我國資源儲備與能源需求存在地區(qū)分布不平衡的現(xiàn)象，客觀上需要在大范圍內(nèi)進行能源的長距離轉(zhuǎn)移以及優(yōu)化配置，因此高壓直流輸電工程和油氣管道工程日益得到蓬勃發(fā)展。

我國自20世紀80年代引入高壓直流輸電技術(shù)，30多年來建成大容量直流輸電工程36個，總?cè)萘窟_120.81 GW，無論從輸送容量或是輸電距離而言，我國都已成為直流輸電第一大國。然而，由于地理環(huán)境的限制，埋地油氣管道與高壓直流電系統(tǒng)會不可避免地發(fā)生靠近，甚至存在管道與輸電線路共用能源走廊的情況，高壓直流輸電工程對管道的潛在威脅與干擾腐蝕問題逐漸暴露。

當高壓直流（HVDC）輸電系統(tǒng)按正常工況雙極運行時，不平衡入地電流僅為額定運行電流的1%左右，幾十安培的雜散電流雖然對幾千米外的管道干擾不明顯，但其累計效應(yīng)不可忽視。

高壓直流輸電系統(tǒng)在投運初期、年度檢修以及故障排查時均采用單極大地返回運行方式，上千安培的電流經(jīng)接地極流入大地，會對附近的埋地金屬管道及構(gòu)筑物產(chǎn)生明顯的雜散電流干擾。相比其他直流干擾，高壓直流干擾具有干擾電流更大、管道受干擾強度更高和影響范圍更廣的典型特征，不僅會造成埋地金屬管道腐蝕，還給人員、設(shè)備帶來嚴重的安全隱患。

近年來，高壓直流接地極放電干擾埋地金屬管道的問題受到了廣泛關(guān)注。在國內(nèi)建成的直流輸電工程中，已經(jīng)出現(xiàn)了多起接地極放電造成周邊埋地金屬管道發(fā)生嚴重腐蝕的案例。但是目前關(guān)于高壓直流干擾對埋地金屬管道影響的認識仍存在較大局限性，室內(nèi)試驗與仿真計算結(jié)果對現(xiàn)場實際干擾程度的指導(dǎo)尚存在不足，迫切需要從干擾腐蝕機理、危害與影響因素等方面進行深入研究，明確高壓直流干擾的檢測方法及評價標準，并針對高壓直流干擾問題提出有效的防控措施。

1   高壓直流干擾腐蝕機理及危害

對金屬管道而言，高壓直流接地極放電后，大量電流流入大地，因埋地金屬管道的電阻相比大地電阻更低，管道的“集流效應(yīng)”匯集了地中電流，并且直流電流具有穩(wěn)定、衰減比低的特征，管道內(nèi)雜散電流會沿管道流動，最終從電阻相對較低的防腐蝕層破損點流出。

管道吸收、傳遞、釋放電流的具體位置取決于管道與接地極的相對位置、電流極性以及所處環(huán)境。當接地極陽極放電時，雜散電流從接地極流向土壤，并在近接地極處流入管道，在遠離接地極區(qū)域流出；相反，當接地極陰極放電時，電流從大地流向接地極，雜散電流從近接地極區(qū)域管段流出，在遠離接地極處流入。

雜散電流從管道上流出的區(qū)域為陽極區(qū)，該區(qū)域管段發(fā)生腐蝕，防腐蝕層存在缺陷的管道還可能發(fā)生穿孔，對應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)如下：

Fe→Fe2++2e-

在中性或堿性環(huán)境中，還會發(fā)生如下反應(yīng)：

Fe2++2OH-→Fe(OH)2

4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

Fe(OH)3不穩(wěn)定，會轉(zhuǎn)化為赤色腐蝕產(chǎn)物羥基氧化鐵（FeOOH）、黑色腐蝕產(chǎn)物水合氧化鐵（Fe2O3·3H2O），或經(jīng)脫水后轉(zhuǎn)化為黃褐色氧化鐵（Fe2O3）。

雜散電流流入的區(qū)域為陰極區(qū)，對應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)如下：

