大規(guī)模、遠距離的西氣東輸、西電東送已成為我國能源運輸?shù)幕靖窬郑瑫r為了實現(xiàn)2030年前碳達峰、2060年前碳中和目標(biāo)，全社會用電量大幅度提升，預(yù)測至2050年我國總用電量將達到16萬億千瓦時。高壓直流輸電（HVDC）是一種適用于遠距離的高效輸電方式，具有輸送容量大、距離遠、效率高等技術(shù)優(yōu)勢，隨著用電量的逐步上升，高壓直流輸電工程也會大幅度增加。我國電力輸送線路與天然氣輸送管道線路存在高度重合，比如西氣東輸管道與哈密南-鄭州800 kV特高壓直流輸電系統(tǒng)的哈密接地極距離為44 km，且與管道長距離并行；500 kV貴州至廣東第二回直流輸電工程與800 kV云南至廣東特高壓直流輸電工程受端換流站共用魚龍嶺接地極，魚龍嶺接地極附近20 km范圍內(nèi)有西氣東輸管道約18 km。我國高壓直流輸電系統(tǒng)運行過程中多采用雙極系統(tǒng)，但在運行初期或發(fā)生故障和檢修時采用單極大地回路運行模式，此時大地作為一根導(dǎo)線加入到輸電系統(tǒng)中，電流從受端接地極流出，經(jīng)大地返回到送端接地極，入地電流為系統(tǒng)額定直流電流，其數(shù)值會達到幾千安培，對管道本體、防腐蝕層及管道附屬設(shè)施可能造成一定影響。

一、高壓直流接地極干擾的風(fēng)險

高壓直流接地極單極大地回路運行時，部分入地電流經(jīng)由大地被埋地管道吸收、傳遞、釋放，在此過程中可能對管道造成氫脆、防腐蝕層剝落、絕緣墊片/卡套兩端放電打火、管道設(shè)施對地直流電壓超過人體安全電壓限值（潮濕環(huán)境下為35 V）、陰極保護電源無法正常運行及管道本體腐蝕等風(fēng)險。目前，高壓直流接地極單極大地回路運行時，入地電流引起的管道瞬時腐蝕較嚴(yán)重且影響范圍廣泛，哈鄭特高壓直流輸電系統(tǒng)對西氣東輸管道的影響范圍達到400 km。當(dāng)直流雜散電流流出管道，管道失去電子，管道基體發(fā)生腐蝕。高壓直流接地極運行時，受其干擾管道瞬時腐蝕速率較大，X80鋼在廣東土壤中的腐蝕速率高達10.63 μm/h，受哈密接地極影響的烏蘭管線的腐蝕速率達0.093 mm/a，根據(jù)接地極單極運行時測得的試片腐蝕速率估算得出西氣東輸二線管道受酒泉-湖南±800 kV特高壓直流接地極影響時的腐蝕速率為0.54 mm/a，遠大于ISO 15589-1:2015規(guī)定的0.01 mm/a。由于我國高壓直流輸電系統(tǒng)建設(shè)時間短、維護得當(dāng)，單極大地回路運行累積時長短，同時與高壓直流輸電系統(tǒng)共用路由的管道建設(shè)時間也較短，故目前現(xiàn)場管體開挖的數(shù)據(jù)顯示，由高壓直流干擾造成的管體實際腐蝕嚴(yán)重的案例較少，但由于我國高壓直流輸電系統(tǒng)的容量大、額定電流大，受高壓直流接地極干擾管道面臨的風(fēng)險仍需持續(xù)關(guān)注。當(dāng)陰極保護系統(tǒng)正常運行時，微量陰極保護電流（μA/m2級別）流入管道，在高壓直流輸電接地極單極大地回路運行時，部分入地電流流入管道，致使管地電位大幅負(fù)向偏移，金屬表面發(fā)生析氫反應(yīng)，產(chǎn)生大量氫原子。大量氫原子可能使高強度鋼產(chǎn)生氫脆，從而使高壓管道存在泄漏風(fēng)險，管道鋼強度越高，管地電位越負(fù)，管材發(fā)生氫脆的可能性越大。我國管道建設(shè)起步相對較晚，但管線鋼強度等級較高，以X80鋼為代表的高強度油氣管線鋼總里程達到1.7萬公里，約是國外X80管道總長度的兩倍。有研究發(fā)現(xiàn)在-150~-50 V外加直流電壓下，X80管線鋼的氫脆敏感性先增大后減小再趨于穩(wěn)定，在-100~-80 V范圍內(nèi)達到最大。另據(jù)文獻報道，高壓直流接地極單極大地回路運行時，管地電位最高超過-200 V，若不采取防護措施，管道可能面臨氫脆風(fēng)險。陰極保護系統(tǒng)正常運行時，陰極（管道）表面將在管道/土壤界面發(fā)生陰極吸氧反應(yīng)。高壓直流接地極干擾時，大量電流流入管道，管地電位負(fù)向偏移，上述吸氧反應(yīng)加速，金屬表面氫氧根離子含量急劇增加，堿性顯著增強，這可能引起管道防腐蝕層的陰極剝離，特別是在役時間較長的管道，防腐蝕層與管道結(jié)合力減弱，防腐蝕層發(fā)生陰極剝離的可能性更大，典型的陰極剝離形貌如圖1所示。

