五、交流干擾的危害與防護(hù)

　　(一)交流干擾的危害
　　交流電引起的腐蝕要比直流電于擾的強(qiáng)度小得多，大約為直流電的1％或更小。但是，當(dāng)高壓輸電線與管道平行架設(shè)時(shí)，由于靜電場(chǎng)和交變磁場(chǎng)的影響，在鋼管上感應(yīng)出交流電壓和電流，對(duì)管道的危害則是不可忽視的。尤其是在交、直流疊加情況下，交流電的存在可引起電極表面的去極化作用，造成腐蝕的加劇，形成穿孔。同時(shí)。交流干擾還可加速絕緣層的老化，特別是在防腐絕緣層的破損處，易引起防腐層的剝離。交流干擾還會(huì)使陰極保護(hù)無(wú)法在控制電位的范圍內(nèi)正常進(jìn)行，使?fàn)奚?yáng)極發(fā)生極性逆轉(zhuǎn)，電流效率降低。故障情況下，對(duì)管道會(huì)造成危險(xiǎn)，甚至危及操作人員的安全。交流干擾腐蝕的危害已日益被人們所重視。
　　交流干擾作用于埋地金屬管道。按其干擾電壓作用的時(shí)間可分為：
　　1．瞬間干擾 強(qiáng)電線故障時(shí)產(chǎn)生的干擾電壓可達(dá)幾千伏以上，由于干擾電壓作用的持續(xù)時(shí)間在1s以下，故稱瞬間危險(xiǎn)干擾電壓。此電壓對(duì)人身安全和設(shè)備均可構(gòu)成威脅。高壓電還會(huì)引起管道防腐層擊穿；在管道與電力系統(tǒng)接地極距離不當(dāng)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生電弧通道，引起管壁燒穿事故。
　　2．間歇干擾 在電氣化鐵路附近的管道上，所感應(yīng)產(chǎn)生的幾伏、幾十伏，直至幾百伏的干擾電壓。作用時(shí)間時(shí)斷時(shí)續(xù)、隨電氣鐵道饋電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載變化。
　　3．持續(xù)干擾 高壓輸電線路運(yùn)行時(shí)，在管道上感應(yīng)產(chǎn)生的交流電壓，可由幾伏、幾十伏到幾百伏。其作用時(shí)間長(zhǎng)，只要高壓輸電線路上有電流，管道上就有感應(yīng)電壓，埋地管道則會(huì)在此干擾電壓下產(chǎn)生交流腐蝕。
　　(二)交流干擾狀態(tài)
　　對(duì)管造成危險(xiǎn)影響的高壓輸電線路，有以下三種狀態(tài)：
　　1.三相對(duì)稱中點(diǎn)直接接地的高壓輸電線(110kv以上)及交流電氣化鐵路供電線處在相導(dǎo)線接地短路時(shí)的故障狀態(tài)。中性點(diǎn)直接接地的輸電線發(fā)生單相短路接地故障時(shí)，對(duì)附近管道產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓極高。特別是系統(tǒng)電容量大、電壓級(jí)別高的電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)10～60kA，交流干擾電壓可達(dá)千伏以上。
　　如果短路瞬間，在故障附近的地面上有管道的附屬設(shè)施(如閥門、泵等設(shè)備)，而操作人員恰巧去觸及閥門時(shí)，就會(huì)威脅操作人員與設(shè)備的安全。
　　2.三相對(duì)稱中性點(diǎn)對(duì)地絕緣或不直接接地的高壓輸電線(多指60kV以下)，當(dāng)兩相導(dǎo)線同時(shí)在不同地點(diǎn)接地時(shí)的故障狀態(tài)。
　　3.不對(duì)稱高壓線路、直供式交流電氣鐵路在正常運(yùn)行狀態(tài)或在相導(dǎo)線接地時(shí)的強(qiáng)行運(yùn)行狀態(tài)。
　　當(dāng)埋地管道與電廠、變電站和高壓桿塔的接地裝鼉接近時(shí)，或與交流電氣化鐵路交叉時(shí)，應(yīng)考慮由于電流流過(guò)接地裝置(或軌道)而產(chǎn)生的地電位升高所造成的危險(xiǎn)影響。
　　(三)干擾途徑
　　強(qiáng)電線路對(duì)埋地管道的干擾影響主要有三種方式：容性耦合、磁感應(yīng)耦合和阻性耦合。其對(duì)管道的影響見表10-72。
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　　1.靜電感應(yīng)(容性耦合) 這一方式主要出現(xiàn)在施工期間的地面管道或架設(shè)在絕緣墊(如木塊)上時(shí)，通過(guò)高壓線和管道之間、管道和大
地之間的分布電容耦合作用。由于大地的屏蔽作用，當(dāng)管道埋地后，這一作用就小到可以忽略不計(jì)了。原理如圖10-68所示。
　　2．電磁感應(yīng) 當(dāng)管道與高壓線平行時(shí)，由于相電流的交變形成電磁場(chǎng)作用在埋地管道上，使管道不斷切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流。這一耦合原理如同變壓器，高壓線一側(cè)如同變壓器的一次側(cè)，管道一側(cè)如同變壓器的二次側(cè)。當(dāng)三相之中的各相電流相等(平衡時(shí))、相導(dǎo)線到管道距離相等時(shí)，其電磁場(chǎng)的綜合影響為零。但實(shí)際中相電流很少處于平衡狀態(tài)，三相導(dǎo)線距管道也不可能相等，尤其是平行間距較小時(shí)幾何不對(duì)稱更為突出。故障條件下(嚴(yán)重不平衡)將產(chǎn)生危險(xiǎn)影響，其感應(yīng)原理見圖10-69。
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圖10-68 容性耦合
a)管道在地面上 b)管道在地面下

