±1100_kV特高压直流...油气管道直流干扰实测与分析_曹方圆.pdf

1 100 kV特高压直流接地极对埋地油气管道直流干扰实测与分析曹方圆1，李博2，董华清3，白锋1，安俊杰3，沈光霁2（1.中国电力科学研究院有限公司，北京100192；2.沈阳龙昌管道检测中心，沈阳110168；3.中石化川气东送天然气管道有限公司，武汉430000）摘要：直流接地极电流会对大范围的埋地油气管道造成腐蚀和危险影响，特别是1 100 kV特高压直流接地极，额定入地电流大，影响程度更大，影响范围更广。为获得特高压直流接地极对埋地油气管道的影响水平和管道电压分布规律，文中首次在昌吉古泉1 100 kV特高压直流输电工程调试期间，对邻近的川气东送管道进行了全面的测试，得到了管道通/断电电位分布、泄漏电流密度、阀室引压管电压和土壤电位梯度。根据现有标准中管道直流干扰的各项评价指标对管道测试结果进行了分析，相关测试结果可为川气东送管道的安全运行维护提供数据支撑，也可为后续直流接地极选址和埋地油气管道路径选择提供参考。关键词：特高压直流；接地极；埋地油气管道；测试；电位分布Measurement and Analysis of DC Interference of 1 100 kV UHVDC Grounding Electrodeto Buried Oil and Gas PipelineCAO Fangyuan1，LI Bo2，DONG Huaqing3，BAI Feng1，AN Junjie3，SHENG Guangji2（1.China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China；2.Shenyang Longchang Pipeline Survey Center，Shenyang110168，China；3.Sinopec SichuanEast Natural Gas Transmission Branch，Wuhan 430000，China）Abstract:Current of DC grounding electrode will cause corrosion and dangerous effects on a large range of buriedoil and gas pipelines，especially the grounding electrode of 1 100 kV UHVDC transmission project has large ratedgrounding current，greater degree of influenceand wider range of influence.In order to obtain the influence leveland the distribution of pipeline voltage of UHVDC grounding electrode on buried oil and gas pipeline，the comprehensive test of the nearby gas transmission pipe line of SichuanEast is performed for the first time during thethecommissioning of ChangjiGuquan 1 100 kV UHVDC transmission project.The on/off potential distribution of thepipeline，leakage current density，voltage of the impulse pipe in valve chamber and soil potential gradient are obtained.According to the evaluation indexes of pipeline DC interference in existing standards，the test results of thepipeline are analyzed.The relevant test results can provide data support for the safe operation and maintenance ofpipeline of SichuanEast，and can also provide reference for the selection of grounding electrode location in subsequent DC projects and buried oil and gas pipeline path.Key words:UHVDC；grounding electrode；buried oil and gas pipeline；test；potential distribution第59卷第2期：000700142023年2月16日High Voltage ApparatusVol.59，No.2：00070014Feb.16，2023DOI:10.13296/j.10011609.hva.2023.02.002_收稿日期：20220911；修回日期：20221117基金项目：国家电网有限公司总部科技项目资助(特高压直流接地极对油气管道电流和电压分布影响及阴保方案研究)。Project Supported by Science and Technology Project of State Grid Corporation Headquarters(Study on the Influence of UHVDCGrounding Electrode Current on the Current and Voltage Distribution Characteristics of Buried Oil and Gas Pipelines and CathodicProtection Scheme).0引言随着中国对能源需求的快速增长，直流接地极和输油输气管道接近的情况时有发生1-5。