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高壓直流輸電系統接地極對油氣管道干擾

來源:《管道保護》2023年第4期 作者:陳少松 時間:2023-8-9 閱讀:

干擾機理

正常情況下,高壓直流輸電系統主要采用雙極運行方式實現遠距離輸電。如圖 1(a)所示,極Ⅰ、極Ⅱ回路電流數值基本相等但方向相反,即使設備整流運行的差異導致極Ⅰ和極Ⅱ間存在一定的不平衡電流(通?刂圃谳斔碗娏鞯1%以內),由于接地極通常設置在遠離管道設施的位置,這一數量級的不平衡電流不會對油氣管道造成明顯的直流干擾。

在投運初期、年度檢修或出現故障排查時,高壓直流輸電系統則切換為單極大地回路模式運行,如圖 1(b)所示。這種運行模式下,輸送電流通過接地極流入大地形成閉合回路,大量電流通過大地回流,會分別在送端和受端的接地極周圍極大程度地抬升或降低地電勢,對附近的金屬管道及其設施造成顯著的雜散電流干擾影響。


1 高壓直流輸電系統接地極運行方式原理

干擾規律

高壓直流輸電接地極干擾主要指接地極單極大地回路運行時對管道的干擾,其對管道造成干擾最直接的體現是管地電位發生偏移。根據管道所處的位置和高壓直流接地極單極運行極性的不同,管道的不同管段可以吸收、傳導或釋放接地極的入地電流。

圖 2為接地極單極運行對管道造成的干擾影響示意圖,當與管道接近的高壓直流接地極以陽極模式運行(即向大地中釋放電流)時,來自接地極的雜散電流由位于其附近區域的管道所吸收,管地電位發生負向偏移,該段區域稱為陰極干擾區,然后在遠離接地極的位置從管道中重新排入大地,管地電位則發生正向偏移,該段區域稱為陽極干擾區。相反,當高壓直流接地極在管道附近以陰極模式運行(即從大地中吸收電流)時,雜散電流在遠離接地極的區域由管道所吸收,管地電位發生負向偏移,而在接地極附近的管道中重新排入大地,管地電位則正向偏移。值得注意的是,由于接地極產生的雜散電流大小和流向往往不同,管道上觀測到的正向電位偏移和負向電位偏移的幅度往往并不相等,這與陰極極化和陽極極化的反應特征有關。


2 陽極和陰極運行時對管道造成的干擾影響示意

干擾危害

根據上文介紹接地極干擾的規律,在陽極干擾區,管地電位正向偏移,管道/土壤界面發生陽極腐蝕反應,導致管道腐蝕,管壁局部減薄甚至可發展為穿孔。在陰極干擾區,管地電位負向偏移,金屬/土壤界面發生陰極吸氧反應,導致管道防腐層破損點處堿性增強,防腐層存在陰極剝離風險。同時伴隨析氫反應,導致管道鋼的氫脆風險增加。此外,無論陽極干擾區還是陰極干擾區,過高的管地電位偏移均可能導致管道沿線或場站的設備設施損壞以及人員安全風險增加。 

(北京安科腐蝕技術有限公司高級工程師陳少松  供稿)


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