O2+2H2O+4e-→4OH-

陰極區(qū)管段雖不存在腐蝕風險，但局部區(qū)域pH升高，當防腐蝕層存在漏點時，在高壓直流接地極放電導(dǎo)致的負電位下陰極區(qū)會發(fā)生析氫反應(yīng)，堿性電解質(zhì)會降解聚合物防腐蝕涂層，造成管道防腐蝕層的“陰極剝離”，繼而導(dǎo)致管道在后續(xù)服役過程中腐蝕加劇，該現(xiàn)象在受陰極保護的管道上更加嚴重。對于高強度及硬度的管材（如高鋼級管材X80鋼等），以及焊縫、彎頭處受加工工藝影響形成組織劣化的高硬度區(qū)，高壓直流負向干擾對其氫脆敏感性的影響不可忽視。

此外，在高壓直流輸電系統(tǒng)實際運行工況條件下，接地極放電極性、持續(xù)時間、時間間隔具有不確定性，因此管道的近端與遠端都存在腐蝕、防腐蝕層剝離和氫脆等風險。不僅如此，當距離較近的后建接地極進行相同極性放電時，若存在時間重疊，還會對管地電位偏移量產(chǎn)生累加效應(yīng)。

在人員與設(shè)備安全方面，應(yīng)考慮管道金屬電位與所處大地電位的差值導(dǎo)致的人身接觸電壓。當管道、測試樁電纜等其他與管道電氣連通的構(gòu)件與近地的電位差超過GB/T 3805-2008《特低電壓（ELV）限制》規(guī)定的穩(wěn)態(tài)接觸電壓限制（35 V）時，可能會對測試人員造成人身安全傷害。同時，高壓直流接地極放電還會造成非等電位連接設(shè)備之間電位差過大，且可能影響陰極保護設(shè)施的正常運行。

目前已報道的高壓直流干擾造成的不同形式的危害包括閥室處絕緣卡套放電燒蝕、測試樁和站場的跨接線燒毀、恒電位儀內(nèi)部元件燒毀、恒電位儀無法正常運行、固態(tài)去耦合器燒毀、極性排流元件損壞、犧牲陽極和排流接地體消耗速率加快以及排流接地體短接片燒蝕等。

2   高壓直流干擾下管道受干擾程度的影響因素

高壓直流接地極放電條件的影響

在高壓直流接地極放電條件方面，研究人員針對高壓直流干擾腐蝕規(guī)律開展了大量的實驗室與現(xiàn)場研究工作。

秦潤之等與熊娟等團隊通過室內(nèi)模擬試驗，探究了高壓直流干擾下X80鋼的腐蝕行為，他們發(fā)現(xiàn)在不同干擾電壓條件（最大為300 V）下管線鋼的電流密度隨時間的變化規(guī)律呈現(xiàn)出3個階段：在幾秒內(nèi)迅速達到峰值，隨后在幾百秒內(nèi)下降至穩(wěn)定值，最后在穩(wěn)定值保持較長時間。當干擾電壓越大時，電流密度峰值越大且下降幅度越大，當干擾電壓小于50 V時，電流密度下降幅度不明顯。基于對試片附近土壤含水量、溫度以及電阻率的測試與分析可知，電流密度下降主要歸因于強干擾電壓作用下試片附近土壤含水量下降、溫度升高以及局部土壤電阻率大幅增大。

此外，熊娟等團隊發(fā)現(xiàn)在實驗室條件下，當干擾電壓為150 V和200 V時，管線鋼的腐蝕速率最大（約為2.15 μm/h），即干擾電壓對腐蝕的影響程度存在臨界值。秦潤之等發(fā)現(xiàn)，相比基于峰值電流密度或穩(wěn)定電流密度的計算結(jié)果，按干擾過程中電流密度曲線積分計算得到的理論腐蝕速率與真實腐蝕速率更為接近。

部分研究人員綜合運用了高壓直流接地極真實放電對實際管道干擾的數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場測試或與室內(nèi)試驗相結(jié)合的方法對干擾腐蝕規(guī)律進行了進一步的研究。

新西蘭Benmore-Haywards高壓直流工程連接新西蘭北島和南島，該輸電線路在大地返回工作模式下的電流達2400 A，自首次調(diào)試以來的40年內(nèi)，O′BRIEN等調(diào)研了接地極放電對附近管道腐蝕的影響后指出，即使土壤中的地電位梯度較小，金屬管道仍可能發(fā)生較為明顯的腐蝕問題。

