姜子濤，董紹華，劉冠一，汪麟，董廷濤，張玉楠

高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)埋地管道干擾及防護(hù)研究進(jìn)展

姜子濤1，董紹華1，劉冠一1，汪麟1，董廷濤1，張玉楠2

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249；2. 北京科技大學(xué)，北京 100083）

為了讓相關(guān)人員更好地了解高壓直流干擾領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究成果的總結(jié)，介紹了高壓直流輸電系統(tǒng)接地極和線路對(duì)埋地管道干擾的產(chǎn)生方式，分析了高壓直流干擾對(duì)埋地管道的危害類型、評(píng)價(jià)指標(biāo)研究現(xiàn)狀以及現(xiàn)有防護(hù)措施的類型和優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了目前該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)，指出了未來(lái)高壓干擾問(wèn)題的發(fā)展方向，為相關(guān)研究人員和工程人員提供參考和借鑒。

高壓直流；埋地管道；接地極；干擾評(píng)價(jià)；干擾防護(hù)；干擾危害

我國(guó)是制造大國(guó)，對(duì)電力、石化等能源需求旺盛，然而由于能源供給方與需求呈現(xiàn)逆向分布，因此需要對(duì)能源進(jìn)行大范圍調(diào)度。近年來(lái)我國(guó)全力發(fā)展高壓電網(wǎng)和長(zhǎng)輸油氣管網(wǎng)[1-2]，截至2017年底，我國(guó)油氣長(zhǎng)輸管道總里程已達(dá)1.314×105km[3-6]。按照規(guī)劃，到2025年，長(zhǎng)輸油氣管道總里程將達(dá)到2.4×105km[7]。與此同時(shí)，我國(guó)正全力建設(shè)全國(guó)范圍內(nèi)的特高壓堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，而高壓直流輸電技術(shù)（HVDC）具有塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸送容量大、造價(jià)低、損耗小、不易老化、壽命長(zhǎng)、輸送距離不受限制、不存在交流輸電的穩(wěn)定問(wèn)題、可方便進(jìn)行分期建設(shè)和增容擴(kuò)建等特點(diǎn)，日益成為遠(yuǎn)距離跨區(qū)域電能輸送的重要手段[8-11]。目前，我國(guó)是世界上高壓直流輸電工程數(shù)量最多，輸送距離最長(zhǎng)，電壓等級(jí)最高的國(guó)家。預(yù)計(jì)2020年，全國(guó)將建成直流輸電工程38項(xiàng)，線路長(zhǎng)度達(dá)5.23× 104km[12-13]。

伴隨著油氣管道和高壓直流輸電工程的突飛猛進(jìn)，高壓直流輸電系統(tǒng)與油氣管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)縱橫交錯(cuò)，高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)管道的干擾問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)。曹國(guó)飛等人[14]報(bào)道了西氣東輸巡檢人員在日常巡檢中先后發(fā)現(xiàn)多處管線閥室的引壓管、絕緣卡套接頭出現(xiàn)放電現(xiàn)象，導(dǎo)致引壓管出現(xiàn)燒穿、泄漏事故?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果顯示，翁源接地極放電時(shí)，對(duì)西二線廣東段造成的干擾，導(dǎo)致管地電位波動(dòng)可達(dá)304 V，管內(nèi)電流高達(dá)121 A。此外，在上海天然氣管網(wǎng)、浙江省金麗溫輸氣管道、江蘇甬滬寧管道、西氣東輸新疆段等也相繼發(fā)現(xiàn)不同程度的高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)埋地管道的干擾問(wèn)題[15-18]。在國(guó)外，雖然也建設(shè)了一些高壓直流輸電工程，但是其對(duì)管道的干擾水平較低。如Peter Nicholson[19]報(bào)道了北美地區(qū)魁北克-新英格蘭直流輸電工程建成后，對(duì)附近管道產(chǎn)生的干擾僅為0.3 V。Verhiel[20]現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試了B. C. Hydro高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)Trans Mountain管道系統(tǒng)的影響。其對(duì)入地電流進(jìn)行了等比例換算，結(jié)果顯示，直流接地極入地電流達(dá)到1200 A時(shí)，管地電位偏移最高僅為0.264 V。C E Caroli[21]現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研了巴西±600 kV Itaipu輸電工程對(duì)周圍埋地管道造成的干擾，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果顯示，管道受到干擾后的管地電位最高為21 V。由此可見(jiàn)，相較于國(guó)外，我國(guó)面臨更為嚴(yán)峻的高壓直流雜散電流干擾問(wèn)題。

隨著高壓直流輸電網(wǎng)和油氣管網(wǎng)的發(fā)展，高壓直流輸電系統(tǒng)干擾問(wèn)題日益增多，引起國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。然而，目前對(duì)于高壓直流干擾的評(píng)價(jià)以及防護(hù)研究處于起步階段，國(guó)外也沒(méi)有相關(guān)可借鑒的成熟經(jīng)驗(yàn)。鑒于此，文中基于目前高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)埋地管道的干擾及其防護(hù)措施的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹與分析，并對(duì)目前存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了探討和展望。

1 高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)管道干擾的產(chǎn)生

高壓直流輸電是以直流電的方式實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)墓こ?。在送端換流站，將發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，然后通過(guò)輸電線路將電能送往受端，在受端換流站內(nèi)，將直流電變換為交流電，送到配電系統(tǒng)供用戶使用（如圖1所示）[22]。直流輸電系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)主要分為2種，即單極系統(tǒng)和雙極系統(tǒng)。單極系統(tǒng)的線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，國(guó)際上采用單極系統(tǒng)的直流工程主要分布在歐洲地區(qū)。如瑞典至丹麥的康梯-斯堪工程、瑞典至芬蘭的芬挪-斯堪工程、丹麥至德國(guó)的康特克工程等[23-24]。由于單極系統(tǒng)將大地（或海水）作為回流線，通過(guò)接地極泄放大量電流入地，對(duì)接地極附近的埋地鋼質(zhì)管道造成電腐蝕。此外，還會(huì)對(duì)變壓器造成直流偏磁等問(wèn)題。因此，目前我國(guó)大多數(shù)高壓直流輸電系統(tǒng)采用雙極系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。我國(guó)大部分高壓直流輸電系統(tǒng)采用雙極兩端中性點(diǎn)接地方式，即兩端換流站的中性點(diǎn)均接地，兩極導(dǎo)線分別和正負(fù)極相連，構(gòu)成閉環(huán)回路。這種方式實(shí)際是由2個(gè)獨(dú)立的單極大地直流供電回路構(gòu)成。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，兩回路在大地回線中的電流方向相反，因此總泄漏電流為兩極電流之差。

