王宏新

北京安科腐蚀技术有限公司

 

摘要：随着风力发电大规模发展，风电场内风机及集电线路的感应及传导电流对邻近埋地金属管道构成显著的交流干扰、腐蚀及安全风险。仅靠现行标准所规定的安全间距难以完全规避复杂地形与路由限制下的风险。本文系统阐述风电场电气系统对埋地管道的干扰机理，遵循“数据收集—建模校准—多工况分析—防护优化”的评估流程，从人身安全、管体腐蚀及防腐层耐受能力等维度量化风险，为经济有效的防护措施提供依据。案例表明，即使风机与管道间距远小于标准规定的推荐值，且管道与集电线路存在交叉并行，经专项评估后各项干扰指标均低于安全限值，无需额外防护，避免了不必要的资源浪费。

关键词：风机；集电线路；埋地管道；干扰评估；干扰防护

 

我国风电场建设呈现显著的区域集中特征，主要分布在东北、华北、西北及东南沿海地带；这些区域也是我国油气能源输送的战略大通道，形成了风电与油气能源设施在同一地理空间并存、共用能源输送走廊的典型格局。在风电场建设与运营过程中，风机及配套集电线路等电力设施可能产生泄漏电流[1]，对周边埋地金属管道造成显著的交流干扰，会加速管道腐蚀，缩短其服役寿命，还可能影响管道系统的安全运行与完整性，进而对能源输送安全和环境保护构成潜在威胁。

尽管SY/T 7854―2025《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》已对风电场设施与埋地管道之间的安全间距作出相应规定，但在实际工程中受地形、用地限制、路由规划等复杂条件制约，仅依赖间距控制往往难以完全规避干扰风险。因此，在风电场规划与设计阶段，系统开展风机及集电线路对邻近埋地管道的干扰评估，并依此制定科学、经济的防护措施，是保障两类能源基础设施长期安全稳定运行不可或缺的关键环节。本文系统分析风电场对埋地管道的干扰机理、评估内容与流程，并利用仿真计算技术对一处新建风电场设施与管道存在交叉并行的情况开展多种工况下的干扰评估，以期为风电设施与管道交叉领域的工程实践及风险管理提供技术参考。

1  风电场对埋地管道干扰分析

1.1  风电场电气系统组成

在风电场电能汇集与输送系统中，电能遵循从分散发电到集中并网的多级传输流程（图 1）。单台风力发电机组将风能转化为低压电能（通常为690 V），每台风机配套的箱式变压器将其就地升压至中压等级（通常为35 kV），以减少传输损耗；多台风机的输出通过集电线路以串联或放射状方式汇集，并接入风电场升压站的35 kV母线。在升压站内，主变压器将电压进一步提升至电网接入要求的高压等级（如110 kV或220 kV），并经由监控与保护系统确保电能质量与并网安全。升压后的电能通过专用送出线路远距离输送至公共电网的变电站，在此融入区域输配电网，最终经多级配电网络降压后分配至终端用户[2]。这一完整流程中，风机、箱式变压器及集电线路等设施是产生泄漏电流和电磁感应电流的主要源头，与邻近埋地管道之间的相互作用构成了干扰评估与防护的关键环节。

图 1 风电场电能汇集与输送全流程图

1.2  风电场杂散电流对埋地管道的干扰机理

风电场电气系统在正常运行、故障及遭受雷击时，均会在大地中产生不同程度的杂散电流。这些电流是导致邻近埋地金属管道交流干扰与腐蚀风险的根本原因[3]，其分类详述如下。

稳态电流。主要来源于集电线路，交流电流在导线周围产生交变磁场，通过电磁感应在邻近管道上产生纵向电动势。因管道防腐层具有一定的导电性，因此管道与大地之间存在过渡电阻，纵向电动势作用于管道与大地形成的回路，进一步产生纵向电流和泄漏电流，导致管道持续产生管地交流电压，发生交流腐蚀干扰风险，具有持续、小电流、长期作用的特点。这种干扰机理即感应耦合，又称为电磁感应干扰。

