白晶

摘要：固態(tài)去耦合器已經(jīng)在國內(nèi)的管道設(shè)計中得到了應(yīng)用，做為交流減緩技術(shù)，固態(tài)去耦合器還可有效消除交流感應(yīng)電壓而不引入雜散電流或者流失陰極保護電流。本文介紹了去耦合器的一些基本特性與設(shè)計理念。

關(guān)鍵詞：去耦合器、管道、交流干擾、減緩

中圖分類號：TE988.2

1、前言

隨著經(jīng)濟的騰飛與基礎(chǔ)設(shè)施的大量興建，大量的高等級輸電線路與電氣化鐵路的建設(shè)，不可避免的與管道交叉或者平行，許多地區(qū)管道與電氣化線路共用同一公共走廊，這些情況，必然會通過磁性感應(yīng)在管道上感應(yīng)出交流電壓，同時，當(dāng)高壓輸電線路遭遇雷擊或者發(fā)生故障時，還會對管道產(chǎn)生阻性干擾。目前在許多新建管道上，操作人員在操作閥門時，經(jīng)常有帶電打手的現(xiàn)象，主要是由于交流干擾引起的。如果管道上感應(yīng)的交流電壓過高，可能會影響設(shè)備及人員的安全，影響管道的正常運行，因此，在交流干擾較強的地段有必要采取交流減緩方式。

2、國內(nèi)常用的交流排流方式

目前，國內(nèi)常用的管道交流的排流方式目前主要有以下幾種：

直接排流：這種方式是將被干擾管道與排流地床用導(dǎo)線直接連接起來，地床材料為鋼材等，地床的接地電阻應(yīng)小于管道的接地電阻。這種排流法最簡單經(jīng)濟，對于無陰極保護的管道可優(yōu)先采用。而對于有陰極保護的管道，由于保護電流可以通過排流地床流失，不但使陰極保護失效，而且增加了陰極保護設(shè)備的輸出。

犧牲陽極排流：這種方式是采用鎂、鋁、鋅等電位較鋼鐵負(fù)的犧牲陽極材料作為排流地床。這種方法也可以用在有陰極保護的管道，并可向管道提供部分的陰極保護電流。缺點是造價通常很高，需要定期更換；只能在土壤電阻率較低的地區(qū)使用；犧牲陽極在強電流作用下會被損壞或發(fā)生極性反轉(zhuǎn)，損壞的陽極將不能起到有效的屏蔽和排流作用；極性反轉(zhuǎn)的陽極其電位由負(fù)變正，會造成管道上的陰極保護電流通過陽極大量流失。

鉗位式排流1：目前，大量采用的箝位式排流法的基本線路見圖l。為便于說明，均以管道對某點的電位來描述。這種方式是在排流回路中串入二極管元件，有正、副臂的二極管元件，當(dāng)交流電壓為上正下負(fù)時，整流模塊ZLl導(dǎo)通，管道對地電壓為正0.7 V（二極管有0.7 V的起始導(dǎo)通電壓）；當(dāng)交流電壓為上負(fù)下正時，整流模塊ZL2導(dǎo)通，管道對地電壓為-1.4 V，最終結(jié)果是管道對地電壓的平均值為-0.35 V（以上是理論計算結(jié)果，實際上由于排放電流的大小不同，最終結(jié)果有一定的偏差）。

但是這種排流方式如下缺點：

1）可能引入雜散電流，在某輸氣管道的鉗位式排流，從接地極流入管道的電流1.6A。這種效應(yīng)類似于雜散電流在排流點流入管道。

2）其經(jīng)過二極管后并不是標(biāo)準(zhǔn)的直流，在正半個周期內(nèi)管道對地為正電位，負(fù)半軸內(nèi)管地電位為負(fù)，測得的-0.35 V，也并只是一個平均值，其對陰極保護的影響未知。在秦京線上發(fā)現(xiàn)，在交流電經(jīng)過二極管后，雖然直流電位也負(fù)向偏移，但與管道連接的試片仍發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。

3、去耦合器排流技術(shù)

3.1去耦合器技術(shù)簡介

去耦合器作為隔直通交的一種設(shè)施，去耦合器設(shè)置了一導(dǎo)通閥值，當(dāng)電壓超過該閥值時，直流阻擋打開，該設(shè)施即自動切換到短路模式，提供過壓保護。當(dāng)直流過壓保護完成后，自動切換到阻直模式。當(dāng)電壓低于閥值電壓時，允許交流電流通過而不允許直流電流通過。一般情況下，導(dǎo)通閥值通常以A/B模式表示，其中A是負(fù)的阻止電壓，B是正的阻止電壓。標(biāo)準(zhǔn)配置閥值為-2V/+2V，也可根據(jù)實際情況進行設(shè)定。-2V/+2V閥值可滿足大多數(shù)的情況，因為去耦合器兩端的電壓差值一般情況下遠(yuǎn)低于此值。當(dāng)閥值為對稱的-2V/+2V時，對去耦合器與管道和接地極的連接方式?jīng)]有要求。

