高铁运行电流对管道阴极保护干扰分析与防护措施

我国油气管道建设已进入高速发展时期，预计到2030年将达到30万公里，实现覆盖全国的油气管网。这些长输管道要穿越不同类型的土壤、湖泊、河流乃至海洋等复杂的敷设环境时，都会引起管道的腐蚀，如果腐蚀情况未被及时发现和整改，将会给社会造成巨大的经济损失和严重后果，根据统计，2010年我国由于腐蚀所造成的经济损失超过1.2万亿，其中管道腐蚀的损失占据很大比例。

在我国城市化急剧扩张的背景下，城市之间的轨道交通也在不断建设，根据国家《中长期铁路网规划》，其发展目标为：到2020年，中国铁路营业里程达到10万公里。部分铁路与油气管线并行或交叉对管道阴极保护干扰很大，其中交流杂散电流对阴保系统的干扰以及对管道腐蚀行为的研究是目前腐蚀领域研究的热点之一[1-6]。高铁列车在经过时，瞬时强大的电流会击穿附近埋地管道防腐层和管体，防腐层有漏点时，电流会流入管道影响管道的阴极保护系统和管道材料的腐蚀行为[7-14]。

某输油管线于2004年建成投产，全长119 km，管径762 mm，壁厚10 mm，设计压力6.4 MPa。所用管材为L360，无缝埋弧焊接，外防腐涂层均采用环氧粉末(FBE)，管线采用涂层和阴极保护技术联合保护体系。阴极保护站位于测试桩384#～385#之间，在测试桩385#～386#之间距385#测试桩320 m处管道与高铁交叉，交叉角度约为20°。该段铁路是在2012年投入使用，铁路运行电压为27.5 kV，之前未对管道全线交直流干扰的分布和强度进行测试。

图1 恒电位仪24 h输出电压测试数据 Fig.1 24 h output voltage parameter of rectifier

图2 管道阴保电位CIPS检测结果 Fig.2 CIPS detection of the pipeline potential

表1 恒电位仪正常和实际输出参数 Table 1 Normal and actual output parameters of rectifier

Parameter Normal output Actual output Output voltage/V Output current/A Grounding resistance/Ω 11.5 7.3 5.0 2.66 Given potential/V-1.25-1.25 0.27 0.27

1 测试方法

在检测管道是否受直流干扰之前，首先要确定恒电位仪是否输出正常，利用Fluke298或uDL Data Logger对正在进行工作的恒电位仪的输出电压24 h监测，从源头判断其是否受到干扰。利用CIPS对管道进行电位测试，可判断沿线管道是否受到直流杂散电流干扰，同时也可对管道阴极保护的有效性作出评估。

在沿线管道测试桩处，利用数字万用表对重点管段的交流电压连续测量24 h，了解交流杂散电流对管道的干扰时间和幅值，分析其干扰程度和分布规律。

土壤的腐蚀性与其电阻率有很大关系，采用Zc-8接地电阻测试仪对阴保站和测试桩附近的土壤电阻率进行测试，而后通过交流密度估算公式对该区段管道的交流干扰程度和腐蚀倾向作出评估。

在实验现场，通过对杂散电流方向的判断，确定对测试桩385#和386#管段采取排流保护措施。目前国内外普遍应用的交流干扰防护措施是采用固态去耦合器和接地底床的方式，固态去耦合器通AC，隔DC，可以有效将瞬间干扰电压控制在允许值之内。为了探究不同接地地床以及固态去耦合器对排流效果的影响，特进行以下实验研究。

2 测试结果与分析

2.1 保护电位测试

我一生都不喜欢吃挂面，可不善炊事的我只能吃这种简易的吃食。吃挂面的时候，我会想起那一大家子人：不顾一切斗殴，摔家什和歇斯底里的叫骂声。分了家之后，他们彼此再也没有来往。平静得让人心慌。有时候我是想回到过去的生活当中去。

采用数字万用表对正在进行工作的恒电位仪的输出电压进行24 h检测，其检测数据曲线如图1所示。测试结果表明，恒电位仪的输出电位在-1.25 V左右波动，波动幅度不大，处于正常的输出状态。

把长度为100 m的铜线和锌带分别埋到测试桩385#和386#处，且与管线方向平行，距离3 m，深度1.5 m，二者之间的距离1.5 m，如图6所示。分别测量只有固态去耦合器1、只有固态去耦合器2、以及固态去耦合器1和2同时运行时管道的最高交流电压，测量结果如表4。