圖1 雙極兩端中性點(diǎn)接地直流輸電系統(tǒng)構(gòu)成原理[22]

1.1 接地極對(duì)埋地管道的干擾

高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)埋地管道的干擾，按照干擾來(lái)源可分為接地極對(duì)管道的干擾以及輸電線路對(duì)管道的干擾。對(duì)于雙極兩端中性點(diǎn)接地高壓直流系統(tǒng)，主要運(yùn)行方式有4種。

1）雙極對(duì)稱運(yùn)行方式（如圖2a所示），是雙極高壓直流輸電系統(tǒng)一般運(yùn)行方式。理論上，該方式下兩極的電壓和電流均相等，此時(shí)大地中無(wú)電流流過(guò)。實(shí)際工況下，兩極之間的電流并不能保證完全一致，會(huì)有一定的不平衡電流通過(guò)接地極流入大地。一般來(lái)說(shuō)，不平衡電流通常小于額定電流的1%[25]。如對(duì)于常見(jiàn)的1000~5000 A直流輸電系統(tǒng)，其不平衡電流為幾十安培量級(jí)，因此也會(huì)對(duì)周圍管道產(chǎn)生干擾。文獻(xiàn)[17]就報(bào)道了高壓直流輸電系統(tǒng)雙極對(duì)稱運(yùn)行方式下對(duì)埋地管道通電電位影響可達(dá)幾百毫伏（如圖3所示）。由于高壓直流輸電系統(tǒng)大部分情況下以此方式運(yùn)行，從而對(duì)附近的埋地管道產(chǎn)生持續(xù)干擾。雖然雙極對(duì)稱方式運(yùn)行下入地電流較低，但是干擾時(shí)間較長(zhǎng)，其對(duì)管道腐蝕的積累效應(yīng)明顯，因此實(shí)際工程中不應(yīng)忽略高壓直流輸電系統(tǒng)不平衡電流對(duì)管道的影響。

圖2 高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行方式

圖3 直流輸電系統(tǒng)雙極對(duì)稱方式下對(duì)埋地管道的干擾[17]

2）單極大地回線方式（如圖2b所示）。在直流輸電系統(tǒng)一極進(jìn)行檢修或發(fā)生故障等情況下，該極回路停止運(yùn)行，系統(tǒng)采取單極大地回線方式運(yùn)行，管道行業(yè)也稱之為“放電”。此時(shí)，會(huì)有大量電流（可達(dá)幾千安培）通過(guò)接地極進(jìn)入大地，對(duì)周圍很大范圍內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾。在西氣東輸廣東段管道上測(cè)試到的304 V干擾，正是由于這種工況導(dǎo)致的[14]。當(dāng)其入地電流為正（陽(yáng)極放電），靠近接地極管道電位負(fù)向偏移，遠(yuǎn)離接地極管道正向偏移。反之，入地電流為負(fù)（陰極放電），靠近接地極管道電位正向偏移，遠(yuǎn)離接地極管道負(fù)向偏移（如圖4所示）。由于該方式并不是高壓直流輸電系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)行方式，因此其出現(xiàn)概率和持續(xù)時(shí)間尤為重要。在高壓直流輸電工程建設(shè)完成初期，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，此時(shí)常常需要切換單極大地回線方式運(yùn)行，放電時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)會(huì)連續(xù)1周以上。隨著直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行逐漸趨于穩(wěn)定，放電時(shí)間逐漸減少。文獻(xiàn)[26]對(duì)我國(guó)西北地區(qū)、華中地區(qū)、華東地區(qū)及華南地區(qū)的17個(gè)高壓直流接地極對(duì)周圍管道的干擾情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)監(jiān)測(cè)，結(jié)果（見(jiàn)表1）顯示，高壓直流接地極放電總時(shí)長(zhǎng)占全年時(shí)間的比例最大不超過(guò)1.2%。

表1 高壓直流接地極單極大地回線運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)[26]

Tab.1 The time of HVDC earth return mode[26]

圖4 直流系統(tǒng)單極大地回線方式下對(duì)埋地管道的干擾

3）雙極不對(duì)稱運(yùn)行方式（如圖2c所示）。當(dāng)受端兩個(gè)系統(tǒng)分別屬于不同的供電系統(tǒng)時(shí)，可能導(dǎo)致兩極的電壓、電流相差較大，此時(shí)大地中的電流為兩極電流的差值。由于這種方式下通過(guò)直流接地極的電流較大，而且作用時(shí)間較長(zhǎng)，因此對(duì)附近的埋地金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的干擾嚴(yán)重。該運(yùn)行模式在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，在調(diào)試階段或者特殊情況下，可能出現(xiàn)一段較長(zhǎng)時(shí)間的雙極不對(duì)稱運(yùn)行。在平常運(yùn)行中，應(yīng)盡量避免長(zhǎng)期雙極不對(duì)稱運(yùn)行。

4）單極金屬回線方式（如圖2d所示）。當(dāng)輸電系統(tǒng)換流站或接地極發(fā)生故障時(shí)，還可能采取單極金屬回線方式運(yùn)行，此時(shí)兩極線路構(gòu)成閉合回路。該方式下，所有電流通過(guò)輸電線路組成的回路運(yùn)行，沒(méi)有電流通過(guò)接地極進(jìn)入大地，因此對(duì)附近的金屬結(jié)構(gòu)干擾最小。

