一、? 輸油、氣管道電磁環(huán)境要求

（一） 輸油、氣管道與鐵路安全距離要求

新建鐵路選線時(shí)要充分考慮有關(guān)土建方面的安全距離是否符合有關(guān)鐵道部和中石油（化）等有關(guān)方面的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，由于電氣化防護(hù)工程不能解決由于安全距離不足產(chǎn)生的安全隱患，所以只有土建方面的安全距離符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，才有進(jìn)行電氣化防護(hù)的基本條件。土建工程的安全要求執(zhí)行“中華人民共和國(guó)石油工業(yè)部（87）油建字第505號(hào)中華人民共和國(guó)鐵道部（1987）780號(hào)《原油、天然氣長(zhǎng)輸管道與鐵路相互關(guān)系的若干規(guī)定》的有關(guān)條款”。

鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：TB 10063-2007《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》3.1.5條關(guān)于輸送甲、乙、丙類液體和可燃?xì)怏w管道與鐵路平行敷設(shè)或架設(shè)時(shí)，與臨近鐵路線路的防火間距分別不小于25m和50m ，且距鐵路用地界不小于3.0m 。4.1.1條甲、乙丙類液體和可燃?xì)怏w管道與鐵路區(qū)間線路交叉時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：1 管道宜下穿鐵路，并應(yīng)選用正交，必須斜交時(shí)交角不應(yīng)小于45

及4.1， 4.2，4.3條有關(guān)甲、乙、丙類液體和可燃?xì)怏w管道上跨、下穿鐵路線路、橋涵、站場(chǎng)的全部?jī)?nèi)容。

石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：SY/T0325-2001《鋼質(zhì)管道穿越鐵路和公路推薦做法》在有套管和無套管穿越鐵路路基時(shí)應(yīng)遵守6.6.2和5.3.1條關(guān)于：被穿越的鐵路或公路與穿越管道之間的夾角應(yīng)盡可能接近90

，但在任何情況下應(yīng)不小于30

的條款。

（二）? 國(guó)標(biāo)、行標(biāo)對(duì)油氣管道電磁防護(hù)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2832—1997《交流電氣化鐵道對(duì)油（氣）管道（含油庫）的影響容許值及防護(hù)措施》

2.石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0032—2000《埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》

（三） 輸油、氣管道電磁防護(hù)要求（容許值）

在鐵路電氣化時(shí)，輸油、氣管道電氣化防護(hù)主要考慮危險(xiǎn)影響容許值。應(yīng)從對(duì)人體產(chǎn)生的危險(xiǎn)和對(duì)管道設(shè)備造成危害兩方面考慮。危險(xiǎn)影響容許值執(zhí)行鐵道部TB/T? 2832—1997《交流電氣化鐵道對(duì)油（氣）管道（含油庫）的影響容許值及防護(hù)措施》所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

1.交流電氣化鐵道對(duì)油（氣）管道危險(xiǎn)影響的安全電壓

（1）交流電氣化鐵道接觸網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，管道對(duì)地電壓容許值為60V;

（2）交流電氣化鐵道接觸網(wǎng)故障狀態(tài)下，管道對(duì)地電壓容許值為430V

2.交流電氣化鐵道與油（氣）管道的安全距離

（1）油、氣管道從電氣化鐵道下穿越時(shí)，應(yīng)敷設(shè)在管涵或套管內(nèi)，并必須在路內(nèi)通信、信號(hào)電纜下方穿過，管涵或套管頂部距電纜槽底部不應(yīng)小于0.5m。

管涵或套管上部距軌底不宜小于2m。穿越處管道邊緣距交流電氣化鐵道支柱邊緣不得小于3m。

（2）油、氣管道需跨越電氣化鐵道時(shí)，其管道底部與接觸網(wǎng)帶電體的距離不得小于4m，且與軌頂?shù)木嚯x不宜小于11.1m

（3）油、氣管道與交流電氣化鐵路平行敷設(shè)時(shí)，在滿足1、2條的同時(shí)，管道接近側(cè)邊緣與鐵道最外側(cè)帶電導(dǎo)體垂直投影的水平距離不應(yīng)小于6m。

3.防護(hù)措施

（1）管道對(duì)地電壓超過容許值時(shí)應(yīng)采用接地（可結(jié)合管道防腐設(shè)計(jì)選用直接接地、犧牲陽極接地和嵌位式排流接地等）設(shè)施加以防護(hù)。操作人員經(jīng)常接觸的管道部件（如閥門等）必要時(shí)可增加接地裝置。

