中缅天然气管道高压直流干扰监测与分析

(中国石油西南管道公司，昆明 610094)

高压直流(HVDC)输电是一种用于长距离、大功率输电的系统，自20世纪50年代开发以来，经过半个多世纪的应用与研究，其稳定性和可靠性有了极大的保证，并具有高效、经济的特点[1-3]。与此同时，随着我国经济的快速发展，对能源的需求旺盛，大量的高压输电系统不可避免地与油气输送管道交互[4-6]，例如西气东输、川气东送管道便与多处高压输电工程长距离并行[7]。高压直流输电系统会对管道产生干扰，严重威胁管道的安全运行。本工作对中缅天然气管道进行监测和分析，旨在为实际的工程应用做出有效的指导。

1 工程简介

西南管道辖属的中缅天然气管道及玉溪支线与高压直流输电系统倘甸接地极较近，管道与倘甸接地极的垂直距离约32 km，管道存在高压直流输电系统接地极干扰的风险。有学者研究发现[5]，高压直流输电系统放电时产生的入地电流可达数千安培，能使管道电位产生几百到上千毫伏的偏移。例如上海东部一条±500 kV高压直流输电线路，在距离管道20 km位置的接地极放电时，管地电位会产生2 000 mV的偏移；西气东输管道芙蓉-上海段受±500 kV三峡-上海高压直流干扰时,其管地电位产生大幅度偏移，幅度达到1 410 mV[2]；某管道公司的研究表明，当直流接地极单极大地运行时，在管道上产生的干扰电位能达到304 V，腐蚀速率能达到0.6 mm/d[8]。同时发现，部分测试桩和站场的跨接线出现由高压直流输电系统接地极干扰造成的烧毁现象[8]。为了掌握中缅管道受高压直流接地极干扰的影响范围和程度，对所辖管道受干扰情况进行了监测，通过监测结果评估管道的受干扰程度和存在的风险。

2 监测方法

2.1 监测设备介绍

采用远程电位监测系统对管道受高压/特高压直流输电系统干扰的进行监测[9]。安装19套HVDC远程电位监测系统和2套HVDC电流监测远传。安装位置均选择在阀室内或者站场内。电流监测远传采用阀室内的电源供电。电位远程监测系统包括管道测试线和饱和铜/硫酸铜参比电极(CSE)，管道测试线需要从管道上重新焊接，参比电极埋设在距离管道0.1～0.3 m位置处。对电位监测系统进行设置，当其监测到电位值超过限值时，系统自动发送短信通知相关人员，以便及时核实现场的电位数据和电网放电情况。

2.2 监测范围

在中缅天然气管道安装7处电位监测系统，分别布置在玉溪支线1#阀室、中缅管道23#阀室、中缅管道26#阀室、K743#测试桩、K753#测试桩、曲靖分输站进站和曲靖分输站出站等7处位置，设置监测系统服务器对中缅天然气管道受倘甸接地极干扰进行监测，通过监测结果评估管道的受干扰程度和存在的风险，同时可以对管道日常的阴极保护效果进行实时监测，评价管道的阴极保护情况。

2.3 监测内容

管道直流杂散电流干扰通过连续监测管道的电位偏移及通/断电电位来进行分析和评估[10]。当受到干扰时断电电位正于-0.85 V判定该处管道处于欠保护状态，当断电电位负于-1.20 V时判定该处管道处于过保护状态。在进行管道电位检测前，需要先在预定位置安装HVDC电位远程监测系统，对靠近高压/特高压直流输电系统接地极附近的阀室和一些重点关注点的管道电位进行监测，测试高压/特高压直流输电系统接地极单极大地回路运行时管道电位的偏移情况。管道电位的监测采用电位远程监测系统进行，系统设置每10 min采集一组管道电位。

监测过程中要时刻关注监测的数据，及时下载并进行分析，绘制电位图形，分析电位变化规律，出具分析报告。通过现场测试数据，分析监测管段范围内，接地极放电电流对管道的影响程度和影响范围，并进行评估。

