(中國石油西南管道公司，昆明 610094)

高壓直流(HVDC)輸電是一種用于長距離、大功率輸電的系統(tǒng)，自20世紀(jì)50年代開發(fā)以來，經(jīng)過半個多世紀(jì)的應(yīng)用與研究，其穩(wěn)定性和可靠性有了極大的保證，并具有高效、經(jīng)濟(jì)的特點[1-3]。與此同時，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的需求旺盛，大量的高壓輸電系統(tǒng)不可避免地與油氣輸送管道交互[4-6]，例如西氣東輸、川氣東送管道便與多處高壓輸電工程長距離并行[7]。高壓直流輸電系統(tǒng)會對管道產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重威脅管道的安全運行。本工作對中緬天然氣管道進(jìn)行監(jiān)測和分析，旨在為實際的工程應(yīng)用做出有效的指導(dǎo)。

1 工程簡介

西南管道轄屬的中緬天然氣管道及玉溪支線與高壓直流輸電系統(tǒng)倘甸接地極較近，管道與倘甸接地極的垂直距離約32 km，管道存在高壓直流輸電系統(tǒng)接地極干擾的風(fēng)險。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[5]，高壓直流輸電系統(tǒng)放電時產(chǎn)生的入地電流可達(dá)數(shù)千安培，能使管道電位產(chǎn)生幾百到上千毫伏的偏移。例如上海東部一條±500 kV高壓直流輸電線路，在距離管道20 km位置的接地極放電時，管地電位會產(chǎn)生2 000 mV的偏移；西氣東輸管道芙蓉-上海段受±500 kV三峽-上海高壓直流干擾時,其管地電位產(chǎn)生大幅度偏移，幅度達(dá)到1 410 mV[2]；某管道公司的研究表明，當(dāng)直流接地極單極大地運行時，在管道上產(chǎn)生的干擾電位能達(dá)到304 V，腐蝕速率能達(dá)到0.6 mm/d[8]。同時發(fā)現(xiàn)，部分測試樁和站場的跨接線出現(xiàn)由高壓直流輸電系統(tǒng)接地極干擾造成的燒毀現(xiàn)象[8]。為了掌握中緬管道受高壓直流接地極干擾的影響范圍和程度，對所轄管道受干擾情況進(jìn)行了監(jiān)測，通過監(jiān)測結(jié)果評估管道的受干擾程度和存在的風(fēng)險。

2 監(jiān)測方法

2.1 監(jiān)測設(shè)備介紹

采用遠(yuǎn)程電位監(jiān)測系統(tǒng)對管道受高壓/特高壓直流輸電系統(tǒng)干擾的進(jìn)行監(jiān)測[9]。安裝19套HVDC遠(yuǎn)程電位監(jiān)測系統(tǒng)和2套HVDC電流監(jiān)測遠(yuǎn)傳。安裝位置均選擇在閥室內(nèi)或者站場內(nèi)。電流監(jiān)測遠(yuǎn)傳采用閥室內(nèi)的電源供電。電位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)包括管道測試線和飽和銅/硫酸銅參比電極(CSE)，管道測試線需要從管道上重新焊接，參比電極埋設(shè)在距離管道0.1～0.3 m位置處。對電位監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)其監(jiān)測到電位值超過限值時，系統(tǒng)自動發(fā)送短信通知相關(guān)人員，以便及時核實現(xiàn)場的電位數(shù)據(jù)和電網(wǎng)放電情況。

2.2 監(jiān)測范圍

在中緬天然氣管道安裝7處電位監(jiān)測系統(tǒng)，分別布置在玉溪支線1#閥室、中緬管道23#閥室、中緬管道26#閥室、K743#測試樁、K753#測試樁、曲靖分輸站進(jìn)站和曲靖分輸站出站等7處位置，設(shè)置監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)器對中緬天然氣管道受倘甸接地極干擾進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)測結(jié)果評估管道的受干擾程度和存在的風(fēng)險，同時可以對管道日常的陰極保護(hù)效果進(jìn)行實時監(jiān)測，評價管道的陰極保護(hù)情況。

2.3 監(jiān)測內(nèi)容

管道直流雜散電流干擾通過連續(xù)監(jiān)測管道的電位偏移及通/斷電電位來進(jìn)行分析和評估[10]。當(dāng)受到干擾時斷電電位正于-0.85 V判定該處管道處于欠保護(hù)狀態(tài)，當(dāng)斷電電位負(fù)于-1.20 V時判定該處管道處于過保護(hù)狀態(tài)。在進(jìn)行管道電位檢測前，需要先在預(yù)定位置安裝HVDC電位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，對靠近高壓/特高壓直流輸電系統(tǒng)接地極附近的閥室和一些重點關(guān)注點的管道電位進(jìn)行監(jiān)測，測試高壓/特高壓直流輸電系統(tǒng)接地極單極大地回路運行時管道電位的偏移情況。管道電位的監(jiān)測采用電位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行，系統(tǒng)設(shè)置每10 min采集一組管道電位。