1.2 線路對(duì)埋地管道的干擾

輸電線路一般通過(guò)電磁耦合的形式對(duì)埋地管道產(chǎn)生干擾。對(duì)于高壓直流輸電線路，理想情況下，其恒定的直流電流不會(huì)對(duì)埋地管道產(chǎn)生電磁感應(yīng)影響。由于高壓直流輸電系統(tǒng)的電力來(lái)源為發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電整流得到的直流電，因換流器的非線性特性，所以在其直流電流中不可避免地存在交流諧波。圖5為文獻(xiàn)[27]中提供的直流線路上的電流時(shí)域波形。由圖5可見(jiàn)，在直流電流的基礎(chǔ)上，還疊加有周期的信號(hào)，即諧波電流。與交流輸電線路電流的影響相同，高壓直流輸電線路上的諧波電流也會(huì)在埋地油氣管道上產(chǎn)生交流感應(yīng)電壓。該文獻(xiàn)還利用CDEGS數(shù)值模擬軟件計(jì)算了某±800 kV特高壓直流輸電線路的諧波對(duì)埋地管道的干擾，結(jié)果顯示，該高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波總的有效值不超過(guò)20 A（見(jiàn)表2），其對(duì)管道產(chǎn)生的交流干擾電壓最大為0.4 V，交流電流密度最大值為5.3 A/m2。按照GB/T 50698—2011中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，干擾程度較小[28]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于高壓直流輸電線路諧波對(duì)埋地管道干擾的相關(guān)研究和工程案例較少，還不能完全確定其干擾程度是否可以忽略。從目前公布的少量相關(guān)研究成果以及筆者曾經(jīng)在西部管道進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果顯示，高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波確實(shí)沒(méi)有對(duì)管道產(chǎn)生較為嚴(yán)重的干擾問(wèn)題。

圖5 特高壓直流線路上電流時(shí)域波形[27]

表2 高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波電流[27]

Tab.2 Harmonic current in HVDC system[27]

2 高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)管道的影響研究

2.1 對(duì)管道的危害

高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)油氣管道的干擾主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）管地電位偏高導(dǎo)致的人身安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)有大量電流通過(guò)直流接地極進(jìn)入大地時(shí)，會(huì)導(dǎo)致直流接地極附近的大地電位相對(duì)于遠(yuǎn)大地發(fā)生大幅抬升，而管道由于有防腐層的隔離，使得管道金屬與附近土壤之間可能存在比較大的電位差。如果管道與附近大地之間的電位差超過(guò)人體安全電壓時(shí)，有人員接觸管道外露部位（如測(cè)試樁引線、管道地上部分等），可能導(dǎo)致人身傷害。

2）管地電位偏高導(dǎo)致的設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)。出于保證電氣安全需要，管道上的設(shè)備一般要進(jìn)行接地，但是接地網(wǎng)材料（如銅、鍍鋅扁鐵、接地模塊等）會(huì)消耗大量的陰極保護(hù)電流。為了防止陰極保護(hù)電流在接地網(wǎng)上的散失，常常采用絕緣裝置將接地網(wǎng)與埋地管道進(jìn)行絕緣。同樣的，大量電流通過(guò)直流接地極進(jìn)入大地時(shí)，使得管道金屬與附近土壤之間可能存在比較大的電位差。當(dāng)電壓超過(guò)空氣的擊穿電壓時(shí)，會(huì)導(dǎo)致絕緣設(shè)備產(chǎn)生擊穿、燒蝕等損害，甚至可能導(dǎo)致失火爆炸等事故，威脅管道運(yùn)行安全。廣東地區(qū)某管道受到高壓直流干擾產(chǎn)生的氣液聯(lián)動(dòng)閥引壓管放電打火及燒蝕情況如圖6所示。此外，高壓直流電流入地后，會(huì)從接地網(wǎng)進(jìn)入油氣管道站場(chǎng)變壓器，導(dǎo)致變壓器直流偏磁，影響變壓器的正常工作。

圖6 高壓直流導(dǎo)致的放電打火及絕緣卡套燒蝕

3）電流流出管道導(dǎo)致的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)受到高壓直流干擾時(shí)，管道上部分位置電流流出。根據(jù)腐蝕電化學(xué)理論，流出的電流引起氧化反應(yīng)，對(duì)于鋼質(zhì)埋地油氣管道，主要發(fā)生鐵的腐蝕反應(yīng)。根據(jù)法拉第定律可知，1 A的陽(yáng)極電流1 a可造成9.13 kg鐵的腐蝕，因此當(dāng)流出管道的電流較大時(shí)，會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

4）電流流入管道導(dǎo)致的防腐層剝離風(fēng)險(xiǎn)。管道防腐層的粘合劑一般是通過(guò)極性基團(tuán)與鋼材形成結(jié)合鍵，從而粘接在金屬表面。當(dāng)受到高壓直流干擾時(shí)，管道上部分位置吸收電流（電流流入），使得這些位置處的土壤建立堿性條件，高濃度的OH–對(duì)防腐層與金屬粘結(jié)界面的破壞作用，使金屬/防腐層界面力學(xué)性能下降，引起防腐層剝離。此外，在電位梯度作用下，不僅使得陰、陽(yáng)離子發(fā)生移動(dòng)，同時(shí)也使得H2O分子朝管道陰極方向遷移，管道防腐層處含水量可能增大，H2O等極性分子能夠顯著影響金屬和防腐層間結(jié)合鍵。因此，在電流流入管道區(qū)域，存在防腐層剝離風(fēng)險(xiǎn)[29-32]。

5）電流流入管道導(dǎo)致的氫脆及氫損傷風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)受到高壓直流干擾時(shí)，管道上部分位置吸收電流，根據(jù)腐蝕電化學(xué)理論，當(dāng)管道吸收電流達(dá)到析氫電位時(shí)，將發(fā)生析氫反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)生的氫一部分在鋼材表面結(jié)合成氫氣，氫氣發(fā)生湮滅，對(duì)鋼材產(chǎn)生氫損傷；一部分通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入鋼中，在鋼內(nèi)部缺陷區(qū)域聚合成氫氣分子，體積膨脹，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。在內(nèi)應(yīng)力和外部應(yīng)力的聯(lián)合作用下，可能導(dǎo)致管材產(chǎn)生氫致延滯脆性斷裂，即管道氫脆[33-35]。

2.2 高壓直流干擾的評(píng)價(jià)

