劉萬(wàn)耀

【摘要】電氣化鐵路跨越油氣管道可能會(huì)干擾電壓危及管道及工作人員的人身安全，引起交流腐蝕并影響陰極保護(hù)設(shè)備的正常工作。由于電氣化鐵道、油氣管道都是國(guó)家的重要經(jīng)濟(jì)命脈，任何程度的影響，都會(huì)使國(guó)家人力、物力大大浪費(fèi)。因此，需采取經(jīng)濟(jì)有效的防護(hù)措施，保證油氣管道安全。本文分析了電氣化鐵路跨越油氣管道對(duì)管道的影響，并提出了保護(hù)措施。

【關(guān)鍵詞】電氣化；油氣管道；保護(hù)

一、電氣化鐵路跨越油氣管道對(duì)管道的影響

為了節(jié)約土地資源，電氣化鐵路和油氣管道經(jīng)常共用同一走廊。因此，在油氣管道沿線，往往存在與電氣化鐵路交叉或平行的情況。電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)作為一種特殊形式的不對(duì)稱高壓輸電線路，由于電磁感應(yīng)作用，常常會(huì)對(duì)電氣化鐵道附近的油氣管道及油庫(kù)產(chǎn)生感應(yīng)電壓或感應(yīng)電流，使電氣化鐵道附近的地下金屬管道受到干擾。

1、對(duì)人身安全的影響

當(dāng)管道與交流輸電線路接近且輸電線路正常運(yùn)行時(shí)，線路中工作電流會(huì)通過(guò)磁耦合長(zhǎng)時(shí)間在管道上產(chǎn)生縱向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使得金屬管道的對(duì)地電壓升高。若該電壓較高，可能影響施工、維修或測(cè)量人員的正常工作，當(dāng)交流輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，產(chǎn)生的交流干擾可能危及人身安全。

2、對(duì)管道安全影響

在管道的金屬表面一般都會(huì)敷設(shè)防腐層，具有較高電阻和較高介電常數(shù)，以防止土壤中有害物質(zhì)腐蝕金屬管道。當(dāng)交流輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流通過(guò)感性耦合和阻性耦合的綜合影響在管道上產(chǎn)生較高的對(duì)地電壓，可能擊穿防腐層。

3、對(duì)管道陰極保護(hù)設(shè)備影響

在管道上設(shè)置陰極保護(hù)設(shè)備是為避免防腐層漏敷及破損處的金屬表面產(chǎn)生腐蝕。交流輸電線路正常運(yùn)行情況下，工作電流通過(guò)感性耦合在油氣管道上產(chǎn)生電壓，可能干擾強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的恒電位儀和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的犧牲陽(yáng)極的正常工作。例如：強(qiáng)制電流陰極保護(hù)的KKG-3型和KKG-3BG型恒電位儀的抗交流干擾能力分別為12V和30V；犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)的鎂犧牲陽(yáng)極的抗交流干擾能力為10V。這在目前的新建管道已經(jīng)幾乎不適用。

二、電氣化鐵路跨越油氣管道的保護(hù)措施

（一）容性耦合防護(hù)

容性耦合主要發(fā)生在管道施工期間，因此，對(duì)容性耦合的防護(hù)只要在管道施工期間采取適當(dāng)?shù)慕拥卮胧┚涂杀苊?。施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照《埋地鋼質(zhì)管道交流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》SY/T0032-2000第3.0.6條規(guī)定執(zhí)行。

當(dāng)管道埋入地下后，電氣化鐵路對(duì)埋地鋼制燃?xì)夤艿赖母蓴_則主要為通過(guò)阻性耦合和感性耦合來(lái)進(jìn)行，其中，對(duì)于與鐵路近距平行的埋地鋼制燃?xì)夤艿?，感性耦合是其最主要的干擾方式。

對(duì)阻性耦合和感性耦合的防護(hù)，目前在實(shí)際工程中主要是通過(guò)加大管道與接地體的距離，減少干擾源的雜散電流，以及采取屏蔽、分段隔離、直接接地、鉗位式排流等綜合治理措施。

（二）排流保護(hù)方法

為了使管道中流動(dòng)的雜散電流直接流回（不再經(jīng)大地）至電氣化鐵路的回歸線（鐵軌等），需要將管道與電氣化鐵路回歸線（鐵軌等）用導(dǎo)線作電氣上的連接，這一作法稱排流法。利用排流法保護(hù)管道不遭受電蝕，稱為排流保護(hù)。

1、直接排流法

把管道與電氣化鐵路變電所中的負(fù)極或回歸線（鐵軌）用導(dǎo)線直接連接起來(lái)。這種方法無(wú)需排流設(shè)備，最為簡(jiǎn)單，造價(jià)低，排流效果好。但是當(dāng)管道對(duì)地電位低于鐵軌對(duì)地電位時(shí)，鐵軌電流將流入管道內(nèi)（稱作逆流）。所以這種排流法，只能適用于鐵軌對(duì)地電位永遠(yuǎn)低于管地電位，不會(huì)產(chǎn)生逆流的場(chǎng)合，而這種機(jī)會(huì)可能不多，限制了該方法的應(yīng)用。

