高哲 常骏 牛文花

北京安科腐蚀技术有限公司

 

摘要：本文概述了智能电位测试桩在埋地管道杂散电流干扰监测方面的应用。在介绍智能电位测试桩的结构组成、工作原理、安装方式、监测数据类型及其核心优势基础上，给出了城市轨道交通动态直流电流、地磁、潮汐、高压直流接地极、交流输电线路、交流电气化铁路等不同干扰类型以及干扰类型叠加的混合干扰的典型电位图。研究表明，智能电位测试桩可以实现对多种干扰类型的有效监测，并提出了未来发展建议。为管道阴极保护系统有效运行和管道安全管理提供参考。

关键词：埋地管道；智能电位测试桩； 干扰监测； 直流干扰； 交流干扰

 

埋地管道作为石油、天然气等重要能源的主要传输载体，其安全稳定运行对于保障能源供给和社会经济发展至关重要。埋地管道在服役过程中受机械破坏、热应力、土壤应力及自身老化等因素的影响，其外防腐层难免会出现缺陷，管体面临局部腐蚀的风险，而阴极保护系统是广泛应用的外腐蚀控制措施之一[1]。随着高压长距离输电网络及配电网络越来越密集、电气化铁路网和城市直流轨道交通系统的不断建设，杂散电流干扰成为管道安全运行的重大威胁[2]。应用智能电位测试桩作为阴极保护系统主要的监测装置，可实时分析判断埋地管道的阴极保护和杂散电流干扰监测数据，对管道的风险管控及防护措施的实施调整提供重要的参考依据。

1  概述

智能电位测试桩用于对管道的通电电位、断电电位、交流电压及交/直流电流密度等参数进行高频次监测并实现数据远程传输和控制，与普通测试桩的核心区别在于功能维度的“自动化、智能化” 升级，可自动实时采集数据并自动传输至云服务器，实现本地+云端双存储，实现智能预警+自动报警功能，具有远程监控功能。智能电位测试桩无需人员现场手工采集数据，弥补了无法实时采集数据的不足，在掌握现场实时测量数据后，便可根据电位（或电流等数据）的波动情况分析出现场是否有杂散电流干扰，受到何种类型的干扰，以便进一步采取防控措施。

2  智能电位测试桩结构组成

智能电位测试桩主要由测试桩桩体、智能电位采集仪主机及埋地部件组成，其中埋地部件可以采用一体式极化探头或分离式参比电极和埋地试片（根据实际情况按需安装）。

2.1  安装方式

智能电位测试桩安装分为地上与地下两部分。地上主要为桩体、智能电位采集仪、电池、天线；地下主要为长效参比电极和埋地试片。一般将试片埋于管底至1/3管径深处，各自间距50 cm以上，试片中心与管壁净距离10 cm～30 cm，确保试片的金属裸露部分与土壤充分接触[2]。回填部分土壤后，在试片上方安装长效参比电极。桩体立于附近，需浇筑混凝土以固定。

2.2  工作原理

智能电位测试桩融合了灵敏的电化学传感技术、数据采集与处理、无线通讯及迅速发展的云网络技术。通过ADC（模数转换器）将采集到的模拟信号转换为数字信号，通过4G或北斗模块将数据实时上传至系统平台[1]。通过系统平台或现场蓝牙调试，可对设备的采集频率、运行状态等参数进行调整。监测的数据类型有：管道通电电位、试片断电电位、自腐蚀电位、交流电压、交/直流电流（交/直流电流除以试片面积即可得到交/直流电流密度）等参数。通过这些数据，便可对管道的阴极保护状况、直流干扰和交流干扰进行分析评价。

3  智能电位测试桩监测应用

管道受到的杂散电流干扰主要来源于用电、输电工程系统中的交、直流电流和大地中自然存在的地电流，以交流和直流干扰为主，具有多源性特征。目前已知主要的直流干扰源有直流轨道交通系统、高压直流输电系统、阴极保护系统、直流电焊机及大地电流等，主要的交流干扰源有交流输电线路及交流牵引电气化铁路等。以下介绍主要杂散电流干扰特征及典型电位图。

3.1  城市轨道交通动态直流干扰

在地铁进出站时，牵引变电站提供的部分直流电通过钢轨流入土壤，进入附近的管道破损点，从而影响到管道的阴极保护电流，电位图上呈现一定幅度的正负波动（图 1）。从图中可明显观察到杂散电流对电位干扰的典型特征为白天的早高峰和晚高峰时段电位波动剧烈，其他时段电位波动减轻，深夜地铁停运时段电位波动消失。

图 1 某管段受地铁干扰影响的电位图 

3.2  地磁干扰

地磁干扰主要具备以下特点：电位无规律波动，受地磁暴影响的电位波动不仅持续存在，并且波动幅度随着地磁暴等级的增加而增大；异地电位同步变化，地磁干扰对埋地金属结构物都会产生影响（图 2）。

图 2 某管段受地磁干扰影响的电位图 

3.3  潮汐干扰

潮汐干扰的典型特征有：管道电位向阳极和阴极方向偏移；管道电位特征峰周期为12小时，与潮汐活动的周期一致。在渤海湾、北部湾、东海附近管道上均监测到了这类干扰（图 3）。