王愛玲等基于現(xiàn)場測試，分析了貴廣II回±500 kV高壓直流輸電系統(tǒng)接地極故障電流對西南某天然氣管道的影響程度。檢測期間接地極發(fā)生了電流大小分別為600 A和1200 A的不同極性的多次放電，放電過程中距接地極最近的管道的電位偏移量最大，但管道中電流較小，管道中電流的最大值出現(xiàn)在管地電位正負極性交變區(qū)。在相同電流、不同極性的放電條件下，管道電位偏移方向改變而偏移量不受影響。此外，在相同放電極性、不同電流的放電條件下，管地電位及管中電流與接地極放電量之間不存在線性關(guān)系。

蔣卡克等對上海天然氣管道的電位進行了為期6個月的遠程監(jiān)測，獲得了接地極放電對管道的干擾頻次、干擾持續(xù)時間及通斷電電位偏移程度等信息，其中南橋接地極2400 A放電工況對管道的干擾最大，管道斷電電位最正可達-0.23 V，通過開展實驗室極化試驗獲得該電位條件下試片的電流密度為0.7 mA/cm2（流出）。該研究假設(shè)監(jiān)測時間內(nèi)每次放電均為陰極最大放電情況（2400 A），由法拉第定律可得該條件下鋼材6個月內(nèi)的累計消耗量為7.03×10-3 mol/cm2，換算成平均腐蝕速率為1.00 mm/a，這嚴重威脅管道的安全運行。

防腐蝕層狀況的影響

在現(xiàn)場測試過程中，干擾因素的調(diào)控往往受限于目標管道的狀態(tài)，影響因素復(fù)雜且難以單獨調(diào)控，同時實驗室研究又難以復(fù)現(xiàn)高壓直流接地極放電過程。隨著邊界元、有限元等數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，目前已有不少學(xué)者利用模擬計算方法開展了高壓直流干擾影響因素與規(guī)律的研究工作，這些研究主要分為編程計算與軟件模擬兩方面。編程計算方面可以劃分為以矩量法為代表的場路耦合方法和以有限元、邊界元為代表的微分方程求解方法兩類；在仿真模擬方面，通常使用的計算軟件包括邊界元分析軟件CDEGS、BEASY與有限元分析軟件ANSYS等。

在防腐蝕層狀況方面，早期的數(shù)值模型往往相對簡單，對真實干擾下管道的腐蝕工況的描述存在不足。以基于矩量法的數(shù)值計算模型為例，通常對防腐蝕層參數(shù)采取均一化處理，缺乏針對存在局部缺陷的防腐蝕層工況的研究。

李雄等基于矩量法，建立了考慮防腐蝕層局部破損的埋地管道高壓直流干擾數(shù)值計算模型，并結(jié)合典型案例探究了防腐蝕層破損點數(shù)量、位置及面積對管道腐蝕嚴重程度的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明：在防腐蝕層破損點均勻分布條件下，破損點數(shù)量對破損點處泄漏電流密度的影響較小；在破損點集中分布條件下，管道可能發(fā)生單一腐蝕或氫損傷；防腐蝕層破損面積越小，破損處泄漏電流密度越大，并且當破損率增大到一定程度后，泄漏電流密度趨于穩(wěn)定。

值得注意的是，在防腐蝕層破損處管道金屬與大地直接接觸，存在極化效應(yīng)，這在早期研究中很少被考慮。曹方圓等考慮了管道的極化效應(yīng)，將破損點處管道與土壤等效為串聯(lián)的對地電阻和受破損點電流密度控制的對地電壓源，優(yōu)化了之前考慮管道防腐蝕層、絕緣接頭、犧牲陽極等防護措施的電路模型，并結(jié)合CDEGS軟件驗證了該數(shù)值模型的正確性。該團隊計算獲得了接地極與埋地金屬管道的安全距離，并探究了防腐蝕層類型及狀況對安全距離的影響。結(jié)果表明，防腐蝕層的面電阻率越大、破損率越小，管道的安全距離越長。

劉昌等利用電磁分析軟件CDEGS，建立了高壓直流接地極放電條件下埋地金屬管道的仿真計算模型，對比了防腐蝕層絕緣性良好與破損工況下接地極入地電流對埋地金屬管道的影響。研究表明，當防腐蝕層破損時，需要考慮管道的極化過程，而當防腐蝕層完好時，管道與土壤之間的阻抗為接地電阻（考慮防腐蝕層電阻，一般遠大于極化電阻），管道與土壤界面處幾乎沒有電流的流入與流出，相應(yīng)的管地電位差遠大于防腐蝕層破損工況下的電位差。