2、極性排流法

由于負(fù)荷的變動(dòng)，變電所負(fù)荷分配的變化等，管地電位低于鐵軌對(duì)地電位而產(chǎn)生逆流的現(xiàn)象比較普遍。為了防止逆流，使雜散電流只能由管道流入鐵軌，必須在排流線中設(shè)置單向?qū)ǖ亩O管整流器、逆電壓繼電器等裝置，這種裝置稱排流器。而具有這種防止逆流的排流法稱極性排流法。

3、強(qiáng)制排流法

在管道和鐵軌的電氣接線中加入直流電流，促進(jìn)排流。這種方法也可看做是利用鐵軌做輔助陽(yáng)極的強(qiáng)制電流陰極保護(hù)。由于鐵軌對(duì)地電位變化大，所以也存在逆流問題，需要有防逆流回路。這種方法可能使管道過(guò)保護(hù)，而使鐵軌腐蝕加強(qiáng)，還可能對(duì)附近的埋地金屬構(gòu)筑物有干擾。故采用這種方法時(shí)應(yīng)慎重。

（三）AT供電方式保護(hù)

在電氣化鐵路與管道交叉影響區(qū)域，為讓回流電流盡可能多地經(jīng)回流線流回牽引變電所，可縮短牽引網(wǎng)吸上線間距?？紤]到為避免回流線將信號(hào)電路旁路，確保信號(hào)安全，吸上線的設(shè)置間距應(yīng)大于2個(gè)閉塞分區(qū)，按每隔2～3km設(shè)置一處吸上線，以保證回流順暢，以減小泄露電流。自耦變壓器供電方式，簡(jiǎn)稱AT供電方式。它不僅是電氣化鐵路減輕對(duì)鄰近油氣管道、通信線路干擾影響的有效措施之一，而且對(duì)電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)本身也有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，已經(jīng)被許多發(fā)展電氣化鐵路的國(guó)家研究和采用。我國(guó)北京、大同、秦皇島、鄭州、武昌的電氣化鐵路，也是采用AT供電方式。目前我國(guó)已經(jīng)運(yùn)行及在建的高速鐵路均采用AT供電方式。

三、電氣化鐵路跨越油氣管道的保護(hù)應(yīng)用

中石油石蘭管道設(shè)計(jì)管徑457mm，設(shè)計(jì)壓力為10MPa，采用L415級(jí)鋼管。穿越處管道設(shè)計(jì)壓力為10MPa，管徑為Φ457。本設(shè)計(jì)管段位于二級(jí)地區(qū)，一般段線路與穿越段線路設(shè)計(jì)系數(shù)均取0.6，輸油管道均為Φ457×7.1mm。蘭州新區(qū)新建鐵路朱家窯至中川線及配套工程石化鐵路牽引網(wǎng)采用帶回流線的直接供電方式，全線設(shè)置牽引變電所一座，牽引網(wǎng)額定電壓為25kV。管道在穿越蘭州新區(qū)新建鐵路朱家窯至中川線及配套工程石化鐵路處，為黃土高原或黃土臺(tái)原，巖性以土黃色粉砂質(zhì)黃土或土夾砂巖、礫巖為主，土壤電阻率多在35Ω·m～78Ω·m，腐蝕性等級(jí)以弱、中為主；土壤中有機(jī)質(zhì)含量低，無(wú)明顯的細(xì)菌腐蝕危害。

由于本次設(shè)計(jì)采取地下穿越方式穿越蘭州新區(qū)新建鐵路朱家窯至中川線及配套工程石化鐵路，感性耦合和容性耦合的影響忽略不計(jì)，主要考慮牽引供電系統(tǒng)對(duì)管道的阻性耦合影響。

電氣化鐵道阻性耦合的影響計(jì)算公式如下：

已知：西小川以東接觸網(wǎng)最大電流為587A，hgd=8.5m， hdg=2.5m， Φg=1.219m， 則以有 y=10.61m ， υ=18.6736 。

通過(guò)計(jì)算，Ψm=156.4×10-4T

在不考慮管道現(xiàn)有的防護(hù)措施基礎(chǔ)上，電氣化鐵路對(duì)于與鐵路正交管道上的電磁影響遠(yuǎn)低于規(guī)定允許值。

對(duì)中石油石蘭線三層PE外防腐層這種高電阻涂層管道，由于高干擾電壓和小破損點(diǎn)，遭受的交流腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)可能更大。

強(qiáng)電線路（主要包括高壓輸電線路和電氣化鐵路）對(duì)管道的交流干擾主要為電容耦合影響、電感耦合影響、電阻耦合影響和交流腐蝕影響。（電容耦合影響僅發(fā)生在管道架空，且未埋地前。本工程中中石油石蘭管道已經(jīng)埋地敷設(shè)完畢，對(duì)電容耦合影響不予考慮）。

本次采用固態(tài)去耦合器排流：這種方式是將去耦合器串入回路，由于去耦合器具有隔直流、通交流的特點(diǎn)，一方面可以應(yīng)用在有陰極保護(hù)的管道上，另一方面也使得排流地床材料有更多的選擇，不再局限于鍍鋅扁鋼、鋼管、犧牲陽(yáng)極等材料，可以選擇銅接地材料，鑄鐵材料等。去耦合器的導(dǎo)通電壓根據(jù)可陰極保護(hù)的準(zhǔn)則進(jìn)行任意設(shè)置，一般為+2V/-2V，也可設(shè)置為+1V/-3V。

參考文獻(xiàn)

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