一种防止直流入地电流对金属管道腐蚀影响的防护方法与流程

本发明涉及高压直流输电系统对地下金属管道系统影响的领域，尤其涉及一种防止直流入地电流对金属管道腐蚀影响的防护方法。

背景技术：

随着我国电网的不断发展，高压直流输电因其在远距离大容量输电上的优势，也得到越来越广泛的应用。目前已建的直流输电工程几乎都是采用双极两端中性点接地的方式，这种方式允许采用单极大地回线运行。在单极大地回线运行方式下，直流系统会有很大的直流电流流入大地，对附近地中的金属油气管道会产生严重腐蚀，威胁管道正常运行。

目前，针对入地电流对金属管道的影响，主要有三种防护方法：1)分段绝缘法。通过将管道分段降低管道电位差，减小流经管道的电流从而减弱管道的腐蚀。此方法不仅能减弱管道的腐蚀，还能降低管地电位，但个别位置会出现反常升高情况，而且绝缘接头价格高，运维投入大，需配合其他防护措施一起使用。2)接地排流法。利用牺牲阳极的原理，用锌、镁等活动性强于铁的金属代替钢管被腐蚀。接地方式可选管道全绝缘、远端接地、全接地三种，其中全接地对入地电流造成的影响抑制的效果最好，但会缩短管道本身的阴极保护设备的保护范围，也会增大管道吸收的杂散电流。3)强制阴极电流法。该方法实际上就是阴极保护法，通过外施的直流电源强制使电流的方向流入管道，从辅助阳极流出。该方法对阴极保护设备功率要求较高，通常配合其他管道防护措施使用。各措施因其适用性不同需根据不同条件来选择，较为复杂，现提出一种通用性较强的方法对管道进行防护。

技术实现要素：

为了解决现有金属管道防护技术所存在的上述问题，本发明提供一种防止电力系统入地电流对金属管道影响的防护方法，该方法通过埋设高阻防护层，阻碍高压直流输电系统的入地电流流到金属管道表面，从而保护金属管道不受入地电流电化学腐蚀的作用，通用性强。

本发明采用以下技术方案来解决上述技术问题：一种防止电力系统入地电流对金属管道影响的防护方法，包括如下步骤：

s1、根据实际工程中直流输电接地系统参数、接地极周围管道参数、接地极周围的土壤模型等，建立接地极管道系统模型，仿真分析在未加高阻防护层时管道的泄漏电流密度的数值；

s2、根据实际工程中管道上的腐蚀情况，确定管道上的腐蚀电流大小，结合电流腐蚀管道的相关限值标准，确定需要限制腐蚀电流的倍数；

s3、从步骤s1和步骤s2中得到的无高阻防护层时管道的泄漏电流密度以及需减小的腐蚀电流数值，计算得到敷设高阻防护层后泄漏电流密度应减小到的数值；

s4、在所述接地极管道系统模型中的管道上加入高阻防护层，根据估算确定高阻防护层的电阻率及其厚度，仿真计算加入高阻防护层后管道上泄漏电流密度的数值；

s5、将步骤s4中计算得到的加入高阻防护层后管道上泄露电流密度的数值与步骤s3中泄漏电流密度应减小的数值进行对比，若两者较为接近，则将当前选择的高阻防护层的电阻率及厚度参数作为最终参数；若步骤s4所计算的数值大于步骤s3所计算的数值，则增加高阻防护层的电阻率及厚度，重复步骤s4；若步骤s4所计算的数值远小于步骤s3所计算的数值，则减小高阻防护层的电阻率及厚度，重复步骤s4。

优选地，所述接地极管道系统模型在cdegs中建立。

优选地，所述高阻防护层的电阻率及其厚度由cdegs仿真计算得到。

从以上技术方案可知，本发明首先根据实际工程参数建模，求得未加防护层时的泄漏电流密度；接着根据实际腐蚀电流大小确定高阻防护层防护倍数；然后确定加高阻层后需要限制的电流大小；再根据仿真计算得到高阻防护层的电阻率及厚度参数；比较计算得到的加入高阻防护层后管道上泄露电流密度的数值与所计算的泄漏电流密度应减小的数值是否接近，根据比较结果调整高阻防护层的电阻率及厚度。。与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