環(huán)境因素的影響

環(huán)境因素同樣是影響高壓直流干擾的重要因素，計算中若不考慮地形與土壤電阻率分布，而用均一化的土壤參數(shù)進行模型簡化，則無法實現(xiàn)對沿線以及深度方向上土壤結(jié)構(gòu)的準確描述，難以獲得符合工程實際的計算結(jié)果。

曹方圓等研究發(fā)現(xiàn)，土壤電阻率對管道安全距離的影響較大，當土壤電阻率越大時，管道的安全距離越長，土壤pH則幾乎不改變管道的泄漏電流密度。

孟曉波等結(jié)合矩量法與邊界元法，建立了考慮復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的埋地管道直流干擾數(shù)值計算模型，具體包括分區(qū)分層的土壤模型、考慮防腐蝕層破損的管道模型和陰極保護模型。針對土壤電阻率橫向與深度方向分布的區(qū)域化特點，其算法模型考慮了管道與土壤之間的非線性電化學(xué)極化效應(yīng)，結(jié)合建模過程可知，土壤電阻率對管道受干擾程度的影響本質(zhì)上是雜散電流在復(fù)雜土壤結(jié)構(gòu)中的流散與界面處的面電流密度差異。此外，該研究還結(jié)合了試驗管道（約40 m）的電位檢測結(jié)果，驗證了上述模型計算結(jié)果的正確性。

除了研究陸地土壤環(huán)境中的高壓直流干擾問題外，研究人員還意識到海岸直流接地極放電對地下金屬構(gòu)件的影響更大，這是因為海灘的電阻率遠小于陸地土壤電阻率，并且海洋面積遠大于陸地面積。

遲興和等針對高壓直流接地極放電對海灘沼澤潮間帶內(nèi)埋地金屬管道的腐蝕問題開展了研究，構(gòu)建了綜合考慮海灘土壤電阻率、大地土壤電阻率以及海灘地形的計算模型，計算了接地極附近的土壤電位梯度，并基于SY/T 0017-2006《埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護技術(shù)標準》中對直流地電位梯度的要求（小于2.5 mV/m），獲得了接地極與埋地金屬構(gòu)件之間的安全距離的數(shù)學(xué)表達式如下：

式中：Id為接地極入地電流；R為等效半球體半徑，即安全距離；ρ1為海灘土壤電阻率；ρ2為大地土壤電阻率；β為土壤電阻率分界面與大堤夾角。

綜上所述可知，關(guān)于高壓直流干擾規(guī)律的基礎(chǔ)性研究還有待進一步深入。高壓直流干擾具有偶發(fā)性，現(xiàn)場測試往往難以捕捉，并且實驗室對現(xiàn)場條件的復(fù)現(xiàn)性較差，如何在復(fù)雜現(xiàn)場環(huán)境中辨別高壓直流干擾與其他因素對管道腐蝕的影響、在實驗室條件下如何構(gòu)建合理的高壓直流干擾腐蝕裝置、能否直接依據(jù)接地設(shè)計參數(shù)劃定安全距離，這些問題還有待深入研究。在模擬研究方面，土壤模型對雜散電流的流散以及管道的電位分布具有重要影響，尤其在大研究尺度下管道在沿線土壤環(huán)境中的極化特性存在差異，故應(yīng)依據(jù)工程需求實現(xiàn)土壤與管道的準確描述，建立符合實際情況的高壓直流干擾計算模型。

3    高壓直流干擾的檢測方法及評價標準

電流密度測試及評價準則

雜散電流密度、管地電位偏移量以及地表電位梯度是反映高壓直流干擾對管道影響的重要檢測指標。由于影響金屬管道腐蝕嚴重程度最重要的因素是直流接地極入地電流大小，所以評價金屬管道受干擾情況最直接的方法就是測量流入管道的電流大小以及相應(yīng)的時長。

