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高壓直流輸電系統(tǒng)接地極對長輸管道安全運(yùn)行的影響

文檔作者：應(yīng)斌文檔來源：中國石化中原油田分公司油氣儲運(yùn)管理處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年02月10日
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第33卷第7期(2014．07)(試驗(yàn)研究)
高壓直流輸電系統(tǒng)接地極對長輸管道安全運(yùn)行的影響
應(yīng)斌 中國石化中原油田分公司油氣儲運(yùn)管理處
摘要： 高壓直流輸電系統(tǒng)主要通過架空線和海底電纜長距離地輸送電能，為了提高輸送功
率和接地極的運(yùn)行效率，直流輸電一般采用雙極線路。高壓直流輸電系統(tǒng)接地極對金屬管道安
全運(yùn)行的主要影響為腐蝕。接地極產(chǎn)生的強(qiáng)大電流通過管道防腐層破損處或排流裝置進(jìn)入管道
后，將沿著管道傳送至陰極保護(hù)系統(tǒng)，導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，甚至造成恒電位儀損
壞；系統(tǒng)對直接與管道相連接的閥門(特別是氣液聯(lián)動(dòng)閥)影響巨大。為了防止電流流入管道
系統(tǒng)，管線路由盡量遠(yuǎn)離接地極，同時(shí)應(yīng)增設(shè)絕緣接頭，縮短受干擾管線長度。對于管道附屬
設(shè)施的安全防護(hù)，建議設(shè)計(jì)時(shí)考慮在高壓直流輸電系統(tǒng)接地極影響范圍內(nèi)的站場和閥室前后安
裝絕緣接頭。
關(guān)鍵詞：直流輸電；接地極；長輸管道；腐蝕；絕緣接頭
doi：10．3969／j．issn．10()6—6896．2014．7．015
為了緩解東南沿海和其他部分經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)城市
的能源缺口，我國大規(guī)模地修建原油、成品油以及
天然氣長輸管道，這些管道難免不與高壓直流輸電
線路交叉或近距離平行。在高壓直流輸電系統(tǒng)直流
工作電流(單極運(yùn)行)或不平衡電流通過接地極直
接泄人大地時(shí)，將產(chǎn)生強(qiáng)大的人地電流，對周圍的
金屬構(gòu)筑物產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，尤其對于周邊的管道
企業(yè)，嚴(yán)重影響其安全運(yùn)行，威脅管道的運(yùn)行
安全。
1 接地極入地電流
高壓直流輸電系統(tǒng)主要通過架空線和海底電纜
長距離地輸送電能，為了提高輸送功率和接地極的
運(yùn)行效率，直流輸電一般采廂雙極線路。但在直流
輸電系統(tǒng)投運(yùn)過程中大部分是先單極運(yùn)行后雙極運(yùn)
行，其問隔周期少則幾個(gè)月，多則一年以上。正常
雙極運(yùn)行時(shí)，當(dāng)換流器有一極退出運(yùn)行時(shí)，直流系
統(tǒng)可按單極兩線運(yùn)行，這時(shí)依靠大地或海水構(gòu)成
回路。
在雙極運(yùn)行方式中， 將正負(fù)兩極導(dǎo)線和兩端
換流站的正負(fù)極相連， 構(gòu)成直流側(cè)的閉環(huán)回路。
在雙極對稱運(yùn)行時(shí)，由于觸發(fā)角和設(shè)備參數(shù)的差
異，接地極有不平衡電流流過，不平衡電流可由系
統(tǒng)自動(dòng)控制在額定電流的l％以內(nèi)；當(dāng)雙極不對稱
運(yùn)行時(shí)， 流過接地極的電流為兩級運(yùn)行電流之差。
在單極大地或海水返回運(yùn)行方式中，利用兩端
換流站接地極和大地(或海水)構(gòu)成直流側(cè)的單極
回路，流過接地極的電流即為直流輸電工程的運(yùn)行
電．流
接地極入地電流參數(shù)一般包括額定電流、最大
過負(fù)荷電流和最大暫態(tài)電流，其中最大過負(fù)荷電流
— 般 寺續(xù)幾個(gè)小時(shí)”，最大暫態(tài)電流能持續(xù)幾 鐘 。
2 接地極對管道的影響
直流雜散電流的腐蝕機(jī)理是由于電解作用。在
雜散直流電流進(jìn)入管道的地方，金屬／電解質(zhì)界面
