大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的西氣東輸、西電東送已成為我國(guó)能源運(yùn)輸?shù)幕靖窬?，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和目標(biāo)，全社會(huì)用電量大幅度提升，預(yù)測(cè)至2050年我國(guó)總用電量將達(dá)到16萬億千瓦時(shí)。高壓直流輸電（HVDC）是一種適用于遠(yuǎn)距離的高效輸電方式，具有輸送容量大、距離遠(yuǎn)、效率高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，隨著用電量的逐步上升，高壓直流輸電工程也會(huì)大幅度增加。我國(guó)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(zhǎng)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(guó)高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中多采用雙極系統(tǒng)，但在運(yùn)行初期或發(fā)生故障和檢修時(shí)采用單極大地回路運(yùn)行模式，此時(shí)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(huì)達(dá)到幾千安培，對(duì)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(xiǎn)

高壓直流接地極單極大地回路運(yùn)行時(shí)，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(duì)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(duì)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(hù)電源無法正常運(yùn)行及管道本體腐蝕等風(fēng)險(xiǎn)。目前，高壓直流接地極單極大地回路運(yùn)行時(shí)，入地電流引起的管道瞬時(shí)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(duì)西氣東輸管道的影響范圍達(dá)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(yùn)行時(shí)，受其干擾管道瞬時(shí)腐蝕速率較大，X80鋼在廣東土壤中的腐蝕速率高達(dá)10.63 μm/h，受哈密接地極影響的烏蘭管線的腐蝕速率達(dá)0.093 mm/a，根據(jù)接地極單極運(yùn)行時(shí)測(cè)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(shí)的腐蝕速率為0.54 mm/a，遠(yuǎn)大于ISO 15589-1:2015規(guī)定的0.01 mm/a。由于我國(guó)高壓直流輸電系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間短、維護(hù)得當(dāng)，單極大地回路運(yùn)行累積時(shí)長(zhǎng)短，同時(shí)與高壓直流輸電系統(tǒng)共用路由的管道建設(shè)時(shí)間也較短，故目前現(xiàn)場(chǎng)管體開挖的數(shù)據(jù)顯示，由高壓直流干擾造成的管體實(shí)際腐蝕嚴(yán)重的案例較少，但由于我國(guó)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(xiǎn)仍需持續(xù)關(guān)注。當(dāng)陰極保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，微量陰極保護(hù)電流（μA/m2級(jí)別）流入管道，在高壓直流輸電接地極單極大地回路運(yùn)行時(shí)，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(qiáng)度鋼產(chǎn)生氫脆，從而使高壓管道存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)，管道鋼強(qiáng)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(guó)管道建設(shè)起步相對(duì)較晚，但管線鋼強(qiáng)度等級(jí)較高，以X80鋼為代表的高強(qiáng)度油氣管線鋼總里程達(dá)到1.7萬公里，約是國(guó)外X80管道總長(zhǎng)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(dá)到最大。另據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，高壓直流接地極單極大地回路運(yùn)行時(shí)，管地電位最高超過-200 V，若不采取防護(hù)措施，管道可能面臨氫脆風(fēng)險(xiǎn)。陰極保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，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(shí)，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(qiáng)，這可能引起管道防腐蝕層的陰極剝離，特別是在役時(shí)間較長(zhǎng)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(jìn)入管道除了對(duì)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(shí)，引壓管間存在打火放電燒蝕風(fēng)險(xiǎn)，接地極附近管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的恒電位儀可能出現(xiàn)部件燒蝕或運(yùn)行異常。部分地區(qū)接地極對(duì)管道影響嚴(yán)重，管地電位值較大，引壓管間電位差不僅遠(yuǎn)超4 V，存在放電燒蝕風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還遠(yuǎn)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(duì)周圍管道干擾時(shí)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(yùn)行時(shí)，管道及其附屬設(shè)施可能面臨眾多風(fēng)險(xiǎn)，而且當(dāng)管道防腐蝕層質(zhì)量與使用環(huán)境不同時(shí)，管道受高壓直流接地極干擾的情況也會(huì)出現(xiàn)差異，故某一地區(qū)的干擾防護(hù)經(jīng)驗(yàn)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(cè)的工作量。目前，對(duì)于高壓直流干擾監(jiān)檢測(cè)，最常用的方法是監(jiān)檢測(cè)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(cè)試儀監(jiān)測(cè)高壓直流接地極單極大地回路運(yùn)行時(shí)對(duì)管地電位的影響，同時(shí)采用失重試片法測(cè)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(cè)方法

