五、交流干扰的危害与防护

　　(一)交流干扰的危害
　　交流电引起的腐蚀要比直流电于扰的强度小得多，大约为直流电的1％或更小。但是，当高压输电线与管道平行架设时，由于静电场和交变磁场的影响，在钢管上感应出交流电压和电流，对管道的危害则是不可忽视的。尤其是在交、直流叠加情况下，交流电的存在可引起电极表面的去极化作用，造成腐蚀的加剧，形成穿孔。同时。交流干扰还可加速绝缘层的老化，特别是在防腐绝缘层的破损处，易引起防腐层的剥离。交流干扰还会使阴极保护无法在控制电位的范围内正常进行，使牺牲阳极发生极性逆转，电流效率降低。故障情况下，对管道会造成危险，甚至危及操作人员的安全。交流干扰腐蚀的危害已日益被人们所重视。
　　交流干扰作用于埋地金属管道。按其干扰电压作用的时间可分为：
　　1．瞬间干扰 强电线故障时产生的干扰电压可达几千伏以上，由于干扰电压作用的持续时间在1s以下，故称瞬间危险干扰电压。此电压对人身安全和设备均可构成威胁。高压电还会引起管道防腐层击穿；在管道与电力系统接地极距离不当时，还会产生电弧通道，引起管壁烧穿事故。
　　2．间歇干扰 在电气化铁路附近的管道上，所感应产生的几伏、几十伏，直至几百伏的干扰电压。作用时间时断时续、随电气铁道馈电网内负载变化。
　　3．持续干扰 高压输电线路运行时，在管道上感应产生的交流电压，可由几伏、几十伏到几百伏。其作用时间长，只要高压输电线路上有电流，管道上就有感应电压，埋地管道则会在此干扰电压下产生交流腐蚀。
　　(二)交流干扰状态
　　对管造成危险影响的高压输电线路，有以下三种状态：
　　1.三相对称中点直接接地的高压输电线(110kv以上)及交流电气化铁路供电线处在相导线接地短路时的故障状态。中性点直接接地的输电线发生单相短路接地故障时，对附近管道产生的电磁感应电压极高。特别是系统电容量大、电压级别高的电力系统中，短路电流可达10～60kA，交流干扰电压可达千伏以上。
　　如果短路瞬间，在故障附近的地面上有管道的附属设施(如阀门、泵等设备)，而操作人员恰巧去触及阀门时，就会威胁操作人员与设备的安全。
　　2.三相对称中性点对地绝缘或不直接接地的高压输电线(多指60kV以下)，当两相导线同时在不同地点接地时的故障状态。
　　3.不对称高压线路、直供式交流电气铁路在正常运行状态或在相导线接地时的强行运行状态。
　　当埋地管道与电厂、变电站和高压杆塔的接地装鼍接近时，或与交流电气化铁路交叉时，应考虑由于电流流过接地装置(或轨道)而产生的地电位升高所造成的危险影响。
　　(三)干扰途径
　　强电线路对埋地管道的干扰影响主要有三种方式：容性耦合、磁感应耦合和阻性耦合。其对管道的影响见表10-72。
 

　　1.静电感应(容性耦合) 这一方式主要出现在施工期间的地面管道或架设在绝缘垫(如木块)上时，通过高压线和管道之间、管道和大
地之间的分布电容耦合作用。由于大地的屏蔽作用，当管道埋地后，这一作用就小到可以忽略不计了。原理如图10-68所示。
　　2．电磁感应 当管道与高压线平行时，由于相电流的交变形成电磁场作用在埋地管道上，使管道不断切割磁力线而产生感应电流。这一耦合原理如同变压器，高压线一侧如同变压器的一次侧，管道一侧如同变压器的二次侧。当三相之中的各相电流相等(平衡时)、相导线到管道距离相等时，其电磁场的综合影响为零。但实际中相电流很少处于平衡状态，三相导线距管道也不可能相等，尤其是平行间距较小时几何不对称更为突出。故障条件下(严重不平衡)将产生危险影响，其感应原理见图10-69。
 

图10-68 容性耦合
a)管道在地面上 b)管道在地面下

图10-69 磁干扰原理

　　3．阻性耦合 当管道与电气化铁路交叉、与强电线路的接地极(体)、发电厂、变电站接地小距离接近时，接地体上的电流流入地下，通过管道和接地体之间的电阻进行耦合作用，把交流电流直接传递到管道上，这就是阻性耦合。由于地电场衰减很快，所以一般情况下阻性耦合作用范围很小。
　　(四)交流干扰的计算
　　1．静压感应电压的计算
 

其中

 

式中 V_p——管道感应交流电压(V)；
　　　h₁——单相导线地上高度(m)；
　　　h₂——埋设管道等效地面高度(m)；
　　　r——输电线等效半径(m)；
　　　x——输电线和管道的水平距离(m)；
　　　V₁——相导线对地电压(V)。
　　2.电磁感应计算
 

式中 f——交流电频(Hz)；
　　　L——平行段长度(km)；
　　　M——输电线和管道间互感系数(H/km)；
　　　i——相电流(A)。
　　3.阻性耦合计算
 

式中 Vo——接地体对远方大地电压(V)；
　　　Io——接地体上流入大地电流(A)；
　　　ρ——土壤电阻率(Ω·m)；
　　　R——接地体接地电阻(Ω)；
　　　a——接地体等效球面半径(m)；
　　　V_x——距接地体x处的大地电位和管道电位差(V)。
　　4.管道参数的计算
　　(1)管道阻抗的计算
 

式中 Z——道阻抗(Ω/km)；
　　　Z_i——管道内阻抗(Ω/km)；
　　　Z_e——管道外阻抗(Ω/km)。
　　其中，管道内阻抗Zi的计算是一个复杂的零阶贝塞尔函数，计算较困难，通常可采用近似公式计算，即：
 

　　管道外阻抗Z_e计算公式为：
 

　　(2)管道传播常数
 

式中 r_o——管道外半径(m)；
　　　σ——大地导电率。
　　(3)管道特性阻抗
 

式中 Z——管道阻抗(Ω/km)；
　　　Z_i——管道内阻抗(Ω/km)；
　　　Z_e——管道外阻抗(Ω/km)；
　　　r_o——钢管外半径(m)；
　　　σ——大地电导率(S/m)；
　　　R_o——管道直流电阻，

　　　δ_m——钢材电导率(S/m)；
　　　f——频率(Hz)；
　　　D——回流当量深度，

　　　Z_o——管道特性电阻(Ω)。
　　(五)交流干扰的保护
　　1.对交流干扰点测试对交流干扰的防护，首先取决于对干扰现场的调查与测试的正确与否。电力线路对管道交流电干扰的测试方法，可遵照行业标准《电力线路对埋地钢质管道交流电干扰测试方法》SYJ32-1988执行。
　　管道交流干扰的测试，主要是测试干扰电压和管道交流参数现场的测量。
　　测试仪表和测量导线应执行行业标准《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》SYJ23-1986的有关规定。
　　交流干扰电压一般较高，所以不用硫酸铜参比电极进行测试，使用钢棒电极。