梁盼望 杨力 蒋少波

摘  要：针对架空交流输电线路与管道共走廊，管道受高压线路电磁干扰影响进行分析，结果表明，当架空线路与管道距离过近时，架空线路对管道存在稳态影响，包括人身安全影响、泄漏电流等，以及暂态影响，包括短路及雷击时的感应电压等，并给出了可信、有效的限值。可采用电磁干扰分析软件CDEGS进行理论分析，当交流线路对管道的交流干扰超标时，可采用目前最新、最有效的梯度控制线防护方法。

关键词：埋地管道;干扰影响;稳态影响

0    引言

随着中国经济的快速发展，为减少占用土地资源，输电线路与石油管道、交通设施、通信设施共用廊道的问题日益凸显，在输电线路正常运行和发生故障时，会在临近的空气和土壤中产生感应交流电磁场，从而产生交流干扰电流（电压），会对附近的金属管道及触摸管道的工作人员造成电击伤害，感应产生较高的管道涂层电压会使管道涂层性能劣化，极端情况下甚至会发生击穿，加快管道的腐蚀，损坏绝缘法兰及整流设备。另一方面，许多事实已证明过大的管道涂层缺陷交流漏电流密度会加速金属管腐蚀，交流电流密度引起腐蚀问题已成为研究人员讨论的焦点、热点之一。因此，当高压输电线路与管道共走廊时，研究管道受高压线路的电磁干扰影响十分必要。

1    交流干扰机理

低频时电力线路对邻近设施的电磁干扰其机理通常分为三类：电感性干扰、传导性干扰、电容性干扰。

1.1    电感性耦合（稳态影响）

导体中的电感性干扰来自于平行导体之间的交流电流，干扰水平随着两导体之间距离和夹角的减小而增强，并随土壤电阻率、通电导体中承载的电流大小和频率的增加而加剧。在线路稳态运行时，电感性电磁干扰为主要干扰。在输电线路与油气管线共用廊道时，被感应金属线路（油气管线）中的感应电压可达几百伏。当电力线路中有几百安培的电流流过时，即使与接地系统相连，被感应管线的电感性干扰电位仍可达几十伏。这一感应电压会在管线对地之间产生电压，可能使人受到电击或危及设备安全性和保护系统完整性。

1.2    传导性耦合（暂态影响）

输电线路发生单相接地故障时，会有很大的故障电流经故障结构（包括线路杆塔及接地系统）流向大地，临近杆塔的土壤电位会相应升高。若埋地油气管线的涂层电导性差，接地不好，管道本身的电位较低，管线和埋设地土壤之间就会存在一定的电位差，这种电位差也就是管道传导耦合干扰。传导耦合的大小受土壤电阻率影响很大，传导耦合的幅值随着离开故障结构距离的增加而衰减，但衰减的速度取决于土壤的结构。通常，油气管线将同时承受电感性耦合和传导性耦合。

1.3    电容性耦合

电容性耦合是由通电的架空输电线路和接地不良的平行辐射金属管路之间的电位梯度差异产生的。这些管路一般是地面上的油气管线，如果金属管路埋于地中，电容性干扰就可以忽略不计。

2    影响分类及限值

2.1    长时间作用下人体接触的安全电压

一般认为，长时间作用下人体接触的安全电压可以分为15 V、33 V和60 V三个等级。其中美国NACE SP0177标准规定的限值最为严格，为15 V。其次，《特低电压（ELV）限值》（GB/T 3805—1993）规定的限值为33 V，考虑的是在干燥环境下人体长时间能够承受的安全电压程度，且该标准指出，该限值不针对特定专业人群。《电信线路遭受强电线路危险影响的容许值》（GB 6830—1986）规定，强电线路正常运行时，在通信线路上感应的纵电动势容许值为60 V。我国铁道行业标准《交流电气化铁道对油（气）管道（含油库）的影响容许值及防护措施》（TB/T 2832—1997）规定：“交流电气化铁道接触网在正常运行状态下，管道相对大地的电压差容许值为60 V。”