對(duì)于高壓直流干擾的評(píng)價(jià)，應(yīng)從其主要的危害入手，針對(duì)每種危害進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1）人身安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。按照人體對(duì)電流的反應(yīng)可分為3種：感知電流，人體可以感覺(jué)到的最小電流，為0.7~1 mA；擺脫電流，觸電后人體能夠正常擺脫接觸電結(jié)構(gòu)的電流，為10~16 mA；致命電流，在短時(shí)間內(nèi)能夠致死的電流，其下限為30~50 mA。由于人體處于不同的干濕空氣中，皮膚的接觸電阻變化較大，可接受的電流與電壓相乘得到的安全電壓也會(huì)隨著環(huán)境的變化而變化，GB 3805 《特低電壓ELV限值》中規(guī)定的人體直流安全電壓見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，一般干燥環(huán)境下，安全電壓為70 V；而當(dāng)潮濕環(huán)境下（如下雨、下雪等），安全電壓為35 V。埋地管道的地上結(jié)構(gòu)（如測(cè)試樁、排流樁等）一般直接暴露于野外，可能在雨雪天氣下有非工作人員接觸到。鑒于此，筆者認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)按照較為保守的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，即按照潮濕環(huán)境35 V的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表3 穩(wěn)態(tài)人體安全電壓限值

Tab.3 Steady-state safety voltage limit for human

2）設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)?？諝忾g隙的擊穿臨界電壓，不僅受到空氣濕度、氣壓和溫度的影響，還與電極形狀等密切相關(guān)。對(duì)于空氣的擊穿特性，國(guó)內(nèi)做了大量的研究，并得出了相應(yīng)的濕度校正方法、曲線和公式[36-38]。一般來(lái)說(shuō)，棒-棒電極，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)約為4.8~5.0 kV/cm。如此高的擊穿電壓按道理一般不容易發(fā)生擊穿，但是現(xiàn)場(chǎng)卻發(fā)現(xiàn)高壓直流干擾下的放電現(xiàn)象。究其原因，是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的是引弧放電，即引壓管在風(fēng)載、震動(dòng)等因素的作用下發(fā)生接觸引弧，拉開(kāi)放電的過(guò)程。文獻(xiàn)[39]利用實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，研究了不同電壓下引壓管的放電燒蝕問(wèn)題。結(jié)果顯示，固定間距下，0.01 mm的間距，需要210 V的電壓才能擊穿空氣。而引弧放電過(guò)程，4 V以上的電壓就可以產(chǎn)生明顯的放電現(xiàn)象。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于高壓直流干擾導(dǎo)致的引壓管放電研究較少，還無(wú)法形成公認(rèn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。實(shí)際工程中，可以將引壓管相互靠近的位置安裝絕緣固定支撐進(jìn)行物理隔離，消除打火放電的危害。此外，發(fā)生引弧放電需要4 V以上的電壓，這與正常的陰極保護(hù)存在較大的差距。因此，可以在接地與管道之間安裝限位導(dǎo)通裝置（如固態(tài)去耦合器等）。當(dāng)管道與附近大地電壓差超過(guò)4 V時(shí)，將管道與接地導(dǎo)通，消除兩者的電壓差，從而消除放電危害。

3）管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。高壓直流對(duì)管道的腐蝕評(píng)價(jià)應(yīng)該從兩方面入手。當(dāng)直流輸電系統(tǒng)雙極運(yùn)行時(shí)，其對(duì)管道的干擾是長(zhǎng)期穩(wěn)定存在的。如果想有效控制管道的腐蝕，應(yīng)該按照GB/T 21447《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》的要求，保證管道的陰極保護(hù)電位處于有效區(qū)間。如在一般的土壤中，應(yīng)保持管道的極化電位負(fù)于–0.85 V（vs. CSE）[40]。

當(dāng)直流輸電系統(tǒng)單極大地回路運(yùn)行時(shí)，對(duì)管道產(chǎn)生的干擾較高，但是由于其全年放電時(shí)間僅有1%左右，因此，如果按照陰極保護(hù)有效區(qū)間進(jìn)行防護(hù)，會(huì)給實(shí)際工程帶來(lái)很大的難度。筆者認(rèn)為，回歸腐蝕風(fēng)險(xiǎn)最原始的評(píng)價(jià)目的是比較經(jīng)濟(jì)有效的做法，即通過(guò)計(jì)算最小允許壁厚結(jié)合管道預(yù)計(jì)的剩余使用年限，給出可接受腐蝕速率。對(duì)于實(shí)際管道在高壓直流干擾下的腐蝕速率，可利用腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，如使用ER探針等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。文獻(xiàn)[41]的研究結(jié)果顯示，金屬的腐蝕量與通過(guò)其界面的電流積分值滿足法拉第定律，因此也可以通過(guò)監(jiān)測(cè)試片上的電流，結(jié)合法拉第定律計(jì)算評(píng)價(jià)高壓直流輸電系統(tǒng)放電導(dǎo)致的管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。需要注意的是，對(duì)于新建管道或直流輸電系統(tǒng)，常常需要評(píng)價(jià)其可能帶來(lái)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。如果此時(shí)通過(guò)測(cè)試管道對(duì)地電壓及電阻率，利用接地電阻公式計(jì)算流過(guò)試片的電流密度來(lái)評(píng)價(jià)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)存在比較大的誤差。這是因?yàn)楦邏褐绷鞲蓴_的電滲透效應(yīng)顯著。所謂電滲透效應(yīng)是指土壤顆粒會(huì)吸附溶液中的離子形成雙電層，擴(kuò)散層和自由孔隙水中的可交換陽(yáng)離子在外加電場(chǎng)的作用下，會(huì)拖拽著極性水分子一起定向移動(dòng)。此外土壤中的離子根據(jù)其帶電極性不同，也會(huì)隨著電流出現(xiàn)定向移動(dòng)。電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)，電滲流速越大[42]。當(dāng)管道上電流由金屬流向土壤時(shí)，其電滲透作用使得水分子離開(kāi)金屬表面，導(dǎo)致金屬表面土壤的含水量降低。土壤電阻率與含水量密切相關(guān)，當(dāng)含水量降低時(shí)，電阻率增加。因此，隨著高壓直流干擾的進(jìn)行，管道破損點(diǎn)處的腐蝕電流會(huì)逐漸下降（如圖7所示）。當(dāng)干擾電壓較高時(shí)，電滲透導(dǎo)致土壤電阻率增加的過(guò)程很快（約幾百秒），因此如果采用電壓和土壤平均電阻計(jì)算電流密度會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。目前研究結(jié)果表明，這種電滲透會(huì)降低管道的腐蝕速率，也就是說(shuō)采用平均電阻率進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其腐蝕速率計(jì)算結(jié)果相對(duì)保守。因此，在無(wú)法取得更加精確的腐蝕速率評(píng)價(jià)結(jié)果時(shí)，可以采用相對(duì)保守的方法進(jìn)行估計(jì)，但是對(duì)設(shè)計(jì)人員或工程師來(lái)說(shuō)，應(yīng)該明白該結(jié)果與后期現(xiàn)場(chǎng)面片測(cè)試結(jié)果可能存在較大誤差。