故障泄漏电流。故障电流泄漏路径包括集电线路杆塔、箱式变压器接地系统和风机接地系统。当集电线路短路或单相接地时，大电流经接地系统入地，形成强电场，土壤中的交流电流可以经防腐层而转移到管道上。箱变内部故障或风机电气设备对地故障时，故障电流同样通过接地网泄放，对邻近管道产生阻性耦合危害，引起地电位升高，造成瞬间危险。该干扰以阻性耦合为主，具有间歇、大电流、短时、高能量的特点。

瞬态冲击电流。主要来自雷击，雷电流经风机叶片接闪器、塔筒及基础接地网，或经集电线路杆塔接地装置入地，形成瞬态大电流泄放，可能对管道造成瞬态高压危害及导致设备损毁。该干扰以阻性耦合为主，具有瞬态、极高幅值的特点。

1.3  干扰评估的必要性

在风电场规划设计阶段，通过定量模拟故障、稳态及雷击工况下的耦合机制，开展系统性干扰仿真评估，可预测管道交流电压、电流密度及防腐层耐受电压，识别腐蚀加速、防腐层击穿等风险，为优化接地、调整路径、制定防护方案提供依据，避免后期高昂改造费用。其效益具体体现如下。

安全性：精准预测极端工况下管道沿线的接触电压分布，防范触电及防腐层击穿，从源头构筑安全防线。

经济性：事前评估的投入远低于事后治理成本，实现管道全生命周期运维成本最优。

合规性：履行国家相关标准要求，评估报告是监管证明及责任界定的重要依据。

2  核心内容与评估流程

2.1  评估内容

涵盖稳态、故障、累积三类运行工况，集电线路、风机组、箱式变压器三个评估对象，人身安全、管体腐蚀风险、防腐层完整性三项评估内容。稳态运行工况下，管道沿线持续接触电压是否超过人身安全限值，基于接触电压与土壤电阻率计算交流电流密度，判断管道本体是否超过交流腐蚀风险控制标准。故障工况下，故障电流引起的地电位升高在管道上产生的接触电压是否超过人身安全限值，管道防腐层在高电压梯度下是否可能发生击穿。雷击工况下，雷电流冲击下防腐层的瞬态耐受电压是否超过击穿阈值。   

2.2  评估流程

风电场对邻近埋地管道的干扰评估是一项系统化、分阶段的技术工作，其科学性与完整性直接关系到防护措施的有效性（图 2），始于全面的基础资料收集，涵盖风电场的电气布局、接地设计、管道的结构参数、防腐系统、路由走向，以及土壤电阻率等关键环境数据。若风电场已部分投运或周边存在其他干扰源，还需开展现场背景干扰测试，量化既有电磁环境水平，以准确评估新建项目可能产生的附加影响。

图 2 风电场对管道干扰风险评估流程示意图

在此基础上，构建包含风机、集电线路、接地装置、管道及分层大地结构的精细化仿真模型，并利用实测数据对模型进行参数校准，确保其能够真实反映系统间的电磁耦合机制。基于校准后的模型开展多工况干扰计算与评估，系统分析稳态运行、故障暂态及雷击瞬态等条件下，管道沿线的人身安全、管体交流腐蚀风险以及防腐层耐受电压。依据评估结果制定差异化、分级化的防护方案，综合考虑技术可行性、长期可靠性及全周期经济性，形成涵盖优化接地设计、管道侧施加接地排流和监测设施等综合措施建议，并明确后期监测与维护要求。该流程贯穿“数据—模型—评估—防护”的完整链条，为实现风电场与埋地管道在规划、建设与运营阶段长期兼容提供系统的技术支撑。