目前，國內(nèi)外已成功研發(fā)了用于測量管道雜散電流的專業(yè)儀器，如英國雷迪公司和中國科學(xué)院金屬研究所國家金屬腐蝕控制工程技術(shù)研究中心研制的雜散電流智能測試儀等。然而，專業(yè)儀器價格昂貴，難以普及使用，實際工程中大多采用間接測量方法，如采用電壓差計算法、腐蝕試片埋設(shè)法、加裝ER腐蝕速率探頭。

值得注意的是，在測量接地放電導(dǎo)致的管道腐蝕速率等參數(shù)間接變化時，需要考慮測試點處的土壤類型、接地極類型以及管道陰極保護系統(tǒng)運行工況等影響因素，應(yīng)盡可能排除其他因素，僅測量接地極放電造成的流入或流出管道的電流密度大小。上述間接測量方法雖然可以獲得腐蝕速率等參數(shù)，但在實際測量過程中會受到檢測位置選取以及外界因素的影響，僅對個別位置開展現(xiàn)場測試難以實現(xiàn)對沿線高壓直流干擾情況的評估。

在評價準則方面，DL/T 5224-2014《高壓直流輸電線路大地返回運行系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定，在等效入地電流下，當非絕緣地下金屬管道的泄漏電流密度大于1 μA/cm2或者累積腐蝕量（厚度）影響到其安全運行時，需要采取保護措施。然而在實際工程中，基于泄漏電流密度、瞬時腐蝕速率或某時段的累積腐蝕量評價管道的受干擾程度存在局限性，管道的累積腐蝕量與接地極的放電情況密切相關(guān)，需要獲取高壓直流接地極單極運行情況，包括接地極歷次放電極性、大小、時長，以及計劃停運率、故障停運率等。

管地電位偏移量測試及評價準則

管地電位偏移量和持續(xù)時間決定了管道受干擾腐蝕的危害程度，并且管地電位偏移量測試是現(xiàn)場最常用的測量方法之一。當管道正常運行時，管地電位波動幅度比較小，但當管道受到高壓直流干擾時，高強度的直流電流在管道的破損處流入或流出，管地電位偏移量反映了埋地金屬管道的受干擾程度。

在管地電位測量方面，工程中通常采用參比法，其中最為常見的是地表參比法和近參比法，它們分別應(yīng)用于短時間的雜散電流測量和長期測量，然而其他因素引起的地表流動電流以及偏移指標中的IR降會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。隨著測試技術(shù)的發(fā)展，已在部分管道疑似干擾嚴重管段加裝了智能測試樁，通過試片法對管道通斷電電位進行實時監(jiān)測，可為了解高壓直流接地極放電時管道受干擾情況提供重要數(shù)據(jù)。

在評價準則方面，GB/T 21448-2017《埋地鋼質(zhì)管道陰極保護技術(shù)規(guī)范》指出一般土壤和水環(huán)境中管道的最小保護電位為-0.85 V，限制臨界電位不應(yīng)比-1.20 V更負。DL/T 5224-2014規(guī)定，在等效入地電流下，如管道對其周邊土壤的電壓超過-1.5～-0.85 V，應(yīng)采取保護措施。此外，GB/T 21447-2018《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》和GB 50991-2014《埋地鋼質(zhì)管道直流干擾防護技術(shù)標準》規(guī)定，對于沒有實施陰極保護的管道，宜采用管地電位相對于自然電位的偏移量進行判斷。當任意點上的管地電位相對于自然電位的正向或負向偏移量超過20 mV時，應(yīng)確定存在直流干擾；當任意點上的管地電位相對于自然電位的正向偏移量大于或等于100 mV時，應(yīng)及時采取干擾防護措施。對于已實施陰極保護的管道，當干擾導(dǎo)致管道的最小保護電位不滿足要求時，應(yīng)及時采取干擾防護措施。

除了當前研究中較為受重視的電位正向偏移量之外，還應(yīng)當按照GB/T 21448-2017要求，關(guān)注電位負向偏移量下防腐蝕層的陰極剝離、起泡以及含馬氏體和鐵素體管道的氫脆風險。結(jié)合高壓直流干擾的偶發(fā)性和電流強度大的特點，目前國內(nèi)的陰極保護準則尚缺乏對管道年允許最大電位偏移程度、偏移時間以及正負向偏移情況的明確規(guī)定，應(yīng)用于高壓直流干擾問題的評價標準仍有待進一步研究。