對(duì)于已建管道，目前主要監(jiān)檢測(cè)對(duì)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(yùn)行時(shí)入地電流對(duì)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(qiáng)弱，通過電位偏移方向判斷干擾電流的方向。此類測(cè)量一般采用失重試片法結(jié)合智能電位采集儀監(jiān)檢測(cè)管地電位和腐蝕速率，或采用ER腐蝕探頭測(cè)試受干擾管段的腐蝕速率。

1、高壓直流干擾檢測(cè)方法

接地極附近管道受到接地極單極大地回路運(yùn)行干擾時(shí)，必然會(huì)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(shí)，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(xiǎn)；當(dāng)電流流出管道時(shí)，管地電位正向偏移，可能導(dǎo)致管道發(fā)生腐蝕。測(cè)量腐蝕最直接的方法是根據(jù)內(nèi)檢測(cè)或外檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行開挖驗(yàn)證，對(duì)缺陷點(diǎn)的尺寸進(jìn)行測(cè)量并估算腐蝕速率，但此方法工程量較大，測(cè)試頻次低。目前常用方法是模擬管道的運(yùn)行環(huán)境采用失重試片或ER腐蝕探頭間接測(cè)量管道的腐蝕速率。

失重試片法測(cè)量腐蝕速率

根據(jù)試片埋設(shè)前后質(zhì)量變化計(jì)算腐蝕速率，此時(shí)計(jì)算得到的腐蝕速率為平均腐蝕速率，計(jì)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(yàn)時(shí)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(yàn)周期一般不小于1年，測(cè)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(cè)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(cè)量平均腐蝕速率，其具有測(cè)量周期長(zhǎng)、工程量大的缺點(diǎn)。ER腐蝕探頭一般用來實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)短時(shí)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(cè)量元件模擬涂層缺陷，因腐蝕減薄，厚度減小，測(cè)量元件的電阻增大，通過測(cè)試測(cè)量元件的電阻變化，獲得測(cè)試管道壁厚的腐蝕量。ER腐蝕探頭可以連續(xù)測(cè)量不同時(shí)間段的平均腐蝕速率。有報(bào)道利用ER腐蝕探頭測(cè)試受哈密接地極單極大地回路運(yùn)行影響管道的腐蝕速率，測(cè)量結(jié)果通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)無線傳輸至服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看，并了解了管道在不同接地極運(yùn)行模式下的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。還有研究人員利用ER腐蝕探頭與國(guó)家電網(wǎng)聯(lián)合檢測(cè)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(cè)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(cè)方法

高壓直流接地極干擾時(shí)，一般通過監(jiān)測(cè)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(xiǎn)。

試片法監(jiān)測(cè)直流干擾

試片法是利用陰極保護(hù)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的智能測(cè)試樁監(jiān)測(cè)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(yùn)行時(shí)某受干擾管道上智能測(cè)試樁的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。當(dāng)管地電位負(fù)向偏移時(shí)，可判斷此時(shí)干擾電流流入管道；當(dāng)管地電位正向偏移時(shí)，可判斷此時(shí)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(yùn)行影響的管道長(zhǎng)度。

圖2 管道受直流干擾時(shí)管地電位變化情況

地電位梯度法監(jiān)測(cè)直流干擾

直流電流通過接地極入地后，接地極與整個(gè)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(yuǎn)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(cè)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(chǎng)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(cè)直流干擾