圖1 防腐蝕層陰極剝離宏觀形貌

大量電流進入管道除了對管道本身及防腐蝕層產(chǎn)生影響，還可能引起閥室內(nèi)絕緣卡套、引壓管出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象。絕緣卡套的絕緣耐壓性能下降后，其內(nèi)部可能出現(xiàn)持續(xù)放電燒蝕。有研究表明，當(dāng)引壓管間電位差超4 V時，引壓管間存在打火放電燒蝕風(fēng)險，接地極附近管道陰極保護系統(tǒng)的恒電位儀可能出現(xiàn)部件燒蝕或運行異常。部分地區(qū)接地極對管道影響嚴(yán)重，管地電位值較大，引壓管間電位差不僅遠超4 V，存在放電燒蝕風(fēng)險，同時還遠超35 V（GB/T 3805-2008規(guī)定的潮濕環(huán)境下人體的安全電壓限值），比如華南地區(qū)某接地極對周圍管道干擾時通電電位最正至304.4 V、最負(fù)至-218.2 V，管道附屬設(shè)施及人身安全均存在安全隱患。在高壓直流接地極單極大地回路運行時，管道及其附屬設(shè)施可能面臨眾多風(fēng)險，而且當(dāng)管道防腐蝕層質(zhì)量與使用環(huán)境不同時，管道受高壓直流接地極干擾的情況也會出現(xiàn)差異，故某一地區(qū)的干擾防護經(jīng)驗無法照搬至其他地區(qū)使用，這大大提高了高壓直流干擾監(jiān)檢測的工作量。目前，對于高壓直流干擾監(jiān)檢測，最常用的方法是監(jiān)檢測管道的管地電位、腐蝕速率。主要采用試片法并結(jié)合智能電位測試儀監(jiān)測高壓直流接地極單極大地回路運行時對管地電位的影響，同時采用失重試片法測量腐蝕速率。近年來，由于油氣管道里程及高壓輸電工程的增加，管道管理方與電網(wǎng)建設(shè)方越來越重視管道與電網(wǎng)之間的相互影響，越來越多的新型方法應(yīng)用到管道及電網(wǎng)的建設(shè)中。

二、高壓直流干擾監(jiān)檢測方法

對于已建管道，目前主要監(jiān)檢測對象是受干擾管段的管地電位及腐蝕速率。通過管地電位變化情況判斷高壓直流接地極單極大地回路運行時入地電流對已建管道的干擾程度及范圍，通過腐蝕速率的大小判斷干擾的強弱，通過電位偏移方向判斷干擾電流的方向。此類測量一般采用失重試片法結(jié)合智能電位采集儀監(jiān)檢測管地電位和腐蝕速率，或采用ER腐蝕探頭測試受干擾管段的腐蝕速率。

