王成香1  赵刚2

1.山东省天然气管道有限责任公司； 2.新疆煤制天然气外输管道公司

杂散电流是指在规定的电路或意图电路之外流动的电流，是一种因外界条件影响而产生的电流。杂散电流通过金属管道流动时，将会在管道上形成腐蚀电池，其腐蚀作用比自然腐蚀强烈得多，可造成管壁腐蚀，导致穿孔泄漏，甚至燃烧或者爆炸事故。目前电气化铁路、高压输电线与天然气长输管道交叉伴行情况比较普遍，所产生的杂散电流导致管道保护失效，造成的危害逐渐显现。因此，开展杂散电流干扰测试工作就显得尤为重要。

1 测试前准备

杂散电流干扰分为直流和交流杂散电流。直流干扰源有直流电气化铁路、电车装置、直流电网、电话电缆网络、直流电解装置、电焊机及其它构筑物阴极保护系统等；交流干扰源有高压交流电网和交流电气化铁路设施等。在正式测试前，必须对管道所处环境进行调查，摸清带来杂散电流干扰的主要因素，重点需要对以下几方面进行调查。

1.1 高压输电系统

（1）管道与高压输电线路的相对位置关系。（2）接地系统的类型（包括基础）及与管道的距离。（3）高压线等级等参数。（4）区域内发电厂（变电站）的设置情况。

1.2 电气化铁路

（1）铁轨与管道的相对位置关系。（2）牵引变电所位置，铁路沿线高压杆塔的位置与分布。

1.3 管道情况

（1）管道外径、壁厚、材质、敷设情况及地面设施等资料。（2）管道防腐层绝缘电阻率、防腐层类型和厚度。（3）管道已有阴极保护和防腐设施的运行参数及运行状况。（4）相邻管道或其他埋地金属构筑物干扰腐蚀与防护技术资料。（5）管道目前已有的交流排流设施的参数及位置。

2 杂散电流测试

2.1 土壤电阻率测试

（1）测试范围。同时在进行交流干扰电压测试位置和拟建排流地床的位置进行土壤电阻率测试。

（2）测试方法。采用等距法测量从地表至深度为a（1.3～1.5倍管道埋深）的平均土壤电阻率。

（3）测量步骤。

①在测量点使用接地电阻测量仪（常用仪器为ZC-8，误差不大于3%），采用四极法进行测试，测量接线见图 1。

②将测量仪的四个电极以等间距a布置在一条直线上，电极入土深度应小于a /20。

③转动接地电阻测量仪的手柄，使手摇发电机达到额定转速，调节平衡旋钮，直至电表指针停在黑线上，此时黑线指示的度盘值乘以倍率即为接地电阻值，记录土壤电阻R值。

④将a ， R 值代入平均土壤电阻率计算公式（1），从地表至深度为a的平均土壤电阻率

 

式中： ρ 为测试点从地表至深度a土层的平均土壤电阻率，Ω·m； a为相邻电极的距离， m； R为接地电阻仪示值，Ω。

2.2 交、直流电位普查测试

初步调查干扰形式（直流干扰/交流干扰）及分布情况，为详细测试提供依据。用Fluke289型万用表或数据记录仪采用地表参比法测量管道对地通电电位和管道交流感应电压。每测试桩5分钟交直流普测，记录交直流普测最大值、最小值、平均值。

（1） 管 地 通 电 电 位 测 试 测 试 标 准 ：GB-T 21246―2007 《埋地钢质管道阴极保护参数测量方法》，本项目中管地通电电位可参考管线CIPS通电电位的的检测结果。