地電位梯度測試及評價準則

當高壓直流接地極單極運行時，入地電流會相應(yīng)地產(chǎn)生地表電位梯度，從而引起管道或埋地金屬構(gòu)件上電流的流入或流出。地電位梯度測試相對容易實施，GB 50991-2014給出了管地電位梯度與雜散電流方向的詳細測試方法。當在現(xiàn)場開展地電位梯度測試并判斷高壓直流干擾程度時，較大的電極間距（不宜小于20 m）會使數(shù)據(jù)分析更加精確，并且應(yīng)當削弱測量環(huán)境對數(shù)據(jù)的影響，盡量保證測試點處地形、土質(zhì)等條件保持一致。然而，該測量方法還易受到其他干擾源、附近電場和局部漏點的影響，表現(xiàn)出測試結(jié)果重復(fù)性差的缺點。

在評價標準方面，GB 50991-2014指出，當管道工程處于設(shè)計階段時，可采用管道擬經(jīng)路由兩側(cè)各20 m范圍內(nèi)的地電位梯度判斷土壤中雜散電流的強弱。當?shù)仉娢惶荻却笥?.5 mV/m時，應(yīng)確認存在直流雜散電流；當?shù)仉娢惶荻却笥诨虻扔?.5 mV/m時，應(yīng)評估管道敷設(shè)后可能受到的直流干擾影響，并根據(jù)評估結(jié)果預(yù)設(shè)干擾防護措施。

需要說明的是，該測量方法獲得的地電位梯度由地表流動電流引起，與干擾條件下實際流入或流出管道的電流大小沒有對應(yīng)關(guān)系，僅可實現(xiàn)對管道受干擾程度的定性評價，這在很大程度上限制了地電位梯度評價高壓直流干擾程度在工程與研究中的實用性。

最小防護距離評價準則

上述測試與評價方法往往適用于接地極放電已經(jīng)對管道產(chǎn)生干擾并使管道參數(shù)變化的情況，最小防護距離可更為直接地評價待建或已建接地極放電的影響范圍。

在現(xiàn)有標準中，DL/T 5224-2014和DL/T 437-2012《高壓直流接地極技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定，在接地極與地下金屬管道的最小距離d小于10 km，或者地下金屬結(jié)構(gòu)長度大于d的情況下，應(yīng)計算接地極電流對管道產(chǎn)生的不良影響。

此外，部分研究工作還將標準中的地電位梯度或腐蝕速率等參數(shù)控制值作為評價指標，用于求解特定工況下的高壓直流接地極最小防護距離。遲興和等根據(jù)GB 50991-2014對地電位梯度的要求，計算最小防護距離，并認為當接地極周圍地電位梯度衰減到2.5 mV/m時，距接地極中心的距離即為最小防護距離。該研究結(jié)合某500 kV直流輸電工程接地極選址工作，提出了海岸直流接地極與地下金屬管道構(gòu)件防護距離的計算方法，依據(jù)接地極周圍真實環(huán)境與地質(zhì)情況建立數(shù)學(xué)模型，基于土壤電位梯度評價標準，獲得了上述計算條件下直流接地極與金屬構(gòu)件的最小防護距離約為965 m。

曹方圓等將國際標準NACE SP 0169-2013《埋地或水下金屬管線系統(tǒng)外腐蝕控制標準》中規(guī)定的0.0254 mm/a腐蝕速率作為防護距離的評判標準，計算了在接地極陰極放電工況下土壤電阻率、土壤pH和管道防腐蝕層類型對管道防護距離的影響。該研究雖然未考慮土壤電阻率等參數(shù)在接地極與管道之間以及管道沿線的區(qū)塊劃分，但獲得了典型、均一設(shè)計條件下的防護距離，探明了上述各因素對防護距離的影響規(guī)律。

CAO等指出，對于多層土壤結(jié)構(gòu)，若將最大單層電阻率作為總電阻率，則可以計算得到最為保守（最長）的安全距離。

值得注意的是，接地極對金屬管道的影響與目標接地極所屬輸電系統(tǒng)電容量、所處土壤環(huán)境、金屬管道狀況等眾多因素相關(guān)，難以使用統(tǒng)一標準衡量，上述理論研究為確定真實環(huán)境中高壓直流接地極與金屬管道之間的最小防護距離確定提供工程參考。