1、高壓直流干擾檢測方法

接地極附近管道受到接地極單極大地回路運行干擾時，必然會出現(xiàn)干擾電流流入、流出管道的情況。當(dāng)電流流入管道時，管地電位負(fù)向偏移，可能導(dǎo)致管道面臨防腐蝕層陰極剝離、氫脆等風(fēng)險；當(dāng)電流流出管道時，管地電位正向偏移，可能導(dǎo)致管道發(fā)生腐蝕。測量腐蝕最直接的方法是根據(jù)內(nèi)檢測或外檢測結(jié)果進行開挖驗證，對缺陷點的尺寸進行測量并估算腐蝕速率，但此方法工程量較大，測試頻次低。目前常用方法是模擬管道的運行環(huán)境采用失重試片或ER腐蝕探頭間接測量管道的腐蝕速率。

失重試片法測量腐蝕速率

根據(jù)試片埋設(shè)前后質(zhì)量變化計算腐蝕速率，此時計算得到的腐蝕速率為平均腐蝕速率，計算公式為：v=(K·Δm)/(A·t·D)。式中：K為常數(shù)（8.76×104）；t為腐蝕試驗時間，h；A為裸露面積，cm2；Δm為試片的質(zhì)量損失，g；D為試片的密度，g/cm3。試片裸露面形狀為圓形或方形，裸露面積一般為6.5~50 cm2（交流干擾試片裸露面積為1.0 cm2），試驗周期一般不小于1年，測試樁與管道通過試片連接，同批同類試片數(shù)量以3片為宜。

ER腐蝕探頭檢測腐蝕速率

失重試片法是根據(jù)試片埋設(shè)前后的質(zhì)量損失得到腐蝕速率，屬于一次性測量平均腐蝕速率，其具有測量周期長、工程量大的缺點。ER腐蝕探頭一般用來實時、連續(xù)監(jiān)測短時內(nèi)的平均腐蝕速率。ER腐蝕探頭屬于電阻探針。其原理是采用測量元件模擬涂層缺陷，因腐蝕減薄，厚度減小，測量元件的電阻增大，通過測試測量元件的電阻變化，獲得測試管道壁厚的腐蝕量。ER腐蝕探頭可以連續(xù)測量不同時間段的平均腐蝕速率。有報道利用ER腐蝕探頭測試受哈密接地極單極大地回路運行影響管道的腐蝕速率，測量結(jié)果通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)無線傳輸至服務(wù)器，可實現(xiàn)遠程實時查看，并了解了管道在不同接地極運行模式下的腐蝕風(fēng)險。還有研究人員利用ER腐蝕探頭與國家電網(wǎng)聯(lián)合檢測了酒泉-湖南±800 kV特高壓直流接地極干擾下西氣東輸二線管道的腐蝕速率。結(jié)果表明ER腐蝕探頭測試的腐蝕速率最大為0.54 mm/a，超過ISO 15589-1:2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.01 mm/a，NACE RP0775-2018規(guī)定的0.0254 mm/a。

2、高壓直流干擾監(jiān)測方法

高壓直流接地極干擾時，一般通過監(jiān)測管道的通電電位、斷電電位，根據(jù)電位大小及變化情況判斷干擾的影響范圍以及是否有人身安全風(fēng)險。

試片法監(jiān)測直流干擾

試片法是利用陰極保護智能監(jiān)測系統(tǒng)中的智能測試樁監(jiān)測管道管地電位變化情況，并根據(jù)管地電位偏移情況判斷管道受干擾程度，根據(jù)管道沿線管地電位是否偏移確定干擾距離。

