广珠轻轨对埋地天然气钢管的干扰及防护

摘要：阐述了埋地钢管受杂散电流干扰的判断指标，分析了广珠轻轨对埋地天然气钢管的直流、交流干扰状况和产生的原因，针对这些问题提出了通过固态去耦合器接地、增加恒电位仪保护等防护杂散电流干扰的措施

关键词：广珠轻轨;交流干扰;直流干扰;固态去耦合器;恒电位仪

Abstract: The judgment index describes the buried steel by stray current interference, analyzes the Guangzhou-Zhuhai light rail DC, on underground gas pipe AC interference situation and reason, put forward to address these issues to the coupler grounding, increase measure potentiostat protection protection of stray current interference by the state.

Key words: Guangzhou-Zhuhai light rail; AC interference; interference; solid to coupler; constant potential instrument

中图分类号:F407.22文献标识码：A 文章编号：

概述

目前，国内城际轻轨及高速铁路发展迅速，这些铁路的建设和使用，大大增强了我国铁路的运输能力，为国民经济的发展做出了重大的贡献。与此同时，各地对清洁能源的需求不断增长，大量建设天然气管道。在天然气管道建设过程中，不可避免出现与轻轨或高铁等电气化铁路并行或交叉穿越敷设的情况，埋地天然气管道受到电气化铁路产生的杂散电流干扰的情况相当普遍，若处理不当，将会对天然气管道造成较大危害。

以广珠轻轨为例，目前已经投入运营的广州至珠海的城际轻轨全长140多公里，中山市域高压天然气管道与广珠轻轨近距离平行敷设的长度约15公里，管道与轻轨的水平净距最小处不到8米，其中有2处管道与轻轨交叉穿越敷设。轻轨产生的杂散电流对天然气钢管的干扰不容忽视，必须采取有效的防护措施减轻电气化铁路对埋地钢质管道的影响，才能保证天然气管道安全平稳运行。

1、轻轨对埋地天然气钢管的干扰情况

广珠轻轨产生的杂散电流对天然气管道的干扰状况主要通过管地电位测试及土壤电位梯度测试等方法进行检测和判定。

对于管道直流管地电位，每天6：00至24：00轻轨动车运行时，管地电位均在-0.5V—-1.1V之间大范围波动，凌晨轻轨动车停运后，管地直流电位由波动趋于平稳，早晨轻轨动车开始运行后，管地电位又由稳定转为大幅波动。检测到该地段管道的自然电位约-0.78V，管地直流电位在轻轨动车运行时间内较自然电位的偏离已超过了±100mV。检测管道附近的土壤直流电位梯度，如图1所示，在轻轨动车运行阶段，土壤直流电位梯度较大，在1.5—2.0mV/m范围内波动；而轻轨动车经过管道附近时，土壤直流电位梯度增大，最高可达4.5 mV/m。说明管道附近存在较强直流杂散电流干扰。

图1 土壤电位梯度—时间曲线图图2 轻轨动车经过时管道交流电压

对于管道交流电压，其变化规律与直流管地电位相类似，在白天轻轨动车运行阶段，管道交流电压大幅波动，当动车经过管道附近区域时，管道交流电压开始升高；当动车经过测试点附近时，电压达到最大值，一般均超过10V，最高时超过20V，如图2所示；当动车远离管道附近区域时，交流电压降低到2V以下，每个交流电压变化周期持续时间为3—4分钟左右，与轻轨动车经过管道区域时间相符。凌晨轻轨动车停运后，管道交流电压较平稳，不超过2V。检测到土壤电阻率为34.7 Ω·m，计算得到轻轨动车经过管道附近时，管道交流电流密度超过65 A/m²，管道所受到的交流干扰程度为中等。

2、干扰产生的原因及危害

2.1干扰产生的原因

广珠轻轨对埋地天然气管道的干扰主要是由阻性耦合产生，原因主要有如下几点：

（1）管道交流电压的变化与轻轨动车经过管道区域时间相符，当动车接近管道时，管道的交流电压才上升；当动车远离管道时，轻轨牵引馈线上仍存在牵引电流，但管道交流电压并没有上升，说明管道交流电压的上升并不是由轻轨牵引电流的感性耦合引起。

（2）当轻轨动车经过管道附近时，检测到管道附近的土壤交流电位梯度由2.0mV/m大幅度上升到60mV/m，直流电位梯度也波动很大，最高达到4.5 mV/m，这说明土壤中有较强电流流过。

