1 000 kV特高压输电线路对地下油气管线的影响

李其生，唐明贵，孙才华，吴晓辉，薛致远，高强

（1.河南省电力勘测设计院，郑州市，450007；2.河南省电力公司，郑州市，450007；3.中国石油管道研究中心，河北省廊坊市，065000；4.中国石油管道公司，河北省廊坊市，065000）

0 引言

为了满足社会经济可持续发展对电力和油气能源的需求，1 000 kV特高压长距离输电线路及油气管线的建设将会遍布全国[1]，其共用走廊的情况会越来越多，尤其在油田附近，地下油气管线纵横交错，密集成网，与输电线路平行、交叉的情况大量存在。1 000 kV特高压输电线路电压等级高、输送容量大、电磁环境影响大，会影响其附近的油气管线操作人员的安全、油气管线绝缘层、油气管线阴极保护设备，进而腐蚀油气管线。当上述影响达到一定程度时，需要对油气管线采取适当的保护措施。

1 输电线路对油气管线的影响

（1）静电感应。输电线路电压所产生的电场，通过电容耦合在油气管线上产生静电感应电压，由于地下油气管线完全处于土壤中，故地埋油气管线不受输电线路静电感应影响，但正在施工的油气管线会受到静电感应影响。

（2）磁感应。输电线路电流所产生的磁场，会在位于该磁场范围内的油气管线上产生感应电流，当油气管线与输电线路的接近间距较小、平行接近距离较长时，会产生较大的磁感应影响。

（3）地电位升。当输电线路与油气管线交叉跨越或平行接近时，输电线路接地短路故障电流流入大地，在杆塔附近的土壤中形成地电位升，当油气管线绝缘层有漏敷点时，将引起油气管线的电位升高。

输电线路对油气管线的干扰影响主要体现在：（1）输电线路对油气管线阴极保护设备正常工作的影响。例如，在装有外接电源的阴极保护设备油气管线上，感应电压过高有可能破坏恒电位仪工作的稳定性，甚至无法送出阴极保护电流；在采用镁牺牲阳极的油气管线上，感应电压过高会使这些镁阳极产生“极性逆转”，即作为牺牲阳极的镁变成了阴极，而被保护的油气管线反成了阳极，此时牺牲阳极不但不会保护油气管线，反而会加速油气管线的腐蚀。（2）考虑对油气管线产生交流腐蚀影响所允许的电流密度。敷设在地中的油气管线，可能会出现绝缘层破损或漏敷，此时如果感应电流密度超过允许值，就会对油气管线产生交流腐蚀影响[2-7]。

分析输电线路对油气管线的危险影响，多参考输电线路对通信线路的危险影响允许标准。GB 6830—86《电信线路遭受强电线路危险影响的允许值》[8]和DL/T 5033—2006《输电线路对电信线路危险和干扰影响防护设计规程》[9]规定：输电线路正常工作时，油气管线上感应电压的允许值为60 V；输电线路故障时，油气管线上感应电压允许值为430（一般输电线路）、650（高可靠输电线路）、1 030 V（输电线路故障持续时间不大于0.2 s）。文献[10]指出：在没有防护措施的管道上，允许的短时感应最大电压限值为1 000 V，用沥青作防腐覆盖层的管道为1 500 V，小于该值时可不采取接地措施。目前，我国主要输油气管线大多采用3层PE防腐覆盖层，其绝缘性能远优于沥青覆盖层。本文采用1 500V作为油气管线的瞬间安全电压限值。

2 地下油气管线上感应电压的计算

输电线路对油气管线的危险影响，涉及到维护人员人身安全和设备安全，是输电线路设计时必须考虑的问题。输电线路在地下油气管线上感应电压的最大值为

式中：U20为输电线路与油气管线间平行距离为20m时油气管线磁感应电压最大值，V，其值可由图1查表得到[10]；fd为距离因子，fd=M/790×10-6，M为无量纲系数，其值等于互感系数值，可根据输电线路与管道等值距离、土壤电阻率由图2查表得到；Ick为无量纲系数，其值等于高压输电线短路电流值；a为综合屏蔽系数，通常为0.4～0.8；ar为传播常数修正系数，