正常情況下，恒電位儀以恒電位模式運(yùn)行，若受到較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾，則以恒電流模式運(yùn)行，當(dāng)同時(shí)受到高壓直流接地極干擾與地鐵雜散電流干擾時(shí)，恒電位儀的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能將無法滿足抑制雜散電流干擾的需求。對(duì)于同時(shí)受到動(dòng)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(yùn)行時(shí)，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(huì)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(cè)高壓直流接地極的單極運(yùn)行情況。

上海天然氣管網(wǎng)有限公司的某管段由于同時(shí)受到地鐵雜散電流干擾和高壓直接接地極干擾，對(duì)其安裝了新型智能抗干擾恒電位儀。當(dāng)管段受到干擾時(shí)，恒電位儀能夠快速改變輸出，對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)所需電流進(jìn)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(shí)，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(yùn)行時(shí)，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(yùn)行時(shí)，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(shí)現(xiàn)對(duì)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)；當(dāng)僅存在地鐵干擾時(shí)，智能抗干擾恒電位儀仍能對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的電流需求進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

管道電流監(jiān)測(cè)直流干擾

通過監(jiān)測(cè)管道中電流變化也可以達(dá)到監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)管道電壓偏移量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)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(cè)管道電流變化情況（圖4），結(jié)合無線傳輸系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道電流變化。

圖4 電流環(huán)測(cè)試管道電流

智能遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2019年12月9日，國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司成立，“打造智慧互聯(lián)大管網(wǎng)”是國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)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(cè)系統(tǒng)也逐漸進(jìn)入陰極保護(hù)領(lǐng)域。智能遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在試片法與ER腐蝕探頭的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并把監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，服務(wù)器根據(jù)檢測(cè)得到的電參數(shù)自動(dòng)判斷是否存在腐蝕風(fēng)險(xiǎn)并提醒技術(shù)人員，智能遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅減少了人工測(cè)量的工作量，還能實(shí)時(shí)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(cè)的對(duì)象主要集中在管道本身，但對(duì)管道防腐蝕層及附屬設(shè)備的監(jiān)檢測(cè)較少，高壓直流輸電系統(tǒng)接地極單極大地回路運(yùn)行時(shí)，絕緣接頭/絕緣卡套存在放電燒蝕風(fēng)險(xiǎn)、排流設(shè)施存在燒毀風(fēng)險(xiǎn)、防腐蝕層存在陰極剝離風(fēng)險(xiǎn)，故高壓直流干擾監(jiān)檢測(cè)不僅要對(duì)管地電位、腐蝕速率等參數(shù)進(jìn)行智能監(jiān)檢測(cè)與管理，還應(yīng)對(duì)以下設(shè)施進(jìn)行監(jiān)檢測(cè)：

(1) 絕緣接頭/絕緣卡套，氣液聯(lián)動(dòng)閥等容易受到直流干擾時(shí)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(hù)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(duì)防腐蝕層剝離的在線監(jiān)檢測(cè)。

受到高壓直流接地極干擾管段的電位監(jiān)測(cè)主要是依靠試片法，并結(jié)合智能電位采集儀實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，腐蝕速率的檢測(cè)主要依靠失重試片和ER腐蝕探頭，并逐步與智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合。面對(duì)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(cè)手段對(duì)高壓直流干擾進(jìn)行監(jiān)檢測(cè)，同時(shí)注重管道附屬設(shè)施的監(jiān)檢測(cè)，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(jì)算的方法研究高壓直流接地極對(duì)管道腐蝕的影響規(guī)律，并提出了相應(yīng)的防護(hù)方案，做到防患于未然。

四、夢(mèng)能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對(duì)我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請(qǐng)樣品試用，請(qǐng)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(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

用于維修項(xiàng)目：驗(yàn)證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。

申請(qǐng)用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門。

2、免費(fèi)打樣

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

3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)

夢(mèng)能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢(mèng)能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，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(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購(gòu)買通道

零售：購(gòu)買50kg以內(nèi)，線上購(gòu)買，抖店直接下單購(gòu)買。

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

貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項(xiàng)目保護(hù)。

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

涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。