3  案例分析

根据相关标准规定，风力发电机组的塔筒中心与埋地钢制管道的最小水平间距宜大于轮毂高度与叶轮半径之和的1.5倍。某新建100 MW风力发电项目，风机轮毂高度为160 m，叶轮半径为110 m，计算所得最小间距要求405 m，但实际与管道间距仅为108 m，远小于规定的标准值，因此有必要进一步评估风机组对埋地管道的干扰影响。此外，风电场内的集电线路与管道存在交叉及并行敷设，交叉角度为46°，同样需要评价集电线路对埋地管道的影响。为此，基于风机和集电线路与埋地管道的位置关系，以及评估前期基础资料调研结果（图 3、表 1），采用专业评估软件对新建风电场风机和集电线路在埋地管道上产生的杂散电流影响进行了综合评估。

图 3 风电场风机和集电线路与埋地管道的位置关系图

表 1 评估前基础资料调研汇总表

从评估结果看，风机组短路故障时电流为14 kA，管道的接触电压最大值为98.84 V，低于1000 V的接触电压安全限值（图 4）；涂层耐受电压最大值为159.62 V，低于5000 V的涂层耐受电压安全限值（图 5），不需要采取干扰防护措施。

图 4 风机组短路故障工况下管道接触电压随里程分布图

图 5 风机组短路故障工况下管道涂层电压随里程分布图

集电线路稳态运行时，管道沿线接触电压最大值为1.26 V，低于15 V的安全限值（图 6）；根据该处的土壤电阻率和交流电压值，计算电流密度最大值为18.97 A/m2，低于30 A/m2，不需要采取干扰防护措施。

图6 集电线路稳态运行工况下管道沿线接触电压分布

案例中风机与管道间距不符合标准规定的推荐值，且集电线路与管道交叉并行，但经专项评估，各项干扰指标均低于安全限值，不需要额外采取杂散电流防护措施。此评估结果为工程设计与投资优化提供了科学依据，若按照常规思维对交叉并行段一律加装防护装置，将造成不必要的资源浪费。

4  总结与建议

风电场邻近埋地管道会带来不可忽视的电磁干扰与安全挑战，通过分析风机、箱变及集电线路在不同工况下的泄漏电流机理，明确其对管道造成的腐蚀加速、防腐层击穿及人身电击等多重风险。仅依赖标准规定间距难以应对现场复杂干扰，必须在项目前期主动开展系统性干扰仿真评估。按照“数据收集—模型构建—干扰评估—防护优化”的工作流程，可精准识别风险位置并提出合理防护措施。实践表明，“评估先行”可有效避免过度防护，节约工程投资，建议并积极推动以下实践。

确立评估前置原则。将系统性干扰评估作为风电场规划、选址与初步设计的强制性环节，实现“评估先行、防护同步”。

完善标准与流程。呼吁行业进一步明确和细化干扰评估的技术标准、内容要求及工作流程，提升评估工作的规范性与结果的可比性。

强化全周期管理。评估结论应指导防护措施的同步设计与施工，并建立投运后的长期监测机制，实现风险的全生命周期闭环管理。

促进跨领域协同。倡导风电与管道行业在设计、施工、运营阶段加强技术交流与数据共享，协同构建安全可靠、经济高效的能源基础设施体系。

 

参考文献：

[1]黄令松，陈焕波，李冰.风力发电机组集电线路谐波电流特性及检修方案[J].电力设备管理，2025(13)：122-124.

[2]朱永强，张旭.风电场电气系统[M].机械工业出版社，2010.

[3]赵雅蕾，陈炜，程伟，等.交流输电线路对埋地管道的耦合干扰规律数值模拟研究[J].材料保护，2025，58(1)：116-124.

作者简介：王宏新， 1992年生，硕士，高级工程师，研究方向为埋地管道腐蚀、阴极保护与杂散电流干扰相关工作。联系方式：18240128650，wanghx@ancorr.cn。