（2）跨越交流電氣化鐵道的架空管道或大型管廊，跨越兩端的支柱結(jié)構(gòu)應(yīng)接地，接地電阻不應(yīng)大于10Ω。

二、交流電氣化鐵道對(duì)地下金屬管道影響理論分析

（一 ） 交流電氣化鐵道對(duì)油氣管道的干擾影響產(chǎn)生的原因

交流電氣化鐵道由于采用單相對(duì)地不平衡供電方式，對(duì)輸油、氣管道的危害主要在于列車通過時(shí)產(chǎn)生間歇或連續(xù)的交流干擾電壓作用在管道上，對(duì)人身和設(shè)備產(chǎn)生危害。電氣化鐵路的電磁干擾歸納起來主要有以下幾個(gè)方面：

1. 磁感應(yīng)耦合

磁感應(yīng)耦合又叫磁干擾，是由機(jī)車牽引電流流過接觸網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)，通過空氣、土壤等傳導(dǎo)電磁波的介質(zhì)，在管道上由于互感作用感應(yīng)出縱向電動(dòng)勢(shì)，對(duì)感性耦合影響要考慮接觸網(wǎng)正常供電和短路故障兩種狀態(tài)。

2. 容性耦合（靜電）影響

高壓牽引供電線路和金屬管道之間由于高壓靜電場(chǎng)的作用，通過相互間分布電容的耦合，引起管道對(duì)地電壓升高，靜電感應(yīng)電壓通過人體形成靜電電流，由于大地具有良好的靜電屏蔽作用，所以一般情況下，容性耦合只對(duì)架空管道產(chǎn)生影響，而對(duì)地埋金屬管道不會(huì)產(chǎn)生影響。

3.阻性耦合

阻性耦合又稱入地電流影響，在電流入地點(diǎn)相對(duì)于遠(yuǎn)處大地間通過大地阻性耦合產(chǎn)生電位差。由于阻性耦合的存在,使路基附近的管道處于地電位梯度變化劇烈的土壤中而引起管道地電電位升高。

在各種耦合情況下感應(yīng)電壓和電流和多種參數(shù)有關(guān)，它們有：交流電汽化鐵道的供電方式、正常牽引狀態(tài)和故障狀態(tài)下的牽引電流、管道與接觸網(wǎng)的平行長(zhǎng)度、接近距離、管道防腐層的材質(zhì)及絕緣電阻、管道直徑、管道的傳播常數(shù)、敷設(shè)方式、沿線大地導(dǎo)電率等。

要盡量利用以上的變量參數(shù)和一定的物理計(jì)算模型計(jì)算出感應(yīng)耦合或阻性耦合的數(shù)值，以便采取進(jìn)一步的防護(hù)措施。當(dāng)前雖然有很多計(jì)算方法可以計(jì)算出感應(yīng)電壓的大小，但由于相關(guān)因素太多，計(jì)算結(jié)果往往不像電信線路那樣準(zhǔn)確，所以我們認(rèn)為：以開通測(cè)試為依據(jù)進(jìn)行有針對(duì)性的防護(hù)對(duì)管道安全更為有利。

（二）交流電氣化鐵道對(duì)油氣管道影響的分類

按照影響的后果來分，交流電氣化鐵路對(duì)地埋金屬管道的影響可分為危險(xiǎn)影響和干擾影響

1.危險(xiǎn)影響

由于電氣化鐵路接觸網(wǎng)的機(jī)車牽引電流的磁影響及鋼軌入地電流形成的地電位影響，而引起管道與大地間電位差升高到足以危及管線維護(hù)作業(yè)人員人身安全和導(dǎo)致陰極保護(hù)裝置損壞，這種影響稱為危險(xiǎn)影響。

2.干擾影響

由于電氣化鐵路接觸網(wǎng)的機(jī)車牽引電流的磁影響及鋼軌入地電流形成的地電位產(chǎn)生的復(fù)合電位。如果這種電位大到足以影響金屬管道陰極保護(hù)裝置的正常工作，致使帶有外接電源陰極保護(hù)管道上的恒電位儀損壞或無法送出保護(hù)電流，在帶有鎂、鋅、鋁作犧牲陽極的管線上，過高的干擾電壓會(huì)使這些陽極產(chǎn)生極性逆轉(zhuǎn)，加速了管道的腐蝕。對(duì)某些防腐層薄弱點(diǎn)由于長(zhǎng)期影響，有可能引起交流腐蝕時(shí)，這種干擾稱作干擾影響。

（三）容許標(biāo)準(zhǔn)