2.2    管道涂层故障情况下的安全电压

在欧洲，管道允许的短时涂层电压最大限值为5 000 V，小于该值时可不采取接地措施。

在北美（NACE SP0177—2007），管道允许的短时感应最大电压限值为1 000～5 000 V，小于该值时可不采取接地措施。

根据调查，国内目前已建成的管道，其防腐层一般分为3类——石油沥青、塑料及环氧粉末、3层PE覆盖层，目前国内新建的大型管道均采用3层PE覆盖层的技术方案。国内相关部门曾对3层PE防腐层做过工频耐压试验，结果表明，其耐压限值能达到57 kV。

2.3    管道交流腐蚀限值

欧洲标准EN 15280中，使用交流/直流（AC/DC）电流密度比来衡量交流腐蚀可能性，指出只要该比值低于阈值，阳极金属氧化就会被直流电流抑制，因而交流腐蚀就不会发生。该限值為交流电流密度（有效值）低于30 A/m2。

2.4    管道雷击安全限值

武汉大学高压实验室发布的《输电线路接地系统对地下金属管道的影响研究》中提供的数据显示：熔结环氧粉末（FBE）防腐层金属管道在工频情况下，耐受电压为14～15 kV，雷电冲击耐受电压为28 kV;三层聚乙烯（3PE）的防腐层金属管道的工频耐受电压为57 kV，雷电冲击耐受电压为109 kV。3    分析计算方法简介

3.1    土壤参数的确定

鉴于管道沿线的土壤电阻率测量数据信息获取难度大，结合输电线路沿线土壤电阻率测量数据，采用均匀土壤模型，并确定电气等效土壤电阻率。

3.2    建模及分析

为了得到准确的计算结果，可采用国际上最先进、最权威的电磁干扰分析软件CDEGS进行理论分析。根据输电线路及管道参数，采用CDEGS软件中的MultiFields软件包（电磁场法）建立计算模型，可确保分析结果的准确性和可靠性。

4    防护技术简介

为保证在高电压等级交流输电线路正常运行和短路故障情况下邻近管道系统的安全性，国外已经制定了相关规范和标准，各种工程设计必须严格遵循相应的规程。国内相关的标准和制度也正在制定和完善中，并逐步开始使用，但如何结合实际工程实施进行电磁干扰安全性研究，并定量分析计算各主要参数对结果的影响，在国内还处于起步阶段。

要把对邻近设施的交流干扰水平降低到安全限值以下，就必须设置可靠有效的防护装置。目前存在多种防护技术，如集中接地、消压线等，这些方法后来被认识到不但昂贵而且常常无效，甚至还会造成危险。

当前，梯度控制线是最新、最有效的防护方法。梯度控制线（网）主要由平行埋设在管道周围并有规律地与管道相连的一根或多根裸锌导体组成，可以为管道提供良好的接地，从而降低管道的电势，还可以抬高管道周围附近大地的电势，这样管道与附近大地之间的电压差就降低了。总之，对感性干扰和传导性干扰，它都可以大大降低接触电压和管道护层电压。

5    结语

本文针对架空交流输电线路与管道共走廊，管道受高压线路的电磁干扰影响进行分析，结果表明，当架空线路与管道距离过近时，架空线路对管道存在稳态影响及暂态影响。当线路稳态运行时，管道涂层电压人体安全影响限值为60 V，管道泄漏电流限值30 A/m2。暂态时，短路故障管道涂层电压限值5 000 V，雷击故障管道涂层电压限值109 kV。可采用电磁干扰分析软件CDEGS进行理论分析，当交流线路对管道的交流干扰超标时，可采用目前最新、最有效的梯度控制线防护方法。

收稿日期：2020-07-03

作者简介：梁盼望（1984—），男，陕西兴平人，硕士研究生，高级工程师，从事架空输电线路设计工作。