圖2為高壓直流接地極單極大地回路運行時某受干擾管道上智能測試樁的監(jiān)測數(shù)據(jù)。當(dāng)管地電位負(fù)向偏移時，可判斷此時干擾電流流入管道；當(dāng)管地電位正向偏移時，可判斷此時干擾電流流出管道。通過沿線管道管地電位是否明顯偏移，可判斷受高壓直流接地極單極大地回路運行影響的管道長度。

圖2 管道受直流干擾時管地電位變化情況

地電位梯度法監(jiān)測直流干擾

直流電流通過接地極入地后，接地極與整個大地都將呈現(xiàn)一定的電位，地電位從接地極導(dǎo)體上方的地面向遠方遞減，越靠近接地極極環(huán)，地電位等位線越密，通過監(jiān)測管道附近的地電位梯度可以判斷管道的受干擾程度。但地電位梯度易受土壤電阻率、其他干擾電流以及局部漏電或管道附近電場的影響，因此目前地電位梯度的重現(xiàn)性不好。

恒電位儀輸出監(jiān)測直流干擾

正常情況下，恒電位儀以恒電位模式運行，若受到較強的動態(tài)直流雜散電流干擾，則以恒電流模式運行，當(dāng)同時受到高壓直流接地極干擾與地鐵雜散電流干擾時，恒電位儀的自動調(diào)節(jié)功能將無法滿足抑制雜散電流干擾的需求。對于同時受到動態(tài)直流干擾和高壓直流接地極干擾的管段，一般安裝具備快速調(diào)節(jié)功能的新型智能抗干擾恒電位儀。當(dāng)高壓直流接地極單極大地回路運行時，大量電流流入管道，使管道電位負(fù)于設(shè)定值，恒電位儀就會減少輸出甚至輸出為0，當(dāng)電流流出管道，管道電位正向偏移，恒電位儀輸出顯著增加。從恒電位儀的輸出變化情況可以間接監(jiān)測高壓直流接地極的單極運行情況。

上海天然氣管網(wǎng)有限公司的某管段由于同時受到地鐵雜散電流干擾和高壓直接接地極干擾，對其安裝了新型智能抗干擾恒電位儀。當(dāng)管段受到干擾時，恒電位儀能夠快速改變輸出，對陰極保護系統(tǒng)所需電流進行調(diào)節(jié)，如圖3所示。

圖3 智能抗干擾恒電位儀電流輸出變化

由圖3可見：當(dāng)管段未受到干擾時，智能抗干擾恒電位儀輸出電流穩(wěn)定；當(dāng)附近接地極陽極運行時，若電流流入管道，管地電位負(fù)向偏移，智能抗干擾恒電位儀電流輸出迅速降低，甚至降至0；當(dāng)接地極陰極運行時，若電流流出管道，管地電位正向偏移，智能抗干擾恒電位儀迅速增加電流輸出，減緩管道的腐蝕，實現(xiàn)對管道陰極保護系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)；當(dāng)僅存在地鐵干擾時，智能抗干擾恒電位儀仍能對陰極保護系統(tǒng)的電流需求進行自動調(diào)整。

管道電流監(jiān)測直流干擾

通過監(jiān)測管道中電流變化也可以達到監(jiān)測管道是否受到明顯直流干擾的目的。傳統(tǒng)方法是采用電流測試樁得到管道電壓偏移與電流的關(guān)系，即標(biāo)定系數(shù)CF（單位是A/mV），然后根據(jù)管道受干擾時管道電壓偏移量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算得出管道電流。但隨著技術(shù)發(fā)展，目前主要采用電流環(huán)的方式直接監(jiān)測管道電流變化情況（圖4），結(jié)合無線傳輸系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠程、實時監(jiān)測管道電流變化。

圖4 電流環(huán)測試管道電流

智能遠傳監(jiān)測系統(tǒng)