1、具有较强的适用性，能避免绝大多数管道受电力系统入地电流的影响，同时具备后期维护管理方便、维护成本低等优点。

2、通用性较强，在不同土壤条件下都能有效减少直流入地电流对金属管道的腐蚀。

附图说明

图1是直流输电接地极和管道系统模型图；

图2是高阻防护层保护金属管道的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明专利进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明防止电力系统入地电流对金属管道影响的防护方法，包括如下步骤：

s1、根据实际工程中直流输电接地系统参数、接地极周围管道参数、接地极周围的土壤模型等，在cdegs中建立接地极管道系统模型，仿真分析在未加高阻防护层时管道的泄漏电流密度的数值。

在本实施例中，根据鱼龙岭接地极与西气东输二线管道参数，建立直流输电接地极和管道系统模型如图1所示。其中，鱼龙岭接地极为φ940极环和φ700极环共同组合成的双圆环接地极，内外环埋深分别为3.5m和4m，最大允许入地电流为3470.5a。管道由两段分别长6km和14.1km的部分组成，管道与接地极最近的距离约为9km。土壤为分层土壤模型，分层土壤电阻率如表1所示：

表1分层土壤电阻率

仿真计算得到管道最大泄漏电流密度为2.9ma/m²。

s2、根据实际工程中管道上的腐蚀情况，确定管道上的腐蚀电流大小，结合电流腐蚀管道的相关限值标准，确定需要限制腐蚀电流的倍数。

本实施例根据管道防腐层缺口的典型情况，假设管道上存在一个直径d为2cm的缺口，缺口处管道电位偏移δu取最大限值100mv，则该缺口处的腐蚀电流密度j可按下式计算：

计算得到腐蚀电流密度j为0.18a/m²，根据我国电力行业相关标准《高压直流输电大地返回运行系统设计技术规定》(dl/t5224-2014)中规定，泄漏电流应小于0.01a/m²，因此需将泄漏电流减小为原来的1/18，使其满足限值标准。

s3、从步骤s1和步骤s2中得到的无高阻防护层时管道的泄漏电流密度以及需减小的腐蚀电流数值，计算得到敷设高阻防护层后泄漏电流密度应减小到的数值。

根据步骤s1和步骤s2中计算的数据，为了将腐蚀电流降低至规程范围内，需设置高阻防护层，使管道上的泄漏电流密度小于0.16ma/m²。

s4、在cdegs接地极管道系统模型中的管道上加入高阻防护层，根据估算确定高阻防护层的电阻率及其厚度，仿真计算加入高阻防护层后管道上泄漏电流密度的数值。

取高阻防护层电阻率为20kωm，厚度为1m，对管道上的泄漏电流密度进行重新仿真计算，计算得到最大泄漏电流密度为0.31ma/m²。

增设了高阻防护层的管道结构如图2所示，高阻防护层2涂覆在金属管道1外表面，各箭头3为电流方向。

s5、将步骤s4中计算得到的加入高阻防护层后管道上泄露电流密度的数值与步骤s3中泄漏电流密度应减小的数值进行对比，若两者较为接近，则将当前选择的高阻防护层的电阻率及厚度参数作为最终参数；若步骤s4所计算的数值大于步骤s3所计算的数值，则增加高阻防护层的电阻率及厚度，重复步骤s4；若步骤s4所计算的数值远小于步骤s3所计算的数值，则减小高阻防护层的电阻率及厚度，重复步骤s4。

本实施例中，由于加了该高阻防护层后最大泄漏电流密度仍不满足要求，将高阻防护层电阻率增加至41kωm，重复步骤s4，计算得到管道上最大泄漏电流密度降低至0.16ma/m²，因此选择高阻防护层电阻率为41kωm，厚度为1m。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。