式中r1为无量纲系数，其值等于单位面积管道上防腐涂层的电阻值[10]。

某1 000 kV输电线路与地埋油气管线的相对位置如图3所示，图中长度单位为km，其接近段长7.13 km，分为11个区域。其中，油气管线的管径为523mm；1 000 kV输电线路在接近段的最大短路电流为30 kA；正常运行时的工频剩余电流为15 A；正常运行时的输送功率为13GW；正常运行时的输送负荷电流为8 340A。

由图1可查表得U20=200 V，由图2查表可得第i个区域的输电线路与油气管线的互感系数Mi，以及输电线路三相导线分别与油气管线的互感系数MiA、MiB、MiC，如表1所示。表1中：ai1为第i个区域中输电线路起点与油气管线的垂直距离；ai2为第i个区域中输电线路末端与油气管线的垂直距离；ai为第i个区域中输电线路与油气管线垂直距离的平均值，ai=（ai1ai2）0.5；aiA为第i个区域中输电线路A相与油气管线垂直距离的平均值；aiB为第i个区域中输电线路B相与油气管线垂直距离的平均值；aiC为第i个区域中输电线路C相与油气管线垂直距离的平均值；Li为第i个区域中油气管线长度。

表1 互感系数Tab.1 Coofficient of mutual inductance

输电线路与油气管线的平均互感系数M，以及输电线路三相导线与油气管线的互感系数MA、MB、MC分别为

则输电线路与油气管线的距离因子fd，以及输电线路三相导线与油气管线的距离因子fdA、fdB、fdC分别为

fd=M/790×10-6=0.114 6

fdA=MA/790×10-6=0.112 5

fdB=MB/790×10-6=0.112 9

fdC=MC/790×10-6=0.107 7

根据文献[10]可得：r1=104、a=0.8。由式（2）得，ar=2。

由式（1）得：输电线路故障时，Umax=1 100.16 V；输电线路正常运行时，输电线路的工频剩余电流在管道上感应电压US=0.55 V，输电线路三相导线在油气管线上感应电压UA=300.24 V、UB=301.31 V、UC=287.43 V。则三相导线在油气管线上产生的电压为

287.43∠240=13.27∠60

正常运行，时管线上产生的电压为

计算结果表明，故障状态管道上磁感应最大电压为1 100.16 V，正常状态管道上磁感应最大电压为13.38V，均满足要求。

3 结论

（1）正常运行状态下，1 000 kV输电线路对地下油气管线的危险影响一般可不予计算，只有当输电线路三相导线分别与油气管线间的接近间距差别较大时才有必要计算。

（2）1 000 kV输电线故障状态下，对油气管线的危险影响主要受接近间距、平行长度及接近段的大地导电率控制。

[1]吴敬儒，徐永禧.我国特高压交流输电发展前景[J].电网技术，2005，29（3）：1-4.

[2]国际大电网会议第36.01工作组.输电系统产生的电场与磁场[M].邵方殷，李顺元，庞廷智，等，译.北京：水利电力出版社，1984.

[3]邵方殷.交流线路对平行接近的直流线路的工频电磁感应[J].电网技术，1998，22（12）：59-63，68.

[4]谈克雄，薛家麟.高压静电场数值计算[M].北京：水利电力出版社，1990.

[5]Maruvada PS，Drogi S.Field and ion interactions of hybrid AC/DC transmission lines[J].IEEE Trans.on Power Delivery，1988，3：1165-1172.

[6]中国电力科学研究院.交流特高压线路与西气东输管道平行交叉问题的解决方案[R].北京：中国电力科学研究院，2008.

[7]Q/GDW 179—2008 110 kV～750 kV架空输电线路设计技术规定[S].北京：中国电力出版社，2008.

[8]GB 6830—86电信线路遭受强电线路危险影响的允许值[S].

[9]DL/T 5033—2006送电线路对电信线路危险和干扰影响防护设计规程[S].北京：中国电力出版社，2006.

[10]SY/T 0032—2000埋地钢质管道交流排流保护技术标准[S].北京：石油出版社，2000.