圖7 直流電流密度隨時(shí)間的變化曲線[41]

4）防腐層剝離風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。相關(guān)研究表明，對(duì)于管道來(lái)說(shuō)，當(dāng)管地電位負(fù)于–1.2 V（vs. CSE）時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈的析氫反應(yīng)，在管道附近的土壤產(chǎn)生大量的OH–，引起防腐層的剝離、起泡等[29-32,40]。筆者認(rèn)為，對(duì)于直流輸電系統(tǒng)雙極運(yùn)行工況，需要按照–1.2 V（vs. CSE）進(jìn)行控制。對(duì)于單極大地運(yùn)行情況，由于其干擾時(shí)間較短，OH–富集程度和其對(duì)防腐層的作用時(shí)間都比較短，因此可能與穩(wěn)態(tài)情況有所不同。目前對(duì)于間歇性干擾下防腐層剝離性能相關(guān)研究還比較匱乏，導(dǎo)致高壓直流干擾下的防腐層剝離風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)還存在空白。筆者認(rèn)為，開(kāi)展防腐層剝離風(fēng)險(xiǎn)研究時(shí)，不僅要考慮高壓直流干擾發(fā)生時(shí)段陰極電流對(duì)剝離性能的影響，還應(yīng)該結(jié)合無(wú)干擾時(shí)土壤中OH–的擴(kuò)散速率以及二次干擾是否有累積損傷等開(kāi)展更加細(xì)致的研究工作。

5）氫脆及氫損傷風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。GB/T 21447中指出，對(duì)于高強(qiáng)度非合金鋼和屈服強(qiáng)度超過(guò)550 N/m2的低合金鋼，需要考慮其氫脆風(fēng)險(xiǎn)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)管地電位負(fù)于–1.2V（vs. CSE）時(shí)，會(huì)發(fā)生劇烈的析氫反應(yīng)，因此氫脆風(fēng)險(xiǎn)也比較高。考慮單極大地回路方式對(duì)管道干擾產(chǎn)生的氫脆問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該注意到管道上的析氫反應(yīng)發(fā)生在管道防腐層破損處。防腐層破損面積越大，電流密度越小，因此表面的氫濃度越低，滲透進(jìn)入鋼本體內(nèi)的氫濃度也低。防腐層破損面積較小時(shí)，電流密度大，表面的氫濃度越高，滲透進(jìn)入鋼本體內(nèi)的氫濃度也高。防腐層破損較大時(shí)，其塑性損失對(duì)管道整體承壓性能的影響更大，在這種情況下，如何評(píng)價(jià)氫脆的影響是需要考慮的。此外，當(dāng)高壓直流干擾消除時(shí)，常規(guī)陰極保護(hù)也會(huì)維持一定的表面氫濃度。這種情況下，氫的逸散和累積是需要開(kāi)展系統(tǒng)研究的。

3 高壓直流干擾的防護(hù)措施

3.1 遠(yuǎn)距離避讓

對(duì)于新建管道及高壓直流輸電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用遠(yuǎn)距離避讓是最簡(jiǎn)單有效的降低管道干擾的方法。我國(guó)DL/T5224《高壓直流輸電大地返回系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》中提出：如果直流接地極與地下金屬管道等地下金屬構(gòu)件的最小距離小于10 km時(shí)，應(yīng)計(jì)算接地極的電流對(duì)這些設(shè)施產(chǎn)生的不良影響[43]。CSA Z662《Oil and Gas Pipeline System》曾提到，在一定的土壤中，高壓直流輸電系統(tǒng)接地極影響范圍可達(dá)70 km[44]。目前，對(duì)于高壓直流干擾下的安全距離國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界還沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。

文獻(xiàn)[45]利用數(shù)值模擬技術(shù)研究了高壓直流接地極對(duì)埋地管道干擾產(chǎn)生的人身安全影響，并給出了相應(yīng)的安全距離。其研究結(jié)果顯示，鋼質(zhì)管道長(zhǎng)度越長(zhǎng)，所受的干擾越大，所需的安全距離越大。因此，對(duì)于長(zhǎng)的線性結(jié)構(gòu)，如埋地管道、鐵路系統(tǒng)、公路鋼筋路基、輸電線路自身等，對(duì)高壓直流干擾比較敏感。對(duì)于樓房結(jié)構(gòu)鋼筋、碼頭結(jié)構(gòu)鋼筋、短的橋梁等非線性結(jié)構(gòu)，對(duì)高壓直流干擾不敏感。土壤電阻率越高，干擾越嚴(yán)重，安全距離越大。因此，在丘陵、山地等地區(qū)，由于深層土壤電阻率較高，導(dǎo)致管道所受的干擾十分嚴(yán)重，需要的安全距離較遠(yuǎn)。管道防腐層電阻越高，干擾越嚴(yán)重，即3PE管道的干擾要高于普通的石油瀝青管道。作者在論文中對(duì)不同參數(shù)下的安全距離，繪制了安全距離圖譜，供設(shè)計(jì)人員使用。從其研究結(jié)果來(lái)看，對(duì)于大部分管道工況，管道與接地極相距超過(guò)40 km，其干擾電壓低于人體安全電壓。文獻(xiàn)[18]利用數(shù)值模擬計(jì)算了5000 A入地電流對(duì)附近管道的干擾。通過(guò)研究，作者認(rèn)為，隨著直流接地極與管道距離的增大，管地干擾電位初期快速降低，然后緩慢降低。作者提出在實(shí)際工程中高壓直流接地極與管道的安全距離至少為30 km，而且應(yīng)評(píng)估高壓直流接地極對(duì)周圍60 km范圍內(nèi)管道的直流干擾影響。文獻(xiàn)[46]的研究結(jié)果也認(rèn)為，60 km是管道需要評(píng)估干擾的距離。