2.1.2 管道阴保电位测试 利用CIPS对测试桩385#～386#之间管段进行管地电位检测，测试结果如图2所示。结果表明：测试桩385#～386#之间的管段的断电电位均在-0.85 V～-1.2 V之间，说明该管段处于正常的阴保范围之内，受直流杂散电流干扰较小。

(1) 图1中甲、乙两位同学设计的食谱，较合理的是____________，其中富含淀粉的食物是____________。

2.2 交流电压测试

由于该管段与高铁交叉，所以考虑交流杂散电流对管道的影响。经测试，测试桩385#和386#所在位置的土壤为碱性，根据标准规定交流电压超过10V即存在交流干扰。利用Fluke289分别对测试桩385#和386#进行24 h交流电压连续性检测记录，如图3和图4，其中385#检测时间是第1 d下午2:45至第2 d下午2:45；386#检测时间是第1 d下午3:05至第2 d下午3:05。

相反，在《南方与北方》中，男主角桑顿的财富来自他个人的辛勤劳动。他的母亲桑顿太太坚持住在嘈杂的工厂附近支持儿子，说：“我可没有变得那么高雅，想把我儿子财富和力量的来源忘掉”[2]。虽然桑顿先生也出身富贵，年轻时接受过良好的教育，使他在忙于生意时仍不忘向玛格丽特的父亲——黑尔先生进行学习，但他的父亲除了债务，什么财产也没有留下。“他的父亲疯狂地做投机买卖，生意失败便自杀了”[2]，但桑顿先生凭借着自己的努力，“给自己挣得了这样的一个地位”[2]。

2.3.1 土壤电阻率测试 采用Zc-8接地电阻测试仪，分别对测试桩385#和386#以及阴保站附近土壤电阻率进行了测试，测试结果以及土壤腐蚀等级分类见表2。

2.1.1 恒电位仪输出电压测试 该阴保站设有福建三明PS-1LC型恒电位仪一台，正常和实际工作的输出参数见表1。

图3 测试桩385#交流电压24 h检测值 Fig.3 24 hAC voltage detection value on 385#

图4 测试桩386#交流电压24 h检测值 Fig.4 24 hAC voltage detection value on 386#

图5 列车经过时,交流电压变化曲线 Fig.5AC voltage change curve when train passes

表2 土壤电阻率以及腐蚀性 Table 2 Soil resistivity and corrosive

Magnification scale I2/I1 Electrode spacing a·m-1 Data of the dial R Soil Resistivity/Ω·m ρ=2πaRI2/I1 Serial Number 385#386#CP station 2 2 2 1 1 1 1.60 1.81 1.50 20.10 22.73 18.84 Corrosive grade Common Common Strong

2.3 交流密度测试

测试结果表明：测试桩385#位置的交流电位最大值为16.5 V，最小值为0.08 V，平均交流电压为9.8 V；测试桩386#位置的交流电位最大值为13.5 V，最小值为0.06 V，平均交流电压为8.1 V。两测试点都有相同的规律：交流电压值高于10 V的时间段主要集中在白天，这与高铁列车运行的时刻表相吻合，当列车处在该区段时，交流电压就有一个脉冲值，当列车逐渐靠近直至远离，干扰由增强、减弱到消失，见图5。可见虽然该位置段的管道的交流干扰为间歇干扰，但由于该高铁运行次数多，间歇时间短，而且干扰电压幅值变化快和变化大，同时具有时间累积效应，所以该管段处管道交流干扰较为严重。

其次，需要建立科技创新的法律保护。科技创新过程中需要投入大量人力、物力、财力，调研、科研成果的展现及经济效益的取得需要较长时间，因此对知识产权的保护是科技创新的根本保障。陕西省2014—2016年专利授权数量呈现稳定增长，建立和完善一系列法律制度是必要措施，同时专利技术的转化率需要进一步提高，这也是促进科技创新驱动区域协调发展的要求[4]。

参照土壤的腐蚀性与土壤电阻率分级标准，测试桩385#和386#以及阴保站的管段沿线土壤电阻率在20 Ω·m左右，腐蚀性强。

2.3.2 交流密度估算 根据《GB/T 50698-2011埋地钢质管道交流干扰防护技术规范》，当管道上的交流干扰电压不高于4 V时，可不采取交流干扰防护措施，高于4 V时，应采用交流电流密度进行评估。分别计算测试桩385#和386#处的交流电流密度，其中平均交流电压按照高铁运行时段进行计算，计算结果和干扰程度如表3所示。