發(fā)生腐蝕反應(yīng)的陰極部分，導(dǎo)致了管道表面負(fù)極的
極化，過大的陰極電流密度(如>0．1 A／m )或缺
氧，將發(fā)生水的分解導(dǎo)致H 和OH一的產(chǎn)生。OH一的
產(chǎn)生將增大管道表面的pH值，產(chǎn)生陰極剝離，減
少防腐層破損部位與金屬表面的黏結(jié)力。而H 在
獲得電子后(陰保設(shè)備一般給被保護(hù)管道施加負(fù)電
流，因此很容易獲得電子)，將變成【H】，由于[HI的
半徑很小，很容易沿著管材缺陷位置擴(kuò)散至鋼材內(nèi)
部。當(dāng)較多的【H]開始在鋼材缺陷位置聚集后，開
始結(jié)合成氫氣分子，分子半徑迅速增大。當(dāng)大量的
氫氣分子聚集后，從而產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力，使金屬
發(fā)生裂紋，即產(chǎn)生了氫脆。
當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)單極大地返回運(yùn)行時(shí)，接
地極的入地電流通過土壤中的電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。由
于長輸管道一般在容易產(chǎn)生雜散電流的區(qū)域設(shè)置了
排流設(shè)施，這些設(shè)施在面對強(qiáng)大接地極入地電流時(shí)
將直接變成引流裝置，將接地極釋放的強(qiáng)大直流通
過管道一端的防腐層破損處或排流裝置進(jìn)入管道，
從管道另一端的防腐層破損處或排流裝置流人大
地，從而在管道上形成強(qiáng)大電流。在電流流出端形
成陽極區(qū)，產(chǎn)生腐蝕；在電流流入端形成陰極區(qū)，
雖然不會發(fā)生腐蝕，當(dāng)由于電流、電壓過大，使管
油氣田地面工程(http：／／www．yqtdmgc．c。m) 一23—
第33卷第7期(2014．07)(試驗(yàn)研究)
道處于過保護(hù)狀態(tài)，從而可能導(dǎo)致發(fā)生氫蝕。
因此，高壓直流輸電系統(tǒng)接地極對金屬管道安
全運(yùn)行的主要影響為腐蝕。
3 接地極對管道附屬設(shè)施的影響
3．1 對陰極保護(hù)設(shè)施的影響
直流輸電系統(tǒng)接地極產(chǎn)生的強(qiáng)大電流通過管道
防腐層破損處或排流裝置進(jìn)入管道后，將沿著管道
傳送至陰極保護(hù)系統(tǒng)，導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)不能正常
運(yùn)行，甚至造成恒電位儀損壞。
2007年5月19-25日，三滬線由于上海華新?lián)Q
流站故障檢修，進(jìn)行了一次單極大地返回運(yùn)行。在
此期間，西氣東輸管道芙蓉一上海段陰極保護(hù)系統(tǒng)
出現(xiàn)異常，芙蓉陰保站保護(hù)電流增大，恒電位儀輸
出超壓，上海陰保站保護(hù)電流輸出為零；無錫以東
管道電位大幅負(fù)向偏移(最大至一1 410 mV)，無錫
以西管道電位則大幅正向偏移(最大至+830 iv)，
導(dǎo)致恒電位儀無法正常運(yùn)行。
2011年9月26 Et下午，南方電網(wǎng)云廣線由雙
極運(yùn)行改單極運(yùn)行，魚龍嶺接地極產(chǎn)生了強(qiáng)大的人
地電流，導(dǎo)致廣東省天然氣管網(wǎng)有限公司鰲廣干線
陰極保護(hù)系統(tǒng)多臺恒電位儀燒壞。發(fā)生事故時(shí)，人
工檢測鰲頭首站、從化分輸站、廣州分輸站管道對
地電位分別達(dá)~lJ+20、一20和一70 V，而3個(gè)站場離
魚龍嶺接地極的距離分別約為n、26和38 km。
2012年3月10日甚至造成了廣州分輸站恒電位儀
在斷開陰極、陽極接線的情況下發(fā)生機(jī)柜著火事故。
3．2 對站場／閥室閥門的影響
直流輸電系統(tǒng)除了對與管道有直接連接的恒電
位儀有影響外，對直接與管道相連接的閥門(特別
是氣液聯(lián)動(dòng)閥)影響巨大。由于氣液聯(lián)動(dòng)閥本身結(jié)
構(gòu)的原因，閥門氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分管路復(fù)雜，相互
之間距離很近。雖然氣液聯(lián)動(dòng)閥門廠家出于安全考