3 数据检测结果与分析

3.1 玉溪支线电位远程监测

3.1.1 阴极保护效果

从玉溪支线1#阀室处管道的通/断电电位可以看出，在2016年7月26日至8月4日，管道的通电电位存在一定的波动，在管道未受干扰时，管道的断电电位正于-0.85 V，管道处于欠保护状态，如图1(a)所示；2016年8月4日至12月8日，在恒电位仪输出调整之后，管道的通电电位存在一定的波动，在管道未受干扰时，管道的断电电位处于-1.2～-0.85 V，管道在此段时间处于良好的阴极保护状态；12月8日至12月19日，管道的通/断电电位都偏正，部分时间点的断电电位正于-0.85 V，处于欠保护状态，如图1(b)所示；12月19日至2017年2月7日，在管道未受干扰时，管道的断电电位均处于-0.85～-1.2 V，管道处于良好的阴极保护状态； 2月7日至3月15日，管道的通断电电位偏正，部分时间点的断电电位正于-0.85 V，处于欠保护状态，如图1(c)所示。

(a) 2016/07/26/至2016/08/04 (b) 2016/12/08/至2016/12/19 (c) 2017/02/07/至2017/03/15图1 玉溪支线1#阀室处管道处于欠保护时间段的电位(相对于CSE)Fig. 1 Potentials of pipeline in low protection periods at 1# valve room of Yuxi spur line (vs CSE)

3.1.2 直流杂散电流干扰

根据2016年8月1日至2017年3月15日玉溪支线1#阀室长时间的监测结果，对该处受到干扰的时间段进行统计，结果如表1所示。结果显示，此处管道共受到13次异常直流杂散电流干扰，受干扰的总时长为505.2 h(约21 d)，受干扰时，此处的管道电位均为负向偏移，最负通电电位偏移至-3.60 V，最负断电电位偏移至-1.21 V，如图2所示。每次受干扰时的管道电位和受干扰时间段见表1。玉溪支线的监测数据显示，管道断电电位均负于-0.85 V，处于有效的保护之内。

表1 玉溪支线1#阀室处管道电位受到干扰的时间段Tab. 1 Interfered periods of pipeline potential at 1# valve room of Yuxi spur line

3.2 中缅管道电位远程监测

3.2.1 阴极保护效果

由中缅管道安装的6个电位远程监测系统的通/断电电位监测结果可知，在管道未受到特高压干扰时，管道的通断电电位都存在一定的波动。其中，靠近倘甸接地极的26#阀室、743#测试桩处通电电位波动较其他几个位置处的波动大，如图3和4所示。但除了743#测试桩位置以外,其他5个位置的断电电位，在未受到高压直流接地极的放电干扰时，大部分时间处于-0.85～-1.2 V，处于有效的阴极保护状态。743#测试桩处通电电位大部分时间在-1.5～-1.20 V波动，断电电位处于-0.75 V上下波动，无法极化至-0.85 V，推断其原因是此位置处于山顶，试片的极化效果不好，造成试片极化电位无法达标。

(a) 最负通电电位(-3.60 V)

(b) 最负断电电位(-1.21 V)图2 玉溪支线1#阀室处管道受异常干扰电位Fig. 2 Interfered potential of pipeline at 1# valve room of Yuxi spur line: (a) most negative on-potential (-3.60 V); (b) most negative off-potential (-1.21 V)

3.2.2 直流杂散电流干扰

由表2可见：从2016年8月至2017年3月15日，共监测到中缅管道共受到疑似接地极放电造成的干扰17次，共持续时间约26 h，其中确定为永宁接地极放电造成干扰的有9次，其他的为疑似倘甸接地极放电造成的干扰。

(a) 2016/08/29至2016/11/19 (b) 2016/11/27至2017/03/08图3 缅管道26#阀室处电位监测结果Fig. 3 Potential monitoring data at 26# valve room of China-Myanmar pipeline

(a) 2016/08/17至2016/10/31 (b) 2016/11/27至2017/03/04图4 中缅管道743#测试桩处电位监测结果Fig. 4 Potential monitoring data at 743# test pole of China-Myanmar pipeline

(1) 疑似倘甸接地极放电时结果分析

从表3电位监测数据可以看出，疑似倘甸接地极放电时，靠近倘甸接地极的26#阀室位置、K743#测试桩与K753#测试桩处管道电位均往负方向偏移，而距倘甸接地极较远的23#阀室处管道电位往正方向偏移。由于监测点较少，无法断定这些干扰是由倘甸接地极放电造成的。