從學(xué)術(shù)上來(lái)說(shuō)，管道所受的直流干擾水平與土壤電阻率、入地電流、管道長(zhǎng)度、防腐層狀況等諸多參數(shù)相關(guān)，而且這些參數(shù)對(duì)安全距離的影響很大。如在廣東地區(qū)，相距幾十公里以外的管道仍然受到很高的交流干擾。在上海等地區(qū)，距離10 km左右，管道的干擾就已經(jīng)降到比較低的水平。因此，采用統(tǒng)一的“安全距離”顯然不合適。工程上對(duì)于安全距離的需求很高，因?yàn)檫@種單一的評(píng)價(jià)指標(biāo)便于指導(dǎo)工程中的初步判斷。鑒于此，筆者認(rèn)為可以對(duì)安全距離進(jìn)行細(xì)分。

1）干擾風(fēng)險(xiǎn)弱的“安全距離”，該指標(biāo)對(duì)應(yīng)的是該距離下管道基本不會(huì)受到干擾。

2）干擾風(fēng)險(xiǎn)中等的“安全距離”，該指標(biāo)對(duì)應(yīng)的是管道上可能受到干擾，也可能沒(méi)有干擾，但是即使受到干擾，采取一定的防護(hù)措施（或經(jīng)濟(jì)可行）可以消除管道干擾。對(duì)于該類情況，需要在系統(tǒng)建成以后進(jìn)行復(fù)測(cè)，驗(yàn)證干擾水平，并進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)。

3）干擾風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)的“安全距離”，該指標(biāo)對(duì)應(yīng)的是在該情況下管道可能受到較強(qiáng)的且難以防護(hù)的干擾（或經(jīng)濟(jì)上不可行）。對(duì)于該類問(wèn)題，應(yīng)該及時(shí)調(diào)整接地極選址方案，或者開(kāi)展詳細(xì)的前期工作，通過(guò)相應(yīng)的措施，可以避免管道干擾問(wèn)題。

此外，安全距離的確定與高壓直流的評(píng)價(jià)技術(shù)和指標(biāo)密切相關(guān)，但尚無(wú)專門針對(duì)高壓直流干擾各種風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，這也為安全距離的研究帶來(lái)一定的困難。

3.2 直流輸電方防護(hù)措施

對(duì)于高壓直流干擾問(wèn)題，直流輸電一方采取防護(hù)措施，可以降低其附近所有埋地結(jié)構(gòu)的干擾程度，起到一舉多得的作用。因此實(shí)際工程中，應(yīng)優(yōu)先考慮相關(guān)措施。直流輸電方可采用的措施主要有以下幾種。

1）入地電流控制。腐蝕是一個(gè)累積過(guò)程，顯然直流輸電接地極降低入地電流大小和時(shí)間可以有效降低管道所受的干擾。對(duì)于接地極放電時(shí)的電量，一般與工程的功率有關(guān)，一旦工程確定，改變難度較大。因此，對(duì)于入地電流的控制，主要在控制其放電時(shí)間。目前，電力行業(yè)已經(jīng)開(kāi)展了對(duì)高壓輸電系統(tǒng)可靠性的研究，以降低其故障率。此外，對(duì)于直流輸電方，其迫切需要對(duì)放電的方式進(jìn)行說(shuō)明，即需要開(kāi)展研究明確直流輸電系統(tǒng)放電是少次每次放電時(shí)間長(zhǎng)，還是多次每次放電時(shí)間短對(duì)管道的干擾風(fēng)險(xiǎn)較高。一種可以借鑒的思路是，通過(guò)計(jì)算確定不同入地電流下管道的干擾電位，再通過(guò)試驗(yàn)擬合得到干擾電位與金屬腐蝕量的定量關(guān)系，從而將入地電流與金屬腐蝕量建立起聯(lián)系。根據(jù)管道能接受的腐蝕速率，確定不同入地電流對(duì)應(yīng)的最大時(shí)長(zhǎng)，形成放電限制電量值，為直流輸電運(yùn)行部門提供指導(dǎo)。

2）接地極極址優(yōu)化。直流輸電方可以通過(guò)優(yōu)化接地極的選址，減小對(duì)周圍管道的干擾。文獻(xiàn)[47]計(jì)算了某接地極對(duì)管道的干擾，結(jié)果顯示，采用原接地極極址（深層有巖石層，土壤電阻率高），其干擾程度很高，難以進(jìn)行防護(hù)。更換為新的極址后（深層土壤電阻率較低），管道干擾大大降低，使得管道不需要施加新的防護(hù)措施。文獻(xiàn)[48]的計(jì)算結(jié)果也顯示，隨著土壤電阻升高，接地極對(duì)管道的影響升高。文獻(xiàn)[49]研究了雙層土壤結(jié)構(gòu)下表層土壤電阻率與深層土壤電阻率對(duì)干擾大小的貢獻(xiàn)。結(jié)果顯示，當(dāng)表層土壤厚度小于150 m時(shí)，高壓直流干擾程度主要取決于深層土壤電阻率；當(dāng)表層土壤厚度為150~9000 m時(shí)，表層和深層土壤電阻率對(duì)高壓直流干擾程度貢獻(xiàn)相當(dāng)；當(dāng)表層土壤厚度大于9000 m時(shí)，高壓直流干擾程度主要取決于表層土壤電阻率。由此可見(jiàn)，優(yōu)化極址的關(guān)鍵是尋找土壤電阻率比較低的區(qū)域。由于相關(guān)研究結(jié)果顯示幾千米深度的土壤電阻率對(duì)干擾大小都有影響，如此大范圍內(nèi)的土壤電阻，用常規(guī)的Wenner四極法測(cè)試無(wú)法完成，工程上可采用電磁耦合法（EM）進(jìn)行測(cè)試[50]。