交流電氣化鐵路對(duì)地埋金屬管道的危險(xiǎn)影響和干擾影響的容許標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外均未作出過統(tǒng)一的規(guī)定。從國(guó)內(nèi)外發(fā)表的資料看，強(qiáng)電線路對(duì)地埋金屬管道的危險(xiǎn)影響大多采用通信線路危險(xiǎn)影響允許標(biāo)準(zhǔn)。鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2832—1997《交流電氣化鐵道對(duì)油（氣）管道（含油庫）的影響容許值及防護(hù)措施》 即強(qiáng)電線路正常工作時(shí)取60v，強(qiáng)電線路短路時(shí)取430v作為允許值。

干擾影響的容許值主要考慮兩個(gè)方面，一是對(duì)管道陰極保護(hù)裝置的正常工作的影響，二是對(duì)管線產(chǎn)生交流腐蝕的影響。當(dāng)前石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0032—2000《埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》作出了在酸性土壤、中性土壤、堿性土壤條件下，干擾電壓不大于6v、8v、10v的相關(guān)規(guī)定。鐵路方面當(dāng)前未對(duì)這方面允許值作出相應(yīng)的規(guī)定。

（四）關(guān)于交流腐蝕

有關(guān)地下管道交流腐蝕的機(jī)理，大量資料表明單純的交流電時(shí)不會(huì)造成腐蝕的，但當(dāng)交流電疊加在腐蝕原電池上時(shí)，其極化曲線向更負(fù)的方向移動(dòng)加快了腐蝕速度，從而改變了腐蝕率。有資料表明：在交流電流的大小與直流大小相同時(shí)，鉛和鐵的腐蝕率在2%以下。

（五）磁影響下管道感應(yīng)電壓的計(jì)算

磁感應(yīng)耦合又叫磁干擾，是由機(jī)車牽引電流流過接觸網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)通過空氣等傳導(dǎo)電磁波的介質(zhì)在管道上由于互感作用感應(yīng)出縱向電壓。由交流電氣化鐵道磁影響下管道計(jì)算的一般表達(dá)式為：

式中：

—綜合屏蔽系數(shù)；

管道縱向阻抗（

）

接觸網(wǎng)與管道間互阻抗（

）

-接觸網(wǎng)牽引電流（

）

-“管道-大地”回路傳播常數(shù)（1/

）

-“管道-大地”回路特性阻抗（

）

-

影響段全長(zhǎng)（

）

-影響端始端至計(jì)算點(diǎn)的長(zhǎng)度（

）

，

分別為受影響管段段兩端接阻抗。當(dāng)管道兩端接地時(shí)

=

=

則

=

=

；

當(dāng)管道兩端對(duì)地絕緣時(shí)

=

=

則

=

=

；

（六）入地電流影響下管道附近地電位的計(jì)算

阻性耦合又稱入地電流影響，在電流入地點(diǎn)相對(duì)于遠(yuǎn)處大地間通過大地阻性耦合產(chǎn)生電位差。由于阻性耦合的存在,使路基附近的管道處于地電位梯度變化劇烈的土壤中而引起管道與大地間電位差升高。管道附近的地電位由下式計(jì)算：

伏

式中；

大地電阻系數(shù)，（

?米）；

I-集中進(jìn)入軌道的電流（

）；

“鋼軌-大地”回路傳播常數(shù)，（1/米）；

鋼軌屏蔽系數(shù)；

特種函數(shù)；

管道對(duì)應(yīng)鋼軌點(diǎn)至電力機(jī)車電流入軌點(diǎn)的距離（米）；

管道直鋼軌最近距離（米）。

以上計(jì)算中用到了比較復(fù)雜的特種函數(shù)，當(dāng)電流入地點(diǎn)通過埋地管道所對(duì)應(yīng)點(diǎn)時(shí)影響最嚴(yán)重，但此時(shí)函數(shù)根據(jù)高莜綱《感性耦合與阻性耦合》的計(jì)算方法可以簡(jiǎn)化，特別是當(dāng)

<0.1時(shí)可簡(jiǎn)化為：

當(dāng)?shù)芈窆艿来┰交蚪咏姎饣F路路基時(shí),可根據(jù)高莜綱《感性耦合與阻性耦合》的計(jì)算方法：

當(dāng)電流入地點(diǎn)正對(duì)交越點(diǎn)時(shí)且y值較小,如：當(dāng)

< 0.1時(shí)本公式可以簡(jiǎn)化為：

ln(

)