4   高壓直流干擾的防控措施

總體而言，高壓直流接地極的干擾防控可分為兩類，即控制雜散電流的產(chǎn)生和采取防控措施減輕干擾。GB 50991-2014規(guī)定，管道側(cè)應(yīng)根據(jù)調(diào)查與測試的結(jié)果，選擇排流保護、陰極保護、防腐蝕層修復(fù)、等電位連接、絕緣隔離、絕緣裝置跨接和屏蔽等干擾防護措施。下面總結(jié)埋地管道針對高壓直流干擾可采取的防控措施。

首先，增加回路電阻可以阻斷或抑制雜散電流流入管道，主要措施包括防腐蝕層修復(fù)、絕緣隔離等。在防腐蝕層修復(fù)方面，孟曉波等通過建立等效電路模型，探究了增強絕緣防腐蝕層對抑制直流接地極入地電流影響的效果。結(jié)果表明，當防腐蝕層電阻率較大時，進一步增加防腐蝕層電阻率或防腐蝕層厚度對控制管地電位的作用較小；對于存在防腐蝕層破損點的管道，增強防腐蝕層絕緣性能減小流出管道的電流，但破損點處電流密度增大，反而會加劇防腐蝕層破損處的管道腐蝕。

管道的絕緣接頭可進行分段絕緣，從而使得管道本身的陰極保護電流集中在防護段，不易流失。孟曉波等基于仿真計算研究了絕緣接頭對高壓直流干擾的緩解效果，發(fā)現(xiàn)增設(shè)絕緣接頭可明顯控制管地電位，從而大大降低管道防腐蝕層和陰極保護設(shè)備面臨的風險，并且針對靠近接地極的管段，絕緣分段越短可以更好地控制管地電位，并指出對受高壓直流干擾嚴重的管段可通過優(yōu)化絕緣接頭布局實現(xiàn)管地電位的控制。

直流排流保護方式可分為4種，包括直接排流、極性排流、接地排流、強制排流。直接排流法僅適用于管道陽極區(qū)范圍穩(wěn)定且允許直接向干擾源排流的工況；極性排流適用于陽極區(qū)不穩(wěn)定的場合，若向干擾源排流，則以上兩種排流方法均會對電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生影響；接地排流需要安裝并定期更換犧牲陽極材料；強制排流是通過主動為管道施加陰極保護電流抑制干擾腐蝕的發(fā)生。目前常用的排流方式為接地排流和強制排流，或兩者結(jié)合的方式。

廖永力等基于南方地區(qū)某接地極與管道的實際參數(shù)，建立了數(shù)值計算模型，研究了集中接地、犧牲陽極和強制排流措施對高壓直流干擾的防護效果。對比計算結(jié)果可知：當管道采用集中接地裝置時，管道局部受干擾程度可明顯降低，但作用范圍小（不足500 m）；敷設(shè)犧牲陽極對管道的防護效果明顯，尤其在長距離敷設(shè)且與管道多點連接條件下，防護效果更好；根據(jù)工作電流的強制排流措施可以實現(xiàn)不同程度的防護效果，但不宜與其他接地排流措施同時使用。

陰極保護方法是基于電化學(xué)原理，通過施加陰極電流使管道達到保護狀態(tài)。蔣卡克等基于BEASY軟件，模擬了管線在額定放電情況下的電位分布，并開展了干擾防護措施研究。因上海管網(wǎng)周邊環(huán)境的局限性，該研究不考慮敷設(shè)陽極帶等措施，僅通過調(diào)整現(xiàn)有陰極保護系統(tǒng)和施加強制排流實現(xiàn)對高壓直流干擾的防控。模擬結(jié)果表明：在陰極放電情況下，需在3處閥室位置添加強制排流系統(tǒng)；在陽極放電情況下，需要調(diào)整現(xiàn)有的10處陰極保護系統(tǒng)的輸出參數(shù)。該防護方案條件下全線管地電位均低于-0.85 V，腐蝕風險降低，但該措施導(dǎo)致管地電位整體負移（最負達-3.32 V），該方案還有待進一步優(yōu)化。