(2) 永宁接地极阴极放电时结果分析

由图5可见，在永宁接地极阴极放电时(序号13)，中缅管道的6个位置的管道的通/断电电位均往负方向偏移，其中曲靖站进出站位置的通电电位偏移量最大，达到了-4.3 V。

由图6可见，743#测试桩处管道断电电位在-1.2～-0.85 V，管道处于保护状态。除743#测试桩位置，其他位置管道断电电位在受干扰时均负于-1.2 V，最负断电电位达到了-1.8 V，此处管道处于过保护状态。

(3) 永宁接地极阳极放电时结果分析

由图7可见，在永宁接地极阳极放电时(序号17)，中缅管道的6个位置的管道通/断电电位均往正方向偏移，其中曲靖站进出站位置的通电电位偏移量最大，达到了+0.4 V。管道的断电电位在受干扰时均正于-0.85 V，最正位置管道断电电位达到了+0.15 V，处于欠保护状态，存在腐蚀的风险。

4 总结与建议

(1) 玉溪支线1#阀室处管道电位在2016年7月26日至8月4日、12月8日至12月19日、2月7日至3月15日的三个时间段受异常直流杂散电流干扰时，部分时间段的管道断电电位正于-0.85 V，处于欠保护状态，需要进一步调查管道欠保护的原因。

表2 中缅管道疑似受接地极放电干扰统计表Tab. 2 Statistical table of suspected discharge interference of grounding electrode to China-Myanmar pipeline

表3 疑似倘甸接地极放电时中缅管道相关参数Tab. 3 Parameters of China-Myanmar pipeline during suspected discharge of Tangdian grounding electrode

(2) 在2016年9月至2017年2月1的时间段内，监测到玉溪支线处管道共受到13次异常直流杂散电流干扰，受干扰的总时长为505.2 h(约21 d)，受干扰时，此处的管道电位均为负向偏移，管道的通电电位最负偏移至-3.6V，断电电位最负偏移至-1.21 V，玉溪支线的监测数据显示，管道断电电位均负于-0.85 V，处于有效保护状态。

(a) 进站

(b) 出站图5 永宁接地极阴极放电时中缅管道曲靖站进出站电位Fig. 5 Potentials of China-Myanmar pipeline in (a) and out (b) Qujing station during cathodic discharge of Yongning grounding electrode

图6 永宁接地极阴极放电时中缅管道743#测试桩处电位Fig. 6 Potentials of China-Myanmar pipeline at 743#testing pole during cathodic discharge of Yongning grounding electrode

(a) 进站

(b) 出站图7 永宁接地极阳极放电时中缅管道曲靖站进出站电位Fig. 7 Potentials of China-Myanmar pipeline in (a) and out (b) Qujing station during anodic discharge of Yongning grounding electrode

(3) 中缅管道6个监测点中除743#测试桩位置(由于在山顶位置，试片极化效果不好)，其他位置在未受高压直流杂散电流干扰时，管道的断电电位大部分时间处于-1.20～-0.85 V，处于较好的阴极保护状态。

(4) 在2016年9月至2017年3月的时间段内，共监测到昆明分公司管辖的中缅管道共受到疑似接地极放电造成的干扰17次，共持续时间约26 h，其中确定为永宁接地极放电造成干扰的有9次，其他为疑似倘甸接地极放电造成的干扰。

(5) 在永宁接地极阴极放电时，此段中缅管道的电位均往负方向偏移，断电电位均负于-1.2 V，处于过保护状态；在永宁接地极阳极放电时，此段中缅管道的电位均往正方向偏移，断电电位均正于-0.85 V，处于欠保护状态。建议断开曲靖站上下游跨接线，降低永宁接地极对曲靖站上游管道的影响。

(6) 在管道受到疑似倘甸接地极放电干扰时，管道也同时出现了过保护和欠保护的位置，由于目前监测点数量有限，无法确定是否是倘甸接地极放电造成的干扰，以及管道干扰的影响范围和最大干扰程度，建议在倘甸接地极的近端和远端增加部分监测点，进一步监测倘甸接地极的放电情况。