由于油氣管道的埋深一般不會(huì)超過10米，所以以上簡(jiǎn)化公式是完全適用的。

（七）油氣管道防護(hù)設(shè)計(jì)及施工中要注意的問題

管道和電信線路一樣，同為金屬導(dǎo)體， 所以受交流電氣化鐵道影響的途徑和原理是相同的。電磁影響和入地電流影響的原始計(jì)算公式和電信線路也是相同的。但由于管道的自身特點(diǎn)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.由于管道的漏導(dǎo)較大，因此管道的傳播常數(shù)比通信線路大好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，通常在0.2-1.5? （1/km）之間，幅角40度左右。隨著管道對(duì)地電壓的增加，管道的漏泄電阻減小，從而不能使管道的對(duì)地電壓線性增長(zhǎng)。根據(jù)北京電鐵通信信號(hào)勘測(cè)設(shè)計(jì)院與石油部管道勘測(cè)設(shè)計(jì)院聯(lián)合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：同等條件下管道感應(yīng)的縱電動(dòng)勢(shì)與通信線路感應(yīng)的縱電動(dòng)勢(shì)之比為0.3左右，且隨著網(wǎng)流的增加，受影響的管道感應(yīng)電壓并不成比例增加。這就是說通信線感應(yīng)的縱電動(dòng)勢(shì)為10v，而管道感應(yīng)的縱電勢(shì)只有3v左右。

2.管道與電信線路不同，不像電信線路因要求良好的傳輸特性而不能隨意接地。而管道可以根據(jù)管道的實(shí)際情況采取直接排流，嵌位式排流，犧牲陽極接地排流等簡(jiǎn)單的防護(hù)措施來消除電氣化鐵道引起的影響。

3.由于管道參數(shù)的非線性和大地結(jié)構(gòu)的不均勻性，使得計(jì)算結(jié)果誤差較大，特別是管道越長(zhǎng)誤差越大。因此在實(shí)際工程中我們一般建議，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。對(duì)電氣化干擾超標(biāo)的管段進(jìn)行防護(hù)。

4.管道附近地電位計(jì)算公式僅適用于管道穿越路基時(shí),而從橋梁下地埋垂直穿過時(shí)受電氣化鐵路影響較小,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜和考慮。

三、 油氣管道電氣化的防護(hù)措施

對(duì)輸油、氣管道應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況依據(jù)鐵道部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2832—1997《交流電氣化鐵道對(duì)油（氣）管道（含油庫）的影響容許值及防護(hù)措施》分別制定防護(hù)措施，實(shí)驗(yàn)證明采用直接排流、電容排流、極性排流可有效地降低管道感應(yīng)電壓。

1.對(duì)和電氣化鐵道平行接近，且管道兩端對(duì)地不絕緣，沒有陰極保護(hù)的油、氣管道，可在受影響區(qū)段增設(shè)直接排流措施，必要時(shí)可在輸油管道泵站或輸氣管道分輸站出入端加裝絕緣法蘭（施工難度較大，要慎用），以保護(hù)站內(nèi)設(shè)備和人員安全。

2.對(duì)和電氣化鐵道平行接近，且管道兩端對(duì)地絕緣，有陰極保護(hù)的油氣管道可在受影響段增設(shè)極性排流措施（犧牲陽極或嵌位式排流等），排流點(diǎn)宜選擇在受影響管段兩端電壓峰值處。必要時(shí)可把輸油管道泵站或輸氣管道分輸站的衡電位儀更換成高抗干擾型。

3.對(duì)和鐵路發(fā)生交叉跨越且防腐層破損嚴(yán)重的油、氣管道，應(yīng)先局部改善防腐層絕緣條件后再增設(shè)排流措施。

四、工程實(shí)例

XX線電氣化對(duì)XX輸氣管道電磁影響防護(hù)設(shè)計(jì)

（一）概述

改建鐵路XX線電氣化鐵路采用單線對(duì)地的交流不平衡供電方式。在這種供電方式下，電力機(jī)車由接觸網(wǎng)受流供電，回歸電流則由鋼軌流回變電所，同時(shí)有部分雜散電流流入大地。受這種入地電流的影響，位于電氣化鐵路路基下的輸氣管道將和周圍大地產(chǎn)生電位差。這種由于阻性藕合引起的影響，有可能干擾管道上原有的陰極保護(hù)設(shè)施的正常工作，嚴(yán)重時(shí)可能損壞保護(hù)設(shè)備，因此需要進(jìn)行電氣化防護(hù)。

（二） 設(shè)計(jì)依據(jù)

