呂 智

（中石化江漢石油工程設(shè)計(jì)有限公司，湖北?武漢?430000）

為了滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中日益增長的用電需求，建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為核心的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)已成為電力建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，同時(shí)由于能源需求飛速增長，輸油輸氣管道建設(shè)也以前所未有的速度在全國各地展開[1]。目前路上的土地可用資源逐漸減少，且架空線路已錯(cuò)綜復(fù)雜，因此輸電線路逐漸向埋地電纜轉(zhuǎn)移[2，3]。與架空線路相同，交變的埋地電纜會(huì)對鄰近的金屬管道產(chǎn)生電磁干擾，使得管道上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，破壞管道防腐層甚至威脅作業(yè)人員安全[4-6]。因此，討論埋地電纜與金屬管道電磁耦合的干擾特性十分必要。

建立埋地電纜與鄰近金屬管道的電磁干擾仿真模型，討論了不同電壓等級、并行長度和并行間距對管線干擾的影響規(guī)律。

1 電磁干擾模型的建立

本研究建立的仿真模型包括3個(gè)計(jì)算域，分別為電纜、土壤及管道，本部分模擬的目標(biāo)管道與電纜處于平行敷設(shè)。管道選用10英寸API-5L X52鋼管道，導(dǎo)體外半徑為273 mm，導(dǎo)體內(nèi)半徑為259 mm，相對電阻率為10，相對磁導(dǎo)率為300。管道防腐層采用3層的聚乙烯，電阻率為5000 Ω·m，厚度是8 mm，管道埋地深度為2.5 m。電纜的模型包括纜芯、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層以及外護(hù)套，電纜中心距離土壤表面2.5 m，電纜的電壓等級分別設(shè)置為33 kV、66 kV和132 kV，載流量分別為445 A、926 A和1200 A。

當(dāng)管道與輸電線路平行時(shí)，管道與輸電線路的位置如圖1所示。

圖1 ??管道與電纜的位置示意圖

2 電磁耦合計(jì)算

2.1 電纜不同運(yùn)行電壓下管道產(chǎn)生的感應(yīng)電壓

當(dāng)管道與電纜并行長度為1000 m，并行距離為10 m時(shí)，改變電纜運(yùn)行的載流量，可以得到管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和縱向電流，對比圖如圖2所示。

圖2 ??電纜不同運(yùn)行電壓下管道產(chǎn)生的感應(yīng)電壓

由仿真結(jié)果可知，當(dāng)管道與埋地電纜平行時(shí)，管道上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，管道電壓同樣呈對稱折線分布，兩端處最高，在管道中點(diǎn)最低。管道上的最大感應(yīng)電壓隨著電纜運(yùn)行電壓的升高而逐漸增大。

2.2 改變管道與電纜的水平間距

取電纜運(yùn)行電壓為132 kV，其運(yùn)行載流量為1200 A，當(dāng)管道與電纜并行長度為1000 m時(shí)，改變管道與電纜中心的距離，得出在不同水平間距情況下，管道上所產(chǎn)生的最大感應(yīng)電壓與縱向電流，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 ??不同平行間距下管道上產(chǎn)生的最大管道感應(yīng)電壓、縱向電流

根據(jù)表1可以畫出并行間距與管道上最大電壓的關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3 ??管道最大感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流與并行間距的關(guān)系

由表1和圖3可知，當(dāng)管道與電纜并行長度為1000 m時(shí)，隨著管道與線路中心的距離增大，管道上最大感應(yīng)電壓逐漸減小，最終趨于穩(wěn)定。

2.3 改變管道與線路的并行長度

取電纜運(yùn)行電壓為132 kV，電流為1200 A，當(dāng)管道距離線路中心10 m時(shí)，改變管道與輸電電纜的并行長度，得出在不同并行長度情況下，管道上所產(chǎn)生的最大感應(yīng)電壓與縱向電流，數(shù)據(jù)如表2所示。根據(jù)表2可以畫出管道最大感應(yīng)電壓與并行長度之間的關(guān)系曲線，如圖4所示。

表2 ??不同平行長度下管道上產(chǎn)生的最大管道感應(yīng)電壓、縱向電流

圖4 ??管道最大感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流與并行長度的關(guān)系

由表2和圖4可知，管道上感應(yīng)電壓隨著并行長度的增大而迅速增大，然后增長速度緩慢減小，最終趨于穩(wěn)定，并行長度再增大，管道感應(yīng)電壓也沒有大幅度的變化。電纜干擾下管道上最大感應(yīng)電壓隨并行長度的變化趨勢與架空線路相同。

3 結(jié)????論

為了研究埋地電纜對金屬管道電磁干擾的影響，本文采用CDEGS軟件建立電纜-油氣管道的電磁仿真模型，討論了不同因素對管道上感應(yīng)電壓和縱向電流的影響規(guī)律，得到的主要結(jié)論如下：

（1）當(dāng)埋地電纜與管道處于同一走廊時(shí)，管道產(chǎn)生感應(yīng)電壓，電壓呈軸對稱分布，兩端高中間低。

（2）埋地電纜對金屬管道的電磁干擾隨著并行間距的增加呈現(xiàn)逐漸顯小，最終趨于穩(wěn)定的趨勢。

（3）其他條件相同時(shí)，隨著并行長度的增加，埋地電纜對金屬管道的電磁干擾呈現(xiàn)緩慢增大，最終穩(wěn)定的趨勢。