2019年12月9日，國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司成立，“打造智慧互聯(lián)大管網(wǎng)”是國家管網(wǎng)集團的戰(zhàn)略目標(biāo)之一，為響應(yīng)此戰(zhàn)略目標(biāo)，各管道公司著力打造智慧互聯(lián)大管網(wǎng)，因此智能監(jiān)測系統(tǒng)也逐漸進入陰極保護領(lǐng)域。智能遠傳監(jiān)測系統(tǒng)是在試片法與ER腐蝕探頭的基礎(chǔ)上進行改進，實現(xiàn)自動監(jiān)測并把監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，服務(wù)器根據(jù)檢測得到的電參數(shù)自動判斷是否存在腐蝕風(fēng)險并提醒技術(shù)人員，智能遠傳監(jiān)測系統(tǒng)不僅減少了人工測量的工作量，還能實時提醒工程技術(shù)人員管道沿線是否存在高壓直流干擾。

三、結(jié)束語

目前，高壓直流干擾監(jiān)檢測的對象主要集中在管道本身，但對管道防腐蝕層及附屬設(shè)備的監(jiān)檢測較少，高壓直流輸電系統(tǒng)接地極單極大地回路運行時，絕緣接頭/絕緣卡套存在放電燒蝕風(fēng)險、排流設(shè)施存在燒毀風(fēng)險、防腐蝕層存在陰極剝離風(fēng)險，故高壓直流干擾監(jiān)檢測不僅要對管地電位、腐蝕速率等參數(shù)進行智能監(jiān)檢測與管理，還應(yīng)對以下設(shè)施進行監(jiān)檢測：

(1) 絕緣接頭/絕緣卡套，氣液聯(lián)動閥等容易受到直流干擾時產(chǎn)生損壞的設(shè)備；

(2) 排流設(shè)施，確保排流地床、固態(tài)去耦合器等功能是否正常；

(3) 陰極保護系統(tǒng)的電氣設(shè)施等，如恒電位儀的燒損；

(4) 防腐蝕層剝離情況，目前尚無對防腐蝕層剝離的在線監(jiān)檢測。

受到高壓直流接地極干擾管段的電位監(jiān)測主要是依靠試片法，并結(jié)合智能電位采集儀實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程傳輸，腐蝕速率的檢測主要依靠失重試片和ER腐蝕探頭，并逐步與智能監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合。面對未來復(fù)雜的高壓直流輸電系統(tǒng)與管網(wǎng)，應(yīng)逐步采用智能監(jiān)測手段對高壓直流干擾進行監(jiān)檢測，同時注重管道附屬設(shè)施的監(jiān)檢測，逐步完成“打造智慧互聯(lián)大管網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)。隨著高壓直流輸電系統(tǒng)、特高壓直流輸電系統(tǒng)的建設(shè)，受影響管段里程日益增加，管道管理方與電網(wǎng)建設(shè)方在建設(shè)前應(yīng)提前通過模擬計算的方法研究高壓直流接地極對管道腐蝕的影響規(guī)律，并提出了相應(yīng)的防護方案，做到防患于未然。

四、夢能服務(wù)與支持

1、免費樣品

如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用，請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項目：驗證油漆配套的可行性、檢驗附著力、效果圖與實際顏色的色差。

用于維修項目：驗證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補：提供少量樣品用于修補破損處。

申請用量：在1KG以內(nèi)免費送貨上門。

2、免費打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實際應(yīng)用、外觀、性能測試，請與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢能科技營銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團隊

夢能對技術(shù)服務(wù)團隊始終進行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務(wù)人員進行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進的涂裝檢驗儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時間期限進行定期校驗，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購買通道

零售：購買50kg以內(nèi)，線上購買，抖店直接下單購買。

工廠業(yè)務(wù)：長期合作、量大從優(yōu)、生產(chǎn)調(diào)試、質(zhì)量檢測、開具13%專用發(fā)票

貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項目保護。

業(yè)主、總包、設(shè)計院：提供防腐方案設(shè)計、性能檢測、施工方案、現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。

涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。