地铁杂散电流对管道干扰规律，对保证管道安全运行具有重要意义。

1. 输油管道地铁直流杂散电流干扰机理

国民经济的快速发展对能源交通提出更高的要求，油气管道与电气化铁路建设中出现交叉并行情况产生干扰。长距离输油管道以地埋方式建造，管道外壁腐蚀形式包括电化学与杂散电流干扰等，金属管道防腐往往对干扰腐蚀重视不够，地下管道产生干扰腐蚀处理不当易形成集中腐蚀穿孔【1】。杂散电流作用范围大，了解交流地铁对输油管道的干扰规律采取相应预防腐蚀保护措施具有重要意义。杂散电流从土壤进入金属管道处带负电为阴极区，钢管以铁离子形式溶入周围介质使阳极区管道受到腐蚀。管线阳极区绝缘涂层破损处腐蚀破坏集中，使用铅皮电缆时杂散电流流入阴极区发生腐蚀，发现交流电可能引起腐蚀但破坏作用小。杂散电流干扰腐蚀金属遭受损失数量与施放杂散电流数量成比例。图1 动态杂散电流产生原理示意图。

                      图1 动态杂散电流产生原理示意图

2. 某输油管道地铁直流杂散电流干扰检测

随着中国经济的发展，城市轨道交通在国内得到大力发展。城规交通运输系统通过行走轨回流，部分直流电流从行走轨泄入大地对周边金属构件造成干扰，杂散电流干扰与牵引电流等多个因素有关【2】。目前国内地铁普遍采取行走轨回流直流牵引供电方式，电梯机车运行中行走轨与大地无法完全绝缘，地铁牵引电流由牵引变电所正极出发，部分电流泄露进入大地回流到变电所形成杂散电流，为附近油气管道带来安全隐患。阴极极化导致附近土壤局部碱化造成土层老化剥落。

  某项目管道全长450km,部分管段电位存在波动腐蚀风险高，需要检测干扰情况制定合理的治理措施。根据管道管理部门现场人员反馈，对输油站出站管道绝缘法兰外侧管道进行连续监测，根据项目经验波动规律符合地铁干扰模式【3】。对周边地铁线路分布调研，显示项目管线在输油站与地铁1号线交叉，判定项目管道干扰源为地铁1号线。根据输油站电位波动情况对管道电位进行24h连续监测，发现166-195段极化电位在-0.60~-1.25，推断管道为地铁直流杂散电流流出位置。024,035附近上次外防腐层破损点监测中检出漏电数量较多，破损点相对集中位置与管道电位达不到保护的位置重合。管道首末站设线路阴极保护站与干线绝缘接头，首站阴极保护电源为恒电位仪，保护三条进出站管道共用阳极地床。输出电流达到最大值电压达到额定输出，管道保护电位在-16.97-8.83V波动。末站阴极保护电源为恒电位，保护进出占管道共用阳极迪创，恒电位仪输出电流在0-10.81A波动；夜间恒电位仪输出电流为0.6A左右，管道保护电位在-11.11-5.79V波动。

                 表1 X046测试桩馈电时电位管道断电电位评价

   目前国内外直流杂散电流干扰评价准则相关标准包括AS2832.1-2015等，判断指标对手地铁杂散电流干扰评价结果差异性较大。EN50162-2004规定建议采用电流探针测试法评判干扰可接受程度，确定具有正电位波动的时间短探针电流，超过相应最大可接受程度表面结构物存在高腐蚀危险。表1 X046测试桩馈电时电位管道断电电位评价。对地铁杂散电流干扰影响管道检测评价，不同标准平敬爱结果不同。对全线测试桩管道交流电位与电流密度进行24h监测，管道全线24h交流电为小于15V,其他49个测试桩处交流电位平均值小于4V;根据《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》管道交流干扰程度为弱。

3. 输油管道受地铁杂散电流干扰防护措施

地铁牵引供电系统大多采用直流供电方式，牵引变电所通过接触网向列车提供所需电源，钢轨难以绝对对地绝缘部分电流泄露到地铁道床及周围土壤中形成杂散带你刘，大部分电流流回牵引变电所负极。地铁杂散电流但对钢轨附属部件及金属管线等产生电化学腐蚀破坏管线强度，杂散电流增大可能造成某处轨电位异常威胁乘客安全。在地铁运营前预测可能产生的危害采取防护措施抑制杂散电流是地铁建设运营需要重视的问题。

直流杂散电流排流方法分为直接强制与接地排流等，直接排流是用电缆将管道与电气化铁路铁轨实现电连接。极性排流法具有单向导电性，不允许杂散电流进入管道；接地排流法是将电缆连接到埋地辅助阳极上经将杂散电力土壤返回铁轨；强制电力法原理类似于阴极保护技术，安装整流器可起到电位控制器的作用。实际应用中受管道与地铁相对位置关系等诸多因素的影响，强制极性直接排流法应用受限，考虑工程管道沿线土壤电阻率，需要在166-195段每公里设置牺牲阳极设16支镁牺牲阳极。施工后对管道沿线测试桩进行24h连续监测，发现干扰管道断电电位整体改善。024-035段的026,034等处未达到保护要求，对管道接地电阻测试发现阻值为1-2Ω，建议管道管理单位进行防腐层修复根据沿线电位情况考虑增加排流措施。

结语

   随着开通地铁城市的增加，城市地铁杂散电流影响日趋严重，需要从评估方法与防治措施等方面开展深入研究，有效消除动态杂散电流干扰的影响。通过输油管道受地铁杂散电流干扰检测分析，管道与地铁接近1次时交叉位置成为杂散电流流入流出管道的位置，防腐层破损点较多的位置成为杂散电流流入流出的通路。设置排流措施应对防腐层破损点位修复，根据杂散电流流向改变追加排流措施。

参考文献

[1]赵书华,李晓,王树立,霍达,黄从明,赵梦杰. 埋地管道直流杂散电流腐蚀及防护的研究进展[J]. 材料保护,2020,53(05):123-128.

[2]高宝成. 输油管道动态直流杂散电流干扰测试与分析[J]. 科技视界,2018,(22):46-47.

[3]覃慧敏,都业强,吕超,杜艳霞. 埋地管道动态直流杂散电流干扰评估及防护技术的研究现状[J]. 腐蚀与防护,2018,39(06):409-417+424.

[4]张超. 强制排流器在消除埋地金属管道杂散电流干扰中的应用[J]. 石油库与加油站,2017,26(03):4-7+52.

[5]王小璐. 埋地钢制燃气管道受地铁直流杂散电流干扰的影响与分析[J]. 城市燃气,2017,(04):20-24.

作者简介：姚滨，（1987-3-31），男，汉，辽宁丹东人，工学学士，中级工程师，现任职于国家管网集团北方管道有限责任公司郑州输油气分公司主要做管道工程方面的研究。