監(jiān)測過程中要時刻關(guān)注監(jiān)測的數(shù)據(jù)，及時下載并進(jìn)行分析，繪制電位圖形，分析電位變化規(guī)律，出具分析報告。通過現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測管段范圍內(nèi)，接地極放電電流對管道的影響程度和影響范圍，并進(jìn)行評估。

3 數(shù)據(jù)檢測結(jié)果與分析

3.1 玉溪支線電位遠(yuǎn)程監(jiān)測

3.1.1 陰極保護(hù)效果

從玉溪支線1#閥室處管道的通/斷電電位可以看出，在2016年7月26日至8月4日，管道的通電電位存在一定的波動，在管道未受干擾時，管道的斷電電位正于-0.85 V，管道處于欠保護(hù)狀態(tài)，如圖1(a)所示；2016年8月4日至12月8日，在恒電位儀輸出調(diào)整之后，管道的通電電位存在一定的波動，在管道未受干擾時，管道的斷電電位處于-1.2～-0.85 V，管道在此段時間處于良好的陰極保護(hù)狀態(tài)；12月8日至12月19日，管道的通/斷電電位都偏正，部分時間點的斷電電位正于-0.85 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)，如圖1(b)所示；12月19日至2017年2月7日，在管道未受干擾時，管道的斷電電位均處于-0.85～-1.2 V，管道處于良好的陰極保護(hù)狀態(tài)； 2月7日至3月15日，管道的通斷電電位偏正，部分時間點的斷電電位正于-0.85 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)，如圖1(c)所示。

(a) 2016/07/26/至2016/08/04 (b) 2016/12/08/至2016/12/19 (c) 2017/02/07/至2017/03/15圖1 玉溪支線1#閥室處管道處于欠保護(hù)時間段的電位(相對于CSE)Fig. 1 Potentials of pipeline in low protection periods at 1# valve room of Yuxi spur line (vs CSE)

3.1.2 直流雜散電流干擾

根據(jù)2016年8月1日至2017年3月15日玉溪支線1#閥室長時間的監(jiān)測結(jié)果，對該處受到干擾的時間段進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果如表1所示。結(jié)果顯示，此處管道共受到13次異常直流雜散電流干擾，受干擾的總時長為505.2 h(約21 d)，受干擾時，此處的管道電位均為負(fù)向偏移，最負(fù)通電電位偏移至-3.60 V，最負(fù)斷電電位偏移至-1.21 V，如圖2所示。每次受干擾時的管道電位和受干擾時間段見表1。玉溪支線的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，管道斷電電位均負(fù)于-0.85 V，處于有效的保護(hù)之內(nèi)。

表1 玉溪支線1#閥室處管道電位受到干擾的時間段Tab. 1 Interfered periods of pipeline potential at 1# valve room of Yuxi spur line

3.2 中緬管道電位遠(yuǎn)程監(jiān)測

3.2.1 陰極保護(hù)效果

由中緬管道安裝的6個電位遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的通/斷電電位監(jiān)測結(jié)果可知，在管道未受到特高壓干擾時，管道的通斷電電位都存在一定的波動。其中，靠近倘甸接地極的26#閥室、743#測試樁處通電電位波動較其他幾個位置處的波動大，如圖3和4所示。但除了743#測試樁位置以外,其他5個位置的斷電電位，在未受到高壓直流接地極的放電干擾時，大部分時間處于-0.85～-1.2 V，處于有效的陰極保護(hù)狀態(tài)。743#測試樁處通電電位大部分時間在-1.5～-1.20 V波動，斷電電位處于-0.75 V上下波動，無法極化至-0.85 V，推斷其原因是此位置處于山頂，試片的極化效果不好，造成試片極化電位無法達(dá)標(biāo)。

(a) 最負(fù)通電電位(-3.60 V)

(b) 最負(fù)斷電電位(-1.21 V)圖2 玉溪支線1#閥室處管道受異常干擾電位Fig. 2 Interfered potential of pipeline at 1# valve room of Yuxi spur line: (a) most negative on-potential (-3.60 V); (b) most negative off-potential (-1.21 V)

3.2.2 直流雜散電流干擾

由表2可見：從2016年8月至2017年3月15日，共監(jiān)測到中緬管道共受到疑似接地極放電造成的干擾17次，共持續(xù)時間約26 h，其中確定為永寧接地極放電造成干擾的有9次，其他的為疑似倘甸接地極放電造成的干擾。

(a) 2016/08/29至2016/11/19 (b) 2016/11/27至2017/03/08圖3 緬管道26#閥室處電位監(jiān)測結(jié)果Fig. 3 Potential monitoring data at 26# valve room of China-Myanmar pipeline

(a) 2016/08/17至2016/10/31 (b) 2016/11/27至2017/03/04圖4 中緬管道743#測試樁處電位監(jiān)測結(jié)果Fig. 4 Potential monitoring data at 743# test pole of China-Myanmar pipeline

