中国能源建设集团东北电力第二工程有限公司 辽宁省大连市 116023
摘要：随着高压直流输电网和油气管网的发展，高压直流输电系统干扰问题日益增多，引起国内学者的广泛关注。然而，目前对于高压直流干扰的评价以及防护研究处于起步阶段，国外也没有相关可借鉴的成熟经验。鉴于此，文中基于目前高压直流输电系统对埋地管道的干扰及其防护措施的研究现状进行了介绍与分析，并对目前存在的问题和未来的发展进行了探讨和展望。
关键词：高压；直流输电；埋地管道；干扰
1 高压直流输电系统对管道干扰的产生
1.1 接地极对埋地管道的干扰
高压直流输电系统对埋地管道的干扰，按照干扰来源可分为接地极对管道的干扰以及输电线路对管道的干扰。对于双极两端中性点接地高压直流系统，主要运行方式有4种。
1）双极对称运行方式，是双极高压直流输电系统一般运行方式。理论上，该方式下两极的电压和电流均相等，此时大地中无电流流过。实际工况下，两极之间的电流并不能保证完全一致，会有一定的不平衡电流通过接地极流入大地。
2）单极大地回线方式。在直流输电系统一极进行检修或发生故障等情况下，该极回路停止运行，系统采取单极大地回线方式运行，管道行业也称之为“放电”。
1.2 线路对埋地管道的干扰
输电线路一般通过电磁耦合的形式对埋地管道产生干扰。对于高压直流输电线路，理想情况下，其恒定的直流电流不会对埋地管道产生电磁感应影响。由于高压直流输电系统的电力来源为发电机组产生的交流电整流得到的直流电，因换流器的非线性特性，所以在其直流电流中不可避免地存在交流谐波。
2 高压直流输电系统对管道的影响研究
2.1 对管道的危害
高压直流输电系统对油气管道的干扰主要表现在以下几个方面。
1）管地电位偏高导致的人身安全风险。当有大量电流通过直流接地极进入大地时，会导致直流接地极附近的大地电位相对于远大地发生大幅抬升，而管道由于有防腐层的隔离，使得管道金属与附近土壤之间可能存在比较大的电位差。如果管道与附近大地之间的电位差超过人体安全电压时，有人员接触管道外露部位（如测试桩引线、管道地上部分等），可能导致人身伤害。
2）管地电位偏高导致的设备安全风险。出于保证电气安全需要，管道上的设备一般要进行接地，但是接地网材料（如铜、镀锌扁铁、接地模块等）会消耗大量的阴极保护电流。为了防止阴极保护电流在接地网上的散失，常常采用绝缘装置将接地网与埋地管道进行绝缘。
3）电流流出管道导致的腐蚀风险。当受到高压直流干扰时，管道上部分位置电流流出。根据腐蚀电化学理论，流出的电流引起氧化反应，对于钢质埋地油气管道，主要发生铁的腐蚀反应。根据法拉第定律可知，1 A的阳极电流1 a可造成9.13 kg铁的腐蚀，因此当流出管道的电流较大时，会对管道产生较为严重的腐蚀风险。
2.2 高压直流干扰的评价
对于高压直流干扰的评价，应从其主要的危害入手，针对每种危害进行评价。
1）人身安全风险的评价。按照人体对电流的反应可分为3种：感知电流，人体可以感觉到的最小电流，为0.7～1 m A；摆脱电流，触电后人体能够正常摆脱接触电结构的电流，为10～16 m A；致命电流，在短时间内能够致死的电流，其下限为30～50 m A。
2）设备安全风险的评价。空气间隙的击穿临界电压，不仅受到空气湿度、气压和温度的影响，还与电极形状等密切相关。对于空气的击穿特性，国内做了大量的研究，并得出了相应的湿度校正方法、曲线和公式。一般来说，棒-棒电极，平均击穿场强约为4.8～5.0 k V/cm。如此高的击穿电压按道理一般不容易发生击穿，但是现场却发现高压直流干扰下的放电现象。究其原因，是因为现场发生的是引弧放电，即引压管在风载、震动等因素的作用下发生接触引弧，拉开放电的过程。
3 高压直流干扰的防护措施
3.1 远距离避让