特别是经济发达地区，直流输电工程和输油气管道甚至共用走廊6，使得直流接地极对附近埋地金属管道的电磁2023年2月第59卷第2期干扰影响日益突出。2013年12月，南方电网云广线增城换流站出现故障，双极运行改为单极运行，导致有3 125 A电流从鱼龙岭接地极流入大地，造成了鳌广线从化分输站线路截断阀引压管路绝缘接头损坏、塑料管卡融化。2014年8月天广线大塘接地极单极运行时，直流接地极入地电流1 800 A，测到附近管道的管道电位从-1.3 V迅速正向偏移至10 V左右，手动调节该管段恒电位仪满载输出(20 A)，管道电位从10 V变化至8.5 V左右，几秒钟后，恒电位仪报警并自动关闭。近几年，中国在直流接地极对油气管道影响方面开展了大量的研究7-15，包括直流接地极对油气管道影响的计算方法研究7-9、评价指标研究10-14、防护措施研究15-18等。在直流接地极对埋地油气管道影响水平评估和防护措施设计方面，主要是通过仿真计算和模拟试验19的手段来进行研究。长输管道通常绵延几百上千公里，管道沿线土壤环境十分复杂，而在仿真计算中难以考虑管道沿线土壤情况的差异，工程计算中只能将管道沿线土壤进行等效处理，另外，考虑管道非线性极化特性的计算方法目前还不成熟，使得计算结果与实际情况存在一定的误差。为准确了解直流接地极电流对埋地油气管道的影响水平和分布规律，现场大范围系统测试是最有效的手段。在直流接地极电流对埋地油气管道的影响测试方面，因为直流输电工程只在系统调试、检修或故障时才会出现单极大地回路运行工况，而系统故障具有不可预判性且持续时间很短，目前大部分管道上没有安装智能监测装置，难以获得直流输电工程系统故障时接地极电流对埋地油气管道的影响数据，只有在直流输电工程调试或检修时才能有计划地开展对邻近埋地油气管道的直流干扰测试工作。文中针对直流接地极对埋地油气管道的影响，通过现场实测，在昌吉古泉1 100 kV特高压直流输电工程调试期间，对受端换流站接地极邻近的川气东送管道进行了管道通/断电电位测试、泄漏电流密度测试、阀室引压管电压测试、土壤电位梯度测试，获得了昌吉古泉1 100 kV特高压直流接地极对川气东送管道的影响水平和管道电压分布规律，相关测试结果可为川气东送管道的安全运行维护提供数据支撑，也可为后续直流接地极选址和埋地油气管道路径选择提供参考。1工程概况昌吉古泉1100kV特高压直流输电线路工程，线路路径总长度约3 305 km，输送容量12 000 MW，直流接地极额定电流为5 455 A。川气东送管道距受端泾县接地极约16 km，该特高压直流输电工程在2019年1月和9月的系统调试中有单极大地回路运行工况。1.1直流接地极情况泾县接地极按双跑道型方式埋设，内外环直线段长都是380 m，两端半圆半径分别为180、215 m，外环电极埋深4.5 m，内环电极埋深3.5 m。2019年1月系统调试中，泾县接地极阴极运行(电流从土壤流入直流接地极)，流入电流约5 540 A；2019年9月系统调试中，泾县接地极阳极运行(电流从直流接地极流出，流向土壤)，流出电流约3 680 A。1.2管道情况川气东送管道全长约 2 203 km，管道材质为X70钢，3层结构聚乙烯(3PE)防腐层，外径1 016 mm，壁厚12 mm。距直流接地极最近的管道阴保站是池州输气站和十字镇分输站，各有一个额定输出电压/电流为40 V/15 A的恒电位仪，阴保站两侧的管道皆通过电缆跨接，两阴保站之间的管道长度约为163km，这段管道上有7个阀室和1个场站(宣城输气站，两端管道通过电缆跨接)，两阴保站之间(含阴保站)的范围即为测试区域。距直流接地极最近的阀室为牌楼村阀室，距直流接地极最近的测试桩为CQDS1280 测试桩。直流接地极与管道相对位置关系见图1。图1直流接地极与管道相对位置Fig.1Relative position between DC grounding electrodeand pipeline1.3土壤参数用大地电磁测深法测得的直流接地极附近的深层土壤电阻率及对应厚度见表1。将管道测试区域内的土壤分成几种典型土壤类型，用四极法测量每一种典型土壤的浅层土壤电阻率，见表2。8表1泾县接地极附近土壤参数Table 1Soil parameters near the grounding electrodein Jingxian起止深度/m0.01 311.81 311.81 811.81 811.82 792.62 792.63 716.13 716.15 136.65 136.67 739.6电阻率/(m)134.87172.70116.40191.10392.10432.60起止深度/m7 739.611 358.411 358.416 715.116 715.125 661.625 661.633 301.233 301.244 400.044 400.0电阻率/(m)201.60114.3095.00238.80439.90333.70表2管道附近土壤参数Table 2Soil parameters near the pipeline测试桩编号CQDS1280CQDS1281CQDS1290CQDS1367CQDS1370CQDS1388电阻率/(m)1.5 m95.5935.4134.678.767.3363.63.0 m122.5838.4254.297.0134.3472.95.0 m303.31 136.7272.2112.493.3640.6土壤类型农田山地水田黑粘土水田砂土地从土壤测试数据可以看出，直流接地极周围的浅层土壤电阻率与深层土壤电阻率相差不大，3 000 m 深度范围内的电阻率在 100200