3）改變接地極形式。文獻(xiàn)[51]研究了雙圓環(huán)型、星型和直線型接地極對(duì)管道的干擾大小，結(jié)果顯示，相同入地電流下，雙圓環(huán)接地極散流最為均勻，其附近管道所受干擾最?。恢本€型接地極散流最不均勻，其附近管道所受干擾最大。需要注意的是，該研究所建立的模型，管道處于接地極的正下方，距離接地極僅幾米。實(shí)際工程中，接地極與管道的間距大多保持在幾公里到幾十公里。對(duì)于接地極距離管道較遠(yuǎn)的情況，接地極尺寸相對(duì)間距來(lái)說(shuō)很小，可以看成點(diǎn)源，因此其形狀對(duì)管道所受的干擾影響不大。文獻(xiàn)[47]中計(jì)算研究了采用分體式接地極，即采用多個(gè)接地極代替原來(lái)單個(gè)接地極，管道所受干擾的變化。由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，管道干擾所受干擾變化不大。這是因?yàn)殡m然采用了分體接地極，但是分體的加權(quán)重心與原接地極差別不大，而且管道也處在等效3個(gè)分體式接地極的等效半徑以外，因此效果不明顯。由此可見(jiàn)，改變接地極形式主要是對(duì)于接地極與管道相距比較近的情況，當(dāng)接地極與管道相距較遠(yuǎn)時(shí)，改變接地極的形式對(duì)干擾的影響不大。文獻(xiàn)[52]討論了將廣東省4個(gè)高壓直流接地極進(jìn)行互聯(lián)（如圖8所示），形成一個(gè)大接地網(wǎng)群，從而減小每個(gè)接地極的入地電流，降低對(duì)周圍管道的干擾。研究結(jié)果顯示，接地極放射形互聯(lián)方案可以有效降低高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)附近管線等設(shè)施的影響，而且具有可靠、靈活、擴(kuò)展容易、性價(jià)比高的特點(diǎn)。如果今后有新建直流輸電工程可以直接接入，無(wú)須再新建直流接地極。該方案也存在一定的缺點(diǎn)，如需要在一定的區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)直流接地極，且接地極間距較遠(yuǎn)。還需要在不同接地極之間建設(shè)連接導(dǎo)線，不但增加工程費(fèi)用，而且不同接地極的分流量與回路電阻相關(guān)，由于距離較長(zhǎng)，電阻計(jì)算困難。因此，各個(gè)接地極最終分流量與理論計(jì)算可能存在差異。這種方法為多個(gè)高壓直流接地極地區(qū)的干擾防護(hù)提供了一種新的思路。對(duì)于地區(qū)建設(shè)多個(gè)高壓直流輸電工程時(shí)，應(yīng)提前進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。

4）增加接地極埋深。增加接地極的埋深，可以增加接地極與管道的距離，從而降低管道的干擾風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于接地極與管道距離較大的情況（十幾公里），增加埋深對(duì)于整體間距顯得微不足道，因此不會(huì)有明顯效果。如果深層存在電阻率較低的土壤層（如水層或者電阻率較低的金屬、碳礦層），可以將直流電流在深層快速散流，從而有效降低其產(chǎn)生的干擾。

圖8 多個(gè)接地極相互連接形成大接地網(wǎng)群[52]

3.3 管道方防護(hù)措施

GB 50991—2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中第6章提出的治理防護(hù)措施，包括排流保護(hù)、陰極保護(hù)、防腐層修復(fù)、等電位連接、絕緣隔離、絕緣裝置跨接、屏蔽等。該標(biāo)準(zhǔn)是我國(guó)油氣管道直流干擾防護(hù)工作的主要技術(shù)依據(jù)。管道方可采取的主要防護(hù)措施如下。

1）分段絕緣。該方法是通過(guò)在管道上設(shè)置絕緣接頭，降低管道長(zhǎng)度，達(dá)到防護(hù)的效果。文獻(xiàn)[46]計(jì)算了對(duì)管道進(jìn)行分段絕緣后，管道的干擾程度。由計(jì)算結(jié)果（圖9）可見(jiàn)，采用分段絕緣后，管道的干擾大幅降低（從2 V降低至1 V）。采用分段絕緣的方法進(jìn)行防護(hù)需要特別注意：（1）在絕緣接頭的兩端會(huì)形成相反的電位，因此絕緣接頭兩側(cè)的管道電位差較高，進(jìn)行人身安全風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)，應(yīng)考慮兩側(cè)電位之和滿足安全限值；（2）由于絕緣接頭兩側(cè)管道電位存在差異，對(duì)于輸送電解質(zhì)管道（如水、或者電解質(zhì)較高的油氣管道），可能在其內(nèi)壁形成跨絕緣接頭電流，導(dǎo)致絕緣接頭發(fā)生內(nèi)部腐蝕穿孔；（3）該方法的

圖9 分段絕緣前后管道的干擾情況[46]

緩解效果與絕緣接頭的設(shè)置位置密切相關(guān)，因此加裝絕緣接頭前，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，以達(dá)到最佳效果。

2）接地排流。該方法是在管地電位較高的位置安裝低電阻接地體，將管道電位與附近電位進(jìn)行“平衡”，降低管道干擾水平。該方法在地鐵直流雜散電流、交流雜散電流防護(hù)中有比較成熟的應(yīng)用。該方法的優(yōu)點(diǎn)是鋅帶本身的作用是接地，不需要特殊的調(diào)控，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要外部供電，因此排流設(shè)施可以放置在野外。對(duì)于新建管道工程，可以將鋅帶與管道同溝敷設(shè)，大大降低工程費(fèi)用。該方法的主要缺點(diǎn)在于由于鋅帶只有接地功能，因此其排流量取決于外部干擾大小，實(shí)際工程中可能需要放置比較多的鋅帶，達(dá)到排流目的。由于高壓直流接地極放電為概率性事件，即大多數(shù)情況下，管道處于正常陰極保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)鋅帶可能由于管道的欠保護(hù)而提供陰極保護(hù)電流，加速鋅帶的消耗。因此，可以在鋅帶與管道之間安裝限位裝置，以延長(zhǎng)鋅帶的壽命。在管道上安裝鋅帶會(huì)導(dǎo)致難以通過(guò)通斷恒電位測(cè)試管道的斷電電位，這對(duì)日常陰極保護(hù)巡檢造成一定的困難。