3.2去耦合器特點

去耦合器具有以下特點：

1）可有效減緩交流雜散電流干擾，在陰極保護的電位范圍內(nèi)，不會流失陰極保護電流或者引入雜散電流。

2）去耦合器排流方式對接地材料的要求較低，只要接地電阻滿足相關(guān)要求，即可有效排流。

3）去耦合器具有較好的抗雷電與故障電流沖擊性能。去耦合器能對設(shè)備進行過交流故障、雷電和開關(guān)暫態(tài)過程的過電壓保護，可用于絕緣接頭兩側(cè)代替極化電池。

4）在減緩穩(wěn)態(tài)的感應(yīng)電壓時，其可通過的穩(wěn)定交流電為45安培。

3.3去耦合器在國內(nèi)的初步應(yīng)用

去耦合器首次引入我國大約是在2007年的管道建設(shè)中，設(shè)計部門一般會在高壓輸電線路桿塔與管道臨近的位置，安裝去耦合器。目的是在高壓線發(fā)生故障或者遭遇雷擊時，沿著桿塔流入大地的故障電流或者雷擊電流，會對管道產(chǎn)生阻性干擾，這些干擾可能擊穿防腐層，持續(xù)時間較長可能燒穿管壁，引起事故。安裝去耦合器可及時排除這些電流引起的管道電壓升高，避免對設(shè)備或者人員造成傷害。

4、去耦合器應(yīng)用實例

4.1概況

管道建設(shè)過程中，在管道與高壓輸電線路桿塔臨近的位置均安裝了去耦合器裝置，去耦合器接地材料均為裸銅線，交流排流設(shè)備采用固態(tài)去耦合器（+2V/-2V 型）；排流接地地床采用截面面積為Φ35mm2規(guī)格的裸銅線，裸銅線的長度按照接地地床埋設(shè)位置的土壤電阻率和此位置處管道的接地電阻共同決定。通常，接地地床的接地電阻應(yīng)小于 2Ω。該工程中裸銅線除了可做為接地極外，還可在異常情況下，做為屏蔽線（每處約 300m）作為接地極和屏蔽線使用，裸銅線與管道平行敷設(shè)，平行間距為 1m；裸銅線的埋深與管道底部等高。使用銅做為接地材料有如下優(yōu)點：1）良好的導(dǎo)電性，能提供較低的接地電阻；2）銅的活性相對較低，具有較強的抗腐蝕性，壽命較長。但是銅做接地極時，不能與鋼管直接接觸，否則容易產(chǎn)生電偶腐蝕。圖2為典型的去耦合器安裝圖。

4.2測試內(nèi)容

對秦京管道多處的去耦合器性能進行了測試，測試點均位于高壓輸電線路與管道交叉的位置，現(xiàn)場測試點均存在一定程度的交流干擾，干擾主要是由于高壓輸電線路引起的感性干擾，干擾為穩(wěn)定的持續(xù)干擾。

測試的主要內(nèi)容共包括：

1）分別測量排流器開啟后的交流排流電流、直流排流電流、交流電位、直流電位。

2）排流器斷開后的交流電位、直流電位、排流設(shè)施的接地電阻、管道的接地電阻、接地材料的自然電位。

3）考察改變接地極的材料與接地電阻，分別考察接地材料為鋼釬與銅釬時，對管道直流電位的影響。

4）交換管道、接地極與去耦合器的連接點，考察交直流電位的變化情況。

4.3測試結(jié)果

此外，還對去耦合器的作用距離進行了初步研究，研究發(fā)現(xiàn)，單一的去耦合器雖然能降低排流點附近的交流電壓，但卻能使得排流點遠(yuǎn)處（與接地電阻與土壤電阻率有關(guān)）附近的電壓升高，部分管段甚至升高較大。因此在管道的交流排流中，應(yīng)綜合現(xiàn)場的干擾情況，有原則的采用去耦合器，才能達(dá)到交流減緩的要求。

4、結(jié)束語

綜合以上，去耦合器主要有以下特點：

1）去耦合器可有效減緩交流雜散電流干擾，在陰極保護的電位范圍內(nèi)，不會流失陰極保護電流或者引入直流雜散電流。

2）去耦合器排流方式對接地材料的要求較低，只要接地電阻滿足相關(guān)要求，即可有效排流。一般情況下，廢舊的犧牲陽極，套管，其他的接地材料等都可作為接地極。需要注意的是，接地極不能連接到高壓輸電線路的桿塔接地上，因為在雷電或者高壓輸電故障時，容易將故障電流引至管道。

3）去耦合器具有較好的抗雷電與故障電流沖擊性能。

4）由于安裝一個去耦合器排流設(shè)施后，會影響交流電壓的重新分布，因此，建議排流實施應(yīng)采取分布設(shè)計與施工，輔以同步測試的方法，根據(jù)排流后確定下一個排流點的施加位置，這樣可做到有的放矢，有效投資。

鑒于去耦合器排流技術(shù)的上述優(yōu)點，可在管道的交流干擾減緩中推廣應(yīng)用。