图 3 某管段受潮汐干扰影响的电位图 

在部分地区，还会出现多种干扰类型叠加的情况，如潮汐与地铁的混合干扰、潮汐与地磁的混合干扰。

（1）潮汐加地铁干扰。在部分含有地铁的沿海城市，牵引电流与潮水涨落引起的杂散电流共同对埋地管道造成影响。在电位图上表现为既存在潮汐干扰的波峰波谷特征，又存在受地铁干扰时白天电位波动剧烈、夜间电位平稳的特征（图 4）。

图 4 某管段受潮汐与地铁干扰影响的电位图 

（2）潮汐加地磁干扰。在有地磁暴发生时，一些高纬度沿海地区还可监测到地磁与潮汐的叠加干扰。2025年8月19日发生地磁暴期间，某管段电位图除了有潮汐干扰的特征外，还受地磁暴影响电位持续波动（图 5）。

图 5 某管段受潮汐与地磁干扰影响的电位图 

3.4  高压直流接地极干扰

高压直流输电系统单极大地回路运行时（一般为投运初期、检修或故障排查时），大量的电流通过大地回流，因此会对附近的管道造成明显的干扰[3]。高压直流干扰具有偶发性、不可预知性、难以捕捉和影响范围广的特点，智能电位测试桩只有通过高频采集才可实现对干扰范围和强度的监测。当与管道接近的高压直流接地极以阳极模式运行时，管道通电电位负向偏移，远离接地极位置的管道通电电位正向偏移。相反，当与管道接近的高压直流接地极以阴极模式运行时，管道通电电位正向偏移，远离接地极位置的管道通电电位负向偏移。如某管段受到接地极检修产生的高压直流干扰时的电位图（图 6），该干扰持续13天，通过分布的智能电位测试桩监测发现，一侧接地极干扰范围达500公里，另一侧接地极干扰范围达100公里。

图 6 某管段受高压直流干扰影响的电位图 

3.5  交流输电线路干扰

通过观察智能电位测试桩采集的交流电压和交流电流密度便可识别交流输电线路干扰。观察某管段这两个参数随时间变化的分布特点。交流电压和交流电流密度都以日为单位呈现“峰—谷”周期性波动，这就是典型的由交流输电线路引起的稳态交流干扰（图 7）。

图 7 某管段受交流输电线路干扰影响的电压及交流电流密度图

3.6  交流电气化铁路干扰

管道上产生的交流电压和交流电流密度数据曲线波动剧烈，而且有明显的脉冲式尖峰，这与交流电气化铁路的电力牵引供电回路采用直接供电方式密切相关，属于动态交流干扰（图 8）。

图 8 某管段受交流电气化铁路干扰影响的交流电压及交流电流密度图

4  结论与建议

（1）智能电位测试桩可以实现对城市轨道交通动态直流电流、地磁、潮汐、高压直流接地极、交流输电线路、交流电气化铁路等多种干扰类型的有效监测。在部分地区，还会出现多种干扰类型叠加的情况，如潮汐与地铁、潮汐与地磁等的混合干扰，建议关注及监测。

（2）通过对智能电位测试桩运行参数的设置，可以实现对阴极保护数据的高频采集和日常采集。对于干扰段管道，建议至少每10分钟采集一次数据，确保精准捕获杂散电流干扰的瞬时变化与持续特征。

（3）智能电位测试桩极大地提高了对埋地管道杂散电流干扰监测的及时性和准确性，有助于及时发现管道阴极保护系统出现的问题，降低因干扰导致的管道腐蚀泄漏风险，提升埋地管道的安全运行水平。

同时，建议优化提升以下几个方面。

加强数据深度分析与整合。构建功能更强大的数据管理平台，将智能电位测试桩传输回来的数据与地理信息系统（GIS）、管道历史运行数据等进行深度融合分析。通过挖掘数据之间的潜在关联，不仅能更全面地了解管道沿线干扰分布情况，还能预测干扰发展趋势，为制定科学合理的防护策略提供有力支持。例如，结合管道周边地质环境数据与干扰监测数据，分析不同地质条件下各类干扰的影响规律。

建立干扰防护协同机制。推动与电力、铁路等相关部门建立信息共享与协同防护机制。对于交流输电线路干扰、交流电气化铁路干扰等涉及多部门设施的干扰问题，共同开展联合监测与研究，制定统一的干扰防控标准和应急预案。当出现干扰异常情况时，能够及时沟通协调，采取联合行动，通过快速沟通协调与联合处置，保障管道及相关设施的安全运行。

 

参考文献：

[1]牛文花，陈少松，吝彭彭，等.阴极保护智能监控系统在城市燃气管道干扰监测中的应用[J].城市燃气，2024(09)：1-5.

[2]徐承伟，陈瑞瑞，张荣，等.不同类型杂散电流对管道干扰波动规律特征[J].材料保护，2025，58(03)：155-163.

[3]田中山，路民旭.成品油管道腐蚀控制技术及应用[M].北京：科学出版社，2021.

作者简介：高哲，1997年生，本科，运维工程师，现从事智能阴极保护系统运行维护、故障诊断、数据分析等工作。联系方式：15091189008，gaoz@ancorr.cn。