3）強(qiáng)制電流排流。該方法是在管道上安裝大功率直流電源，利用電源驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)制電流從地床排出，達(dá)到防護(hù)的目的。北美Trans Mountain管道系統(tǒng)受到不列顛哥倫比亞至溫哥華島高壓直流輸電系統(tǒng)干擾，Verhiel等人[20]利用該方法，在高壓直流干擾最嚴(yán)重位置設(shè)置了3處強(qiáng)制排流系統(tǒng)，通過(guò)施加反向電流，抵抗高壓直流干擾，達(dá)到了較好的緩解效果。需要注意的是，采用強(qiáng)制電流排流方法需要強(qiáng)制電流系統(tǒng)比較可靠，以保證可以有效排流；對(duì)于高壓直流干擾，其管中電流往往比較大，因此需要電源的功率較大；強(qiáng)制電流排流設(shè)置位置需要有外電，這也限制了其使用范圍。有學(xué)者提出可以采用雙向控制的強(qiáng)制電流電源用來(lái)防護(hù)管道的正向偏移和負(fù)向偏移。這種情況下，更需要強(qiáng)制電流系統(tǒng)的控制單元具有較高的可靠性，否則可能導(dǎo)致電源輸出方向錯(cuò)誤，引起更高的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)國(guó)內(nèi)外對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)埋地管道干擾相關(guān)研究的調(diào)研，總結(jié)得出未來(lái)關(guān)于高壓直流干擾的發(fā)展方向?yàn)橐韵聨讉€(gè)方面。

1）高壓直流接地極單極大地運(yùn)行情況下，對(duì)管道的干擾的評(píng)價(jià)是目前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)問(wèn)題。由于其具有干擾程度高、發(fā)生時(shí)間不固定、干擾的極性不確定等特點(diǎn)，使得原有的直流干擾風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)不再適用。因此，需要針對(duì)高壓直流干擾風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行詳細(xì)系統(tǒng)的研究。目前亟需對(duì)遭受直流干擾管道的管體腐蝕風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展調(diào)研，明確實(shí)際工程中管體的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，建議開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)腐蝕掛片結(jié)合實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，以確定高壓直流干擾的腐蝕規(guī)律。對(duì)于高壓直流干擾的其他風(fēng)險(xiǎn)（如氫脆、防腐層剝離），應(yīng)開(kāi)展廣泛的探討和探索研究，明確管道是否存在這方面的風(fēng)險(xiǎn)，什么條件下風(fēng)險(xiǎn)較高，為高壓直流干擾問(wèn)題精準(zhǔn)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

2）對(duì)于高壓直流干擾的防護(hù)，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行干擾范圍和防護(hù)措施初步設(shè)計(jì)。從接地極極址的選擇、保證“安全距離”等方面入手，最大程度地降低接地極對(duì)附近管道的干擾。目前對(duì)于安全距離的研究還沒(méi)有形成共識(shí)，筆者也在3.1節(jié)中提供了如何將安全距離進(jìn)行分級(jí)設(shè)置的思路，同時(shí)認(rèn)為“安全距離”并不是一個(gè)精確結(jié)果，而是用于工程上初步判斷風(fēng)險(xiǎn)高低的度量值。因此，希望未來(lái)通過(guò)相關(guān)研究的不斷深入，以及工程案例的增加，逐漸形成較為合理的“安全距離”。

3）在高壓直流輸電一方施加減緩措施，可以有效降低干擾水平。目前，電力相關(guān)工作人員已經(jīng)在這方面開(kāi)展研究工作，包括增加電網(wǎng)的可靠性、改變接地極的樣式、建立大區(qū)域的接地網(wǎng)群等。未來(lái)，電力行業(yè)技術(shù)人員應(yīng)與管道行業(yè)技術(shù)人員相互結(jié)合，從兩方面共同入手，破解高壓干擾防護(hù)難題。

4）現(xiàn)階段管道方防護(hù)措施相對(duì)來(lái)說(shuō)比較傳統(tǒng)，主要采用分段絕緣、接地排流以及強(qiáng)制排流等措施。目前的主要難點(diǎn)如何設(shè)置和優(yōu)化防護(hù)措施的各種參數(shù)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)和效果的最優(yōu)組合。筆者認(rèn)為，可以借助人工智能、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)尋求防護(hù)措施的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，可以向新的方向探索新型防護(hù)措施的可行性，如采用化學(xué)藥劑抑制管體腐蝕，或者利用高密度能量誘導(dǎo)管體產(chǎn)生致密腐蝕產(chǎn)物膜抑制腐蝕等，為高壓直流干擾防護(hù)提供更多的解決手段。

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Research Progress on Interference on the Pipeline Caused by HVDC Transmission

JIANG Zi-tao1, DONG Shao-hua1, LIU Guan-yi1, WANG Lin1, DONG Ting-tao1, ZHANG Yu-nan2

(1. China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China; 2. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

In order to make relevant staff to better understand the research progress in the field of HVDC interference, this paper introduces the ways of generating interference to buried pipelines from earth grounding and transmission lines of HVDC systems, and analyzes the types of hazards of HVDC interference to buried pipelines, the current research status of evaluation indicators, and the types, advantages and disadvantages of existing protecting measures through a summary of research results in related fields at home and abroad. On this basis, the current research focus and difficulties in this field are summarized, and the future development direction of the HVDC interference problem is pointed out to provide reference for relevant researchers and engineers.

HVDC; pipeline; earth electrode; interference evaluation; interference protection; interference hazard

2020-12-11；

2021-01-27

JIANG Zi-tao (1991—), Male, Doctor, Senior engineer, Research focus: cathodic protection and stray current interference.

董紹華（1972—）,男，博士，教授, 主要研究方向?yàn)楣艿劳暾怨芾怼?/p>

Corresponding author：DONG Shao-hua (1972—), Male, Doctor, Professor, Research focus: pipeline integrity management.

姜子濤, 董紹華, 劉冠一, 等. 高壓直流輸電系統(tǒng)對(duì)埋地管道干擾及防護(hù)研究進(jìn)展[J]. 裝備環(huán)境工程, 2021, 18(4): 009-020.

TG172

A

1672-9242(2021)04-0009-12

10.7643/ issn.1672-9242.2021.04.002

2020-12-11；

2021-01-27

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（52004312）；中國(guó)博士后科學(xué)基金（2020M670582）；中國(guó)石油大學(xué)（北京）科研基金（2462020YXZZ044，2462020YXZZ045，2462019YJRC012）

Fund：Support by National Natural Science Foundation of China (52004312); Chinese Postdoctoral Science Foundation (2020M670582); Science Foundation of China University of Petroleum Beijing (2462020YXZZ044, 2462020YXZZ045, 2462019YJRC012)

姜子濤（1986—）,男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殛帢O保護(hù)與雜散電流干擾。

JIANG Zi-tao, DONG Shao-hua, LIU Guan-yi, et al. Research progress on interference on the pipeline caused by HVDC transmission[J]. Equipment environmental engineering, 2021, 18(4): 009-020.