慮，在氣路引壓管中間加設(shè)了絕緣接頭，但是由于
連接絕緣接頭的金屬卡套距離很近，難免導(dǎo)致在強(qiáng)
大的直流干擾時(shí)不發(fā)生金屬管線之間或金屬卡套之
間的放電現(xiàn)象。長時(shí)間的放電將產(chǎn)生高溫，若管路
中有高壓天然氣，將造成引壓管路的爆裂甚至
火災(zāi)。
2013年12月18：30~22：41，由于南方電網(wǎng)云
廣線增城換流站出現(xiàn)故障將雙極運(yùn)行改單極運(yùn)行，
在魚龍嶺接地極產(chǎn)生了3 125 A的強(qiáng)大直流電流，
導(dǎo)致廣東省天然氣管網(wǎng)有限公司鰲廣線從化分輸站
線路截?cái)嚅y(氣液聯(lián)動(dòng)閥)引壓管路絕緣接頭損
壞、塑料管卡融化。
2014年，由于南方電網(wǎng)大唐接地極對地排
流，造成廣東省天然氣管網(wǎng)有限公司廣肇干線多個(gè)
線路截?cái)嚅y發(fā)生類似事故，甚至造成Line Guard中
模塊損壞，由于這些氣液聯(lián)動(dòng)閥都未通氣投用，因
此未造成更為嚴(yán)重的事故。
4 防范措施與對策
隨著我國高壓直流輸電系統(tǒng)和長輸管道的建設(shè)
規(guī)模越來越大，直流輸電系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)
大入地電流對管道系統(tǒng)的影響也越來越多，也引起
了電網(wǎng)企業(yè)、管道管理企業(yè)和地方政府的高度重
視，如廣東省發(fā)改委、安監(jiān)局牽頭，開始組織南方
電網(wǎng)、廣東省內(nèi)管道企業(yè)以及高等院校進(jìn)行聯(lián)合攻
關(guān)研究。
4．1 防止電流流入管道系統(tǒng)
為了防止電流流人管道系統(tǒng)，管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充
分考慮高壓直流輸電線路接地極的影響。管線路由
盡量遠(yuǎn)離接地極，同時(shí)應(yīng)增設(shè)絕緣接頭，縮短受干
擾管線長度；在可能受到高壓直流接地極干擾的
域，設(shè)置排流設(shè)施時(shí)應(yīng)充分考慮接地極的影響，采
用新型智能排流設(shè)施。管道建設(shè)過程中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量
管理，確保施工過程中管線防腐層的完整性，特別
是焊縫處和管線入地處的防腐絕緣處理，以堵住雜
散電流的流人 。而對于后建的直流輸電系統(tǒng)接地
極，應(yīng)采取更加嚴(yán)格的接地極設(shè)計(jì)，防止或減少對
附近金屬管道系統(tǒng)的影響。
4．2 管道附屬設(shè)施的防護(hù)
對于管道附屬設(shè)施的安全防護(hù)，建議設(shè)計(jì)時(shí)考
慮在高壓直流輸電系統(tǒng)接地極影響范罔內(nèi)的站場和
閥室前后安裝絕緣接頭；對于管道陰保設(shè)施的防
護(hù)，通過在廣東省天然氣管網(wǎng)有限公司天然氣管網(wǎng)
現(xiàn)場安裝強(qiáng)直流干擾保護(hù)器，起到很好的保護(hù)作
用，有一定的推廣價(jià)值；而對于氣液聯(lián)動(dòng)閥的保
護(hù)，可以對引壓管纏繞絕緣膠布等臨時(shí)應(yīng)對措施。
參考文獻(xiàn)
[1]饒宏，李巖，黎小林，等．4個(gè)直流輸電I 程共 L}j 1個(gè)接地板運(yùn)
行方式的研究[J]．高電壓技術(shù)，2012，38(5)：1 179—1 185．
[2】趙杰，何金良．特高壓和高壓直流輸電系統(tǒng) 用接地極模式分
析[J1．中聞電力，2007，40 (10)：45-47．
【3]江波，常熔，孫其剛．魚龍嶺接地極對廣東管網(wǎng)陰保系統(tǒng)的影
響及對策fJJ．油氣田地面一1：程，2013，32(9)：126．
[作者簡介]應(yīng)斌：高級工程師，201 0年畢業(yè)于北
京大學(xué)，現(xiàn)在中國石化中原油田分公司油氣儲運(yùn)管
理處從事油氣儲運(yùn)研究工作。
13193551342、pyhnz@163．COrn
(欄目主持楊軍)
一24一

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