由表3中计算得到的各个测试桩处的交流电流密度值可以看出，385#和386#测试桩处交流电流密度值较大，应当考虑优先及时地采取适当措施进行缓解和控制。

2.4 腐蚀评价

通过对恒电位仪输出电压测试以及管道消除IR降后的阴保电位的测试，可以判断出所测试长度的管道几乎未受到直流杂散电流的干扰，且在有效的阴保范围内，所以排除由直流杂散电流引起的腐蚀的情况。

表3 交流电流密度计算结果和干扰程度 Table.3AC current density calculation results and interference degree

Testing piles Soil resistivity/Ω·m AverageAC voltage/V AC current density/A·m-2Degree ofAC interference 385#386#20.10 22.73 9.8 8.1 109.9 80.3 Strong Medium

无论是从所测试的交流电压还是对交流密度计算的结果，都可以判断出测试桩385#与386#段管道受到交流杂散电流的干扰，依据行业标准，干扰程度属于强级别，存在人身安全威胁。参考欧洲标准DIN CEN/TS 15280-2006可知，当IAC/IDC＞10时，发生交流腐蚀的可能性较大[15]，计算该交叉段的交流密度和保护电流密度，二者比值远大于10，所以管道发生交流腐蚀的可能性很大，建议采取排流保护措施。

2.5 排流措施

目前，基础工业工程课程教学多以理论授课为主，偶有一些应用案例分析，教学中普遍存在着教材案例陈旧、学生对教学的参与度少和对课程的重要性认识肤浅等问题。

根据该恒电位仪为大约50 km的管道提供阴极保护，因此可以由IDC=i0/(πDL)大致估算出管道阴保电流密度。其中：IDC为评估的直流电流密度A/m2；i0为阴保电流(A)；D为管道直径(mm)；L为管道长度(km)。可以计算求得该管线平均保护电流密度为2.22×10-5A/m2。

从上表可以看出，当固态去耦合器连接铜线或锌带时，对缓解管道交流电压有较明显的效果，使用锌带比铜线排流效果更好，当两个测试桩同时安装使用时，管道的最高交流电压已降低至6 V，管道交流密度小于10A/m2，处于可控的范围之内。

图6 阳极地床与固态去耦合器安装示意图 Fig.6 Schematic diagram of the installation anode bed and AC drainage device

表4 不同状态下管道的最高交流电压 Table 4 Pipeline maximumAC voltage under different state

Solid coupler 1 2 1 and 2 Anode bed Copper wire Zinc belt Copper wire Zinc belt Copper wire Zinc belt 385#9.01 7.36 12.5 8.94 8.22 5.87 386#12.38 9.89 9.31 6.78 8.74 6.01

3 结论

(1)对高铁附近的阴保站恒电位仪进行24 h监测，发现输出电压波动幅度不大，处于正常的输出状态，同时利用CIPS对沿线管道的阴保电位测试，发现该管段在正常的阴保范围内，说明阴保站和管道受直流杂散电流干扰较小。

选取我院2016年1月～2018年6月诊疗的94例高脂血症患者，随机分为试验组与对照组各47例。其中男54例，女40例。年龄51～78岁。所有患者治疗前停用降脂药4周以上，同时肝肾功能正常。经t检验，两组患者在年龄、病程上差异无统计学意义，具有可比性。经x2检验性别上比较；差异无统计学意义（P＞0.05）。

(2)分别对靠近高铁的测试桩385#和386#进行24 h交流电压连续性检测记录，发现管道所受交流电压的变化与高铁列车运行的时刻表相吻合，当列车处在该区段时，交流电压就有一个脉冲值，当列车逐渐靠近、经过直至远离，干扰电压逐渐增强、减弱到消失，干扰电压幅值变化快和变化大，对管道安全存在较大的威胁。

让学生学会自觉独立阅读文本，是教师根本任务之一，也是开卷有益课文辅导的重要教学目标。学生在学习此类文章时，立足于提高自身的自学能力，充分发挥学生主体与教师主导的作用，借助文本特点来吸引学生兴趣，让学生从不同的角度，用不同的方法去阅读。从而养成良好的学习习惯，培养自主的学习行为，教给学生正确的学习方法、提高其学习能力。我结合多年的教学实践认为小学语文开卷有益课文教学要认真做到“三抓”。

(3)分析管道所受的交流电压和交流密度测试结果，可以发现测试桩385#与386#段管道受到强级别的交流杂散电流干扰，管道发生交流腐蚀的可能性很大，亟需采取排流保护措施。

(4)利用固态去耦合器连接铜线或锌带，其对缓解干扰交流电压有一定的效果，锌带在排流方面比铜线较好，多个固态去耦合器同时使用时，排流效果更明显，最高交流电压降低50%，管道交流密度小于10A/m2，符合相关规定的要求。

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