通過組合多種防護技術(shù)往往可實現(xiàn)對高壓直流干擾腐蝕的有效緩解。趙雅蕾等基于邊界元軟件BEASY，分別探究了防腐蝕層均勻破損率對管道腐蝕的影響，以及絕緣法蘭和緩解鋅帶的防護效果。結(jié)果表明：防腐蝕層破損率越小，干擾電流越集中，局部腐蝕風險越高；絕緣法蘭之間的管段可得到有效保護，而隔離區(qū)外管段干擾腐蝕加劇，鋅帶的保護范圍有限。結(jié)合各防護措施的特點，該團隊提出了分段絕緣+陰極保護+緩解鋅帶的綜合措施，其中分段隔離與鋅帶敷設(shè)措施可以減小恒電位儀的輸出電流，陰極保護可以控制隔離段外管道的受干擾情況。

楊超等依據(jù)溪洛渡至金華特高壓直流輸電工程金絲接地極與金麗溫輸氣管道的實際資料，通過邊界元方法探究了不同防護措施對管道的有效性。計算結(jié)果表明：當改變接地極與管線距離時，間距為0~30 km，隨間距的增加，管地電位受影響程度急劇減小，繼續(xù)增大間距，改善程度減弱，當間距為60 km與100 km時，管地電位基本相同，故在實際工程中接地極與管道的間距應(yīng)至少保持30 km，并且應(yīng)評估接地極放電對60 km范圍內(nèi)埋地金屬管道的干擾情況。當以30 km為間距對管道加裝絕緣法蘭，采取分段隔離措施時，絕緣法蘭兩側(cè)電位差達1.22 V，存在絕緣法蘭擊穿或人員觸電的風險，故還需設(shè)置絕緣法蘭跨接。分段絕緣+陰極保護的綜合措施對管道起到協(xié)同保護作用，但應(yīng)謹防陰極保護電流較大造成隔離區(qū)域外管道干擾腐蝕的問題。

金東琦針對上海地區(qū)3處已運行高壓直流輸電線路接地極放電對周邊管網(wǎng)的干擾進行了遠程監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)干擾嚴重管段電位達1.01 V，腐蝕風險巨大，因此基于BEASY軟件模擬研究了高壓直流干擾下在役主干網(wǎng)與待建化工區(qū)復(fù)線管道的防護措施。針對尚未敷設(shè)的復(fù)線管道，模擬結(jié)果顯示，當接地極放電時管地電位偏移量為480 V。采取隔離主干網(wǎng)+獨立陰極保護+閥室強制排流的綜合防護措施后，可實現(xiàn)待建管道全線電位低于-850 mV的防護準則要求；針對在役主干網(wǎng)，該研究提出了強制排流+多點控制的綜合防護措施，建議增設(shè)10處強制排流保護站，并安裝15處多點控制，以滿足防護準則要求。

結(jié)束語

當前，高壓直流干擾問題日益嚴重，研究高壓直流接地極放電對埋地管道的干擾腐蝕規(guī)律與防控措施具有重要的現(xiàn)實意義。由于高壓直流接地極放電具有偶發(fā)性、持續(xù)時間不確定與干擾強度高的特點，使得對高壓直流干擾帶來的腐蝕風險評價與防控具有難度。目前，國內(nèi)外學(xué)者與技術(shù)人員針對高壓直流干擾的安全距離與有效的防控措施尚缺乏統(tǒng)一的認識，仍需要從以下方面開展深入研究：

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在后續(xù)研究中應(yīng)考慮構(gòu)建室內(nèi)高壓直流干擾腐蝕等效試驗裝置，明確高強度干擾下管道的界面狀態(tài)與極化特性，確定高壓直流干擾腐蝕的控制步驟以及相應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)，并探究放電極性、時間間隔、累計放電時間對管道年平均腐蝕速率的影響；在模擬計算研究中應(yīng)提高數(shù)值模型對土壤結(jié)構(gòu)、管道狀態(tài)和陰極保護描述的準確性，建立并優(yōu)化反映真實工況且滿足工程需求的高壓直流干擾計算模型。

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應(yīng)研究高壓直流干擾下金屬管道腐蝕風險的計算方法，合理劃定安全距離，為高壓直流接地極的入地電流控制工作以及干擾腐蝕嚴重管段的識別提供依據(jù)。同時，針對高壓直流干擾管段提出標準化的緩解措施，或開發(fā)新型設(shè)備實現(xiàn)對管地電位的有效調(diào)控以解決高壓直流接地極放電干擾管道電位的工程問題。