(1) 疑似倘甸接地極放電時結(jié)果分析

從表3電位監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，疑似倘甸接地極放電時，靠近倘甸接地極的26#閥室位置、K743#測試樁與K753#測試樁處管道電位均往負(fù)方向偏移，而距倘甸接地極較遠(yuǎn)的23#閥室處管道電位往正方向偏移。由于監(jiān)測點較少，無法斷定這些干擾是由倘甸接地極放電造成的。

(2) 永寧接地極陰極放電時結(jié)果分析

由圖5可見，在永寧接地極陰極放電時(序號13)，中緬管道的6個位置的管道的通/斷電電位均往負(fù)方向偏移，其中曲靖站進(jìn)出站位置的通電電位偏移量最大，達(dá)到了-4.3 V。

由圖6可見，743#測試樁處管道斷電電位在-1.2～-0.85 V，管道處于保護(hù)狀態(tài)。除743#測試樁位置，其他位置管道斷電電位在受干擾時均負(fù)于-1.2 V，最負(fù)斷電電位達(dá)到了-1.8 V，此處管道處于過保護(hù)狀態(tài)。

(3) 永寧接地極陽極放電時結(jié)果分析

由圖7可見，在永寧接地極陽極放電時(序號17)，中緬管道的6個位置的管道通/斷電電位均往正方向偏移，其中曲靖站進(jìn)出站位置的通電電位偏移量最大，達(dá)到了+0.4 V。管道的斷電電位在受干擾時均正于-0.85 V，最正位置管道斷電電位達(dá)到了+0.15 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)，存在腐蝕的風(fēng)險。

4 總結(jié)與建議

(1) 玉溪支線1#閥室處管道電位在2016年7月26日至8月4日、12月8日至12月19日、2月7日至3月15日的三個時間段受異常直流雜散電流干擾時，部分時間段的管道斷電電位正于-0.85 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)，需要進(jìn)一步調(diào)查管道欠保護(hù)的原因。

表2 中緬管道疑似受接地極放電干擾統(tǒng)計表Tab. 2 Statistical table of suspected discharge interference of grounding electrode to China-Myanmar pipeline

表3 疑似倘甸接地極放電時中緬管道相關(guān)參數(shù)Tab. 3 Parameters of China-Myanmar pipeline during suspected discharge of Tangdian grounding electrode

(2) 在2016年9月至2017年2月1的時間段內(nèi)，監(jiān)測到玉溪支線處管道共受到13次異常直流雜散電流干擾，受干擾的總時長為505.2 h(約21 d)，受干擾時，此處的管道電位均為負(fù)向偏移，管道的通電電位最負(fù)偏移至-3.6V，斷電電位最負(fù)偏移至-1.21 V，玉溪支線的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，管道斷電電位均負(fù)于-0.85 V，處于有效保護(hù)狀態(tài)。

(a) 進(jìn)站

(b) 出站圖5 永寧接地極陰極放電時中緬管道曲靖站進(jìn)出站電位Fig. 5 Potentials of China-Myanmar pipeline in (a) and out (b) Qujing station during cathodic discharge of Yongning grounding electrode

圖6 永寧接地極陰極放電時中緬管道743#測試樁處電位Fig. 6 Potentials of China-Myanmar pipeline at 743#testing pole during cathodic discharge of Yongning grounding electrode

(a) 進(jìn)站

(b) 出站圖7 永寧接地極陽極放電時中緬管道曲靖站進(jìn)出站電位Fig. 7 Potentials of China-Myanmar pipeline in (a) and out (b) Qujing station during anodic discharge of Yongning grounding electrode

(3) 中緬管道6個監(jiān)測點中除743#測試樁位置(由于在山頂位置，試片極化效果不好)，其他位置在未受高壓直流雜散電流干擾時，管道的斷電電位大部分時間處于-1.20～-0.85 V，處于較好的陰極保護(hù)狀態(tài)。

(4) 在2016年9月至2017年3月的時間段內(nèi)，共監(jiān)測到昆明分公司管轄的中緬管道共受到疑似接地極放電造成的干擾17次，共持續(xù)時間約26 h，其中確定為永寧接地極放電造成干擾的有9次，其他為疑似倘甸接地極放電造成的干擾。

(5) 在永寧接地極陰極放電時，此段中緬管道的電位均往負(fù)方向偏移，斷電電位均負(fù)于-1.2 V，處于過保護(hù)狀態(tài)；在永寧接地極陽極放電時，此段中緬管道的電位均往正方向偏移，斷電電位均正于-0.85 V，處于欠保護(hù)狀態(tài)。建議斷開曲靖站上下游跨接線，降低永寧接地極對曲靖站上游管道的影響。

(6) 在管道受到疑似倘甸接地極放電干擾時，管道也同時出現(xiàn)了過保護(hù)和欠保護(hù)的位置，由于目前監(jiān)測點數(shù)量有限，無法確定是否是倘甸接地極放電造成的干擾，以及管道干擾的影響范圍和最大干擾程度，建議在倘甸接地極的近端和遠(yuǎn)端增加部分監(jiān)測點，進(jìn)一步監(jiān)測倘甸接地極的放電情況。