圖10-69 磁干擾原理

　　3．阻性耦合 當(dāng)管道與電氣化鐵路交叉、與強(qiáng)電線路的接地極(體)、發(fā)電廠、變電站接地小距離接近時(shí)，接地體上的電流流入地下，通過(guò)管道和接地體之間的電阻進(jìn)行耦合作用，把交流電流直接傳遞到管道上，這就是阻性耦合。由于地電場(chǎng)衰減很快，所以一般情況下阻性耦合作用范圍很小。
　　(四)交流干擾的計(jì)算
　　1．靜壓感應(yīng)電壓的計(jì)算
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其中

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式中 V_p——管道感應(yīng)交流電壓(V)；
　　　h₁——單相導(dǎo)線地上高度(m)；
　　　h₂——埋設(shè)管道等效地面高度(m)；
　　　r——輸電線等效半徑(m)；
　　　x——輸電線和管道的水平距離(m)；
　　　V₁——相導(dǎo)線對(duì)地電壓(V)。
　　2.電磁感應(yīng)計(jì)算
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式中 f——交流電頻(Hz)；
　　　L——平行段長(zhǎng)度(km)；
　　　M——輸電線和管道間互感系數(shù)(H/km)；
　　　i——相電流(A)。
　　3.阻性耦合計(jì)算
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式中 Vo——接地體對(duì)遠(yuǎn)方大地電壓(V)；
　　　Io——接地體上流入大地電流(A)；
　　　ρ——土壤電阻率(Ω·m)；
　　　R——接地體接地電阻(Ω)；
　　　a——接地體等效球面半徑(m)；
　　　V_x——距接地體x處的大地電位和管道電位差(V)。
　　4.管道參數(shù)的計(jì)算
　　(1)管道阻抗的計(jì)算
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式中 Z——道阻抗(Ω/km)；
　　　Z_i——管道內(nèi)阻抗(Ω/km)；
　　　Z_e——管道外阻抗(Ω/km)。
　　其中，管道內(nèi)阻抗Zi的計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的零階貝塞爾函數(shù)，計(jì)算較困難，通?？刹捎媒乒接?jì)算，即：
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　　管道外阻抗Z_e計(jì)算公式為：
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　　(2)管道傳播常數(shù)
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式中 r_o——管道外半徑(m)；
　　　σ——大地導(dǎo)電率。
　　(3)管道特性阻抗
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式中 Z——管道阻抗(Ω/km)；
　　　Z_i——管道內(nèi)阻抗(Ω/km)；
　　　Z_e——管道外阻抗(Ω/km)；
　　　r_o——鋼管外半徑(m)；
　　　σ——大地電導(dǎo)率(S/m)；
　　　R_o——管道直流電阻，

　　　δ_m——鋼材電導(dǎo)率(S/m)；
　　　f——頻率(Hz)；
　　　D——回流當(dāng)量深度，

　　　Z_o——管道特性電阻(Ω)。
　　(五)交流干擾的保護(hù)
　　1.對(duì)交流干擾點(diǎn)測(cè)試對(duì)交流干擾的防護(hù)，首先取決于對(duì)干擾現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查與測(cè)試的正確與否。電力線路對(duì)管道交流電干擾的測(cè)試方法，可遵照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力線路對(duì)埋地鋼質(zhì)管道交流電干擾測(cè)試方法》SYJ32-1988執(zhí)行。
　　管道交流干擾的測(cè)試，主要是測(cè)試干擾電壓和管道交流參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量。
　　測(cè)試儀表和測(cè)量導(dǎo)線應(yīng)執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)參數(shù)測(cè)試方法》SYJ23-1986的有關(guān)規(guī)定。
　　交流干擾電壓一般較高，所以不用硫酸銅參比電極進(jìn)行測(cè)試，使用鋼棒電極。