①测量前，应确认阴极保护运行正常，管道已充分极化。

②将硫酸铜电极放置在管顶正上方地表的潮湿土壤上，应保证硫酸铜电极底部与土壤接触良好。

③电位测量时管道连线见图 2。

④将电压表调整到适当的档位，记录电位读数，同时要记录电压表连线极性。

（2）管道交流感应电压测试

测试标准： GB/T 50698―2011《埋地钢质管道交流排流保护技术标准》。

测量仪表应具有防电磁干扰性能。参比电极可采用钢棒电极、硫酸铜电极。采用钢棒电极时，其钢棒直径不宜小于16 mm，插入土壤深度宜为100 mm。参比电极应竖直布置，与埋地金属管道之间的距离应大于10 m。每次测试时，参比电极位置宜保持一致。参比电极设置处，地下不应有冰层、混凝土层、金属及其他影响测试的物体。土壤干燥时，应湿润地面。按图 3接好测试线路，然后直接记录测试值。

2.3 直流干扰专项检测

由管线直流电位的普查结果，结合管线CIPS通断电电位的检测结果，分析不同管段上直流杂散电流的情况以及相关性，选取重点检测的工具方法。根据测试结果，对重点干扰区段提出防护建议。对于管道直流干扰严重位置或管道直流电位变化剧烈管段，进行长时间电位检测，采用uDL2监测管道的通电电位、试片的断电电位，试片的直流电流等相关数据，按照图 4进行接线，设置仪器的数据记录频率和记录时间。

检测完成后将数据导出至电脑，通过专用软件导出电位数据，绘制电位曲线，通过相关数据来判断 管道受干扰的程度，分析管道阴保系统有效性。对于埋地管道动态直流杂散电流干扰风险的评价，目前主要参考澳大利亚标准AS 2832.1―2015《Cathodicprotection of metals, Part1: Pipes and cables》，该标准对地铁杂散电流干扰下阴极保护管线的风险评价做了如下规定。

（1）根据本准则评价牵引电流的影响时，必须记录足够长时间的电位以确保包含最大程度的杂散电流的影响。这个时间段包括早晚用电高峰，一般为20小时。如果用数据记录仪检测电位，采样频率至少为4次/min。

（2）从管道极化电位偏移的角度对动态直流杂散电流干扰下阴极保护管道的干扰风险规定见表 1。

2.4 交流干扰专项测试

对存在大于4 V的持续交流干扰电压的管道区域，依据国标GB/T 50698-2011，测试交流干扰电流密度。

（1）探头法或试片法

采用极化探头或试片测试交流电流密度，利用标准电阻测量管道和试片间的连接电缆中的交流电流，除以测试试片的面积，即为交流电流密度(图 5)。

（2）计算法

交流电流密度也可根据上面交流电压测试结果，按公式（2）计算：

式中： i 为评估的交流电流密度， A/m2； V 为交流干扰电压有效值的平均值， V； ρ 为土壤电阻率，Ω·m； d 为破损点直径， m。

其中ρ 值应取测试点处与管道埋深相同的土壤电阻率实测值， d 值按发生交流腐蚀最严重考虑，取0.0 113。

结合以上数据，通过计算或实测得到交流电流密度，判断腐蚀风险。管道受交流腐蚀风险可按表 2确定。对于交流电流密度大于30 A/m 2的位置应重点关注。

对于交流干扰电压剧烈波动或交流干扰严重管段，进行24 h交流干扰电压监测。按照图 6的接线方式连接，记录管道的24 h交流电压。根据管道沿线土壤电阻率、交流电压大小及波动情况，评价交流干扰的严重程度。

3 结论及建议

（1）结论。通过对所有测试数据综合分析，干扰风险为“弱”，则在合理调配阴保设施、改善阴保 系统输出、保持干扰段监控的情况下不需要进一步采取专项排流措施；干扰风险为“中”及以上时，宜采取排流措施。

（2）建议。排流应选择在土壤潮湿、电阻率低且容易征地的位置施工，同时参考GB/T 50698―2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》，排流方式宜采用固态去耦合器+排流地床方式进行。为规避固态去耦合器故障时接地体对管道阴保产生不利影响，排流地床应使用锌牺牲阳极材料。为避免管道受到瞬态的直流及交流杂散电流干扰，宜每3 km安装一处智能测试桩，对于干扰集中区域进行加密安装，实时监控管道的通断电电位与交流干扰状况。

 

作者：王成香，山东省天然气管道有限责任公司，从事生产调度工作。