对于新建管道及高压直流输电系统来说，采用远距离避让是最简单有效的降低管道干扰的方法。我国DL/T5224《高压直流输电大地返回系统设计技术规范》中提出：如果直流接地极与地下金属管道等地下金属构件的最小距离小于10 km时，应计算接地极的电流对这些设施产生的不良影响。
1）干扰风险弱的“安全距离”，该指标对应的是该距离下管道基本不会受到干扰。
2）干扰风险中等的“安全距离”，该指标对应的是管道上可能受到干扰，也可能没有干扰，但是即使受到干扰，采取一定的防护措施（或经济可行）可以消除管道干扰。对于该类情况，需要在系统建成以后进行复测，验证干扰水平，并进行相应的防护。
3）干扰风险强的“安全距离”，该指标对应的是在该情况下管道可能受到较强的且难以防护的干扰（或经济上不可行）。对于该类问题，应该及时调整接地极选址方案，或者开展详细的前期工作，通过相应的措施，可以避免管道干扰问题。
3.2 直流输电方防护措施
对于高压直流干扰问题，直流输电一方采取防护措施，可以降低其附近所有埋地结构的干扰程度，起到一举多得的作用。因此实际工程中，应优先考虑相关措施。直流输电方可采用的措施主要有以下几种。
1）入地电流控制。腐蚀是一个累积过程，显然直流输电接地极降低入地电流大小和时间可以有效降低管道所受的干扰。对于接地极放电时的电量，一般与工程的功率有关，一旦工程确定，改变难度较大。因此，对于入地电流的控制，主要在控制其放电时间。目前，电力行业已经开展了对高压输电系统可靠性的研究，以降低其故障率。
2）接地极极址优化。直流输电方可以通过优化接地极的选址，减小对周围管道的干扰。计算了某接地极对管道的干扰，结果显示，采用原接地极极址（深层有岩石层，土壤电阻率高），其干扰程度很高，难以进行防护。更换为新的极址后（深层土壤电阻率较低），管道干扰大大降低，使得管道不需要施加新的防护措施。
4 结语
通过国内外对高压直流输电系统对埋地管道干扰相关研究的调研，总结得出未来关于高压直流干扰的发展方向为以下几个方面。
高压直流接地极单极大地运行情况下，对管道的干扰的评价是目前国内外研究的重点问题。由于其具有干扰程度高、发生时间不固定、干扰的极性不确定等特点，使得原有的直流干扰风险评价方法和指标不再适用。因此，需要针对高压直流干扰风险进行详细系统的研究。目前亟需对遭受直流干扰管道的管体腐蚀风险开展调研，明确实际工程中管体的腐蚀风险。同时，建议开展现场腐蚀挂片结合实验室模拟试验，以确定高压直流干扰的腐蚀规律。对于高压直流干扰的其他风险（如氢脆、防腐层剥离），应开展广泛的探讨和探索研究，明确管道是否存在这方面的风险，什么条件下风险较高，为高压直流干扰问题精准评价提供依据。
2）对于高压直流干扰的防护，应在设计阶段就进行干扰范围和防护措施初步设计。从接地极极址的选择、保证“安全距离”等方面入手，最大程度地降低接地极对附近管道的干扰。目前对于安全距离的研究还没有形成共识，笔者也在3.1节中提供了如何将安全距离进行分级设置的思路，同时认为“安全距离”并不是一个精确结果，而是用于工程上初步判断风险高低的度量值。因此，希望未来通过相关研究的不断深入，以及工程案例的增加，逐渐形成较为合理的“安全距离”。
3）在高压直流输电一方施加减缓措施，可以有效降低干扰水平。目前，电力相关工作人员已经在这方面开展研究工作，包括增加电网的可靠性、改变接地极的样式、建立大区域的接地网群等。未来，电力行业技术人员应与管道行业技术人员相互结合，从两方面共同入手，破解高压干扰防护难题。
参考文献
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[2]梁旭明,吴巾克,冀肖彤.国家电网公司直流输电工程控制保护系统运行情况分析[J].电网技术, 2005,29(23):7-10.