根据上述分析，当轻轨动车经过管道附近时，杂散电流通过轻轨综合接地系统进入大地，通过大地进入到埋地天然气管道，造成管道直流电位大幅波动，同时使管道存在较大的交流电压，这些都是阻性耦合造成的干扰。

2.2杂散电流干扰的危害

直流杂散电流一旦流入埋地金属管道，再从埋地金属管道的另一端流出，进入大地或水中，则在电流流出部位发生激烈的腐蚀，造成金属管道腐蚀穿孔。而杂散电流流入的部位，管道得到保护，但过大的杂散电流流入也可能造成管道局部过保护，使防腐层剥离。

交流干扰的危害主要有两方面，一是瞬间较高的交流电压可能击穿绝缘层，击穿绝缘法兰，击毁阴极保护设备，并对操作人员的人身安全造成威胁。中山市域高压天然气管道的交流干扰电压较高，造成阴极保护系统的恒电位仪经常自动停机。二是管道长期存在着的交流干扰电压的交流腐蚀影响。实际调查及研究发现，环境适宜时，交流干扰也会引起金属管道腐蚀，主要是由于在电流方向交变时，土壤中介质的导电性能是不一样的，而且阴极保护越好，由于使管道附近程碱性，导电性增强，交流干扰腐蚀越严重。

3、防护措施

无论是直流干扰还是交流干扰，都会加剧管道的腐蚀，必须采取防护措施，以保证管道安全。由于管道受到交、直流杂散电流的干扰，这加大了防护措施的难度。通常将管道接地是防护交流干扰直接而有效的一种措施，但在直流杂散电流影响比较大的区域，牺牲阳极接地或直接接地方式都可能吸收杂散电流，在杂散电流的流出处造成管道腐蚀，同样管道也可能吸收杂散电流后通过直接接地极流出，造成接地极的加剧腐蚀，因此管道和接地地床之间宜采用隔直去耦装置，但在杂散电流流入端应注意其直流反向启动电压必须高于管道可能出现的对地负向直流电压。

受到交流干扰的管道，用锌带作阳极地床，锌带可以采用深井埋设，也可以采用浅埋，必须保证地床接地电阻小于管道的接地电阻，在管道和阳极地床之间连接一个固态去耦合器。固态去耦合器接地方法是NACE SP0177-2007 中给出的方法，在国外减缓交流干扰工程中应用普遍；同时近年来在国内大型长输管道工程也成功应用的干扰防护新技术。这样既可将交流干扰电压降到允许的极限电压内，同时能有效隔离阴极保护电流，防护效果较好。

中山市域高压天然气管道受到广珠轻轨干扰的区域采取这种防护措施，分别在管道交流电压较高的3个地段采用深井的形式埋设锌带阳极地床，地床接地电阻均小于2Ω，通过固态去耦合器与管道相连。防护措施实施后，轻轨动车经过管道附近时，管道最大交流电压均不超过4V，阴保站的恒电位仪可以正常投运，防护效果较好。

对于广珠轻轨产生的直流杂散电流，由于是一种动态的直流杂散电流，采用强制排流系统，在管道受直流干扰最严重的区域附近安装恒电位仪阴保站，保证管道始终处于受阴极保护状态，恒电位仪安装投运后，与原有阴保系统的恒电位仪共同对管道施加保护，管道各测试桩的管地电位比较均衡，在轻轨运行时段，管道通电电位随时间波动幅度较小，基本均在-1.10V—-1.30V范围内，如图3所示，各测试点的管地极化电位均控制在-0.9V—-1.20V之间，符合阴极保护的相关标准，直流干扰防护效果也比较好。

图3防护措施实施后管道直流管地电位—时间曲线

4、结束语

随着国家经济的快速发展，电气化铁路、电力线路及地下金属管道都在以惊人的速度建设着。由于对占地量的限制，并且对于路由的择优的原则，依据地形、交通、距离、人员密集程度等条件的限制，各行业、各部门的要求极其相近，使得后建工程不得不与已建工程相邻（平行或相交），甚至在局部地段还要共用一个“公共走廊”，在这样苛刻的条件下敷设的天然气管道遇到的一个主要问题是电气化铁路及高压输电线路产生的杂散电流对管道的干扰，造成管道加速腐蚀。本文就这些这些问题提出的相应解决方案，可为今后管道防护杂散电流干扰提供一定的参考。