1.鐵道部《交流電氣化鐵道對(duì)油（氣）管道（含油庫）的影響容許值及防護(hù)措施》??? TB/T?? 2832—1997

2.中石油《埋地鋼質(zhì)管道犧牲陽極保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》SY/T? 0019—97

（三） 管道受干擾的現(xiàn)狀

受影響的管道主要分布在XX和XX兩個(gè)地區(qū)。

1.XX地區(qū)輸氣管線受影響段主要分布在XX-XX之間，在不到40Km的區(qū)間內(nèi)有8處和鐵路的交越點(diǎn)。其中XX分輸站之間有5處和鐵路發(fā)生交越（既有線上有2處、新增四線方案上有3處）；分輸站之間有3處和鐵路發(fā)生交越（既有線上有1處、新增四線方案上有2處）。

2).XX地區(qū)輸氣管線受影響段主要分布在XX-XX之間，共有5處和鐵路的交越點(diǎn)。

（四） 管線的基本技術(shù)狀態(tài)

該管道建成投產(chǎn)兩年左右；管徑ф508mm；環(huán)氧樹脂防護(hù)層；全線恒電位儀陰極保護(hù)。保護(hù)電位XX為-1.1V；XX段為-1.35V，恒電位儀型號(hào)為MAS-2050-30。管道防腐層對(duì)地絕緣良好，長(zhǎng)度40Km左右的保護(hù)段，單端保護(hù)電流僅為80mA左右。

（五） 防護(hù)方案

由于本工程所涉及到的僅僅是管道和鐵路交越點(diǎn)的排流，沒有感性耦合和容性耦合所引起的平行干擾，所以并不需要系統(tǒng)的進(jìn)行計(jì)算，只要做好排流點(diǎn)在鐵路兩側(cè)的排流即可。本次設(shè)計(jì)考慮管道XX分界點(diǎn)，以西可設(shè)置5處極性排流接地點(diǎn)；以東設(shè)置3處極性排流接地。每處犧牲陽極數(shù)量達(dá)到接地電阻小于管道分布電阻為準(zhǔn)。由于鋅犧牲陽輸出電位達(dá)不到管道原有的保護(hù)電位，所以極性接地裝置采用鎂犧牲陽極。犧牲陽極防護(hù)方法簡(jiǎn)單易行，不需專人管理，不干擾臨近設(shè)備和裝置，僅用少量的有色金屬就可以使管道獲得完全的陰極保護(hù),同時(shí)犧牲陽極還是抗干擾的一種手段，同時(shí)具有排流接地等多種功能。

設(shè)置排流接地后，管道將能在排除電氣化鐵道所產(chǎn)生的雜散電流甚至接觸網(wǎng)短路所造成的影響的同時(shí)，維持了原有的保護(hù)電位。

五、?？诿裆据敋夤艿朗┕し桨?/p>

（一）海南東環(huán)電氣化鐵路簡(jiǎn)介

海南東環(huán)鐵路由中鐵二院集團(tuán)公司承擔(dān)設(shè)計(jì)，北起海南省省會(huì)?？谑校现林麩釒I海旅游度假勝地三亞市，途經(jīng)文昌、瓊海、萬寧和陵水等四市縣。鐵路線路正線全長(zhǎng)307.947km。

鐵路等級(jí)為I級(jí)，正線為雙線，最大坡度12‰，最小曲線半經(jīng)5500m，列車類型為電動(dòng)車組，速度目標(biāo)值250km/h。

本項(xiàng)目由鐵道部與海南省合資建設(shè)，鐵道部出資者代表為廣州鐵路（集團(tuán)）公司，海南省出資者代表為海南省發(fā)展控股有限公司，雙方共同組建海南東環(huán)鐵路有限責(zé)任公司，負(fù)責(zé)本線建設(shè)管理和運(yùn)營(yíng)管理。

本線牽引供電系統(tǒng)采用單相工頻（50Hz）交流制，接觸網(wǎng)額定電壓為25kV，牽引網(wǎng)供電方式采用帶回流線的直接供電方式（TR-NF供電方式）。

TR-NF供電方式投資較少，牽引網(wǎng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，技術(shù)上已經(jīng)非常成熟。

接觸網(wǎng)懸掛類型為全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛，接觸網(wǎng)懸掛高度一般采用6000mm，結(jié)構(gòu)高度為1600mm；采用CTSH150銅錫合金接觸線；全補(bǔ)償簡(jiǎn)單鏈型懸掛的動(dòng)態(tài)接觸壓力、離線率、最大離線時(shí)間均滿足250km/h受流質(zhì)量要求。