高压直流输电线路(HVDC)腐蚀干扰及缓解

                 高压直流输电线路(HVDC)腐蚀干扰及缓解

 

冯洪臣

 

2015 年 08 月 05 日

 

一、    摘要

 

为了提高输电效率,减少投资,高压直流输电线路的应用越来越广泛。但高压直流输电

 

线路是借助于庞大的接地极,为其故障或检修期间提供输电通道,因此,会对其接地极附近

 

的埋地金属设施产生严重的腐蚀干扰,也对这些设施的操作维护人员带来人身安全方面的风

 

险。本文就高压直流输电线路腐蚀干扰的产生、特点、危害及缓解方式进行了讨论,供广大

 

腐蚀控制工作人员参考。

 

二、    关键词:

 

单极运行    管地电位 腐蚀干扰

 

三、    高压直流输电线路腐蚀干扰的产生

 

由于直流输电可以有效的利用导体的整个截面积,传输效率高,能耗少,近年来被广泛

 

应用。采用直流输电时,一般只安装送电及回电两条电路,并在输送地和接受地安装有庞大

 

的接地极。接地极的材料和外加电流阴极保护地床一样,但该接地极的直径会达到 500m

 

上。这种线路的输送电流会达到几千安培,12%的不平衡电流就是几十安培。如果输电线

 

路的回路发生故障,电流将通过接地极构成回路。如果有埋地金属设施位于其接地极之间,

 

则会受到腐蚀干扰,严重时会烧毁阴极保护电源设备。

 

四、    高压直流输电线路干扰的特点

 

1.  
单极工作时间很短(12%),仅在故障时,全部电流通过土壤流动。干扰的极性取决于故障发生的线路是正极线还是负极线,产生的直流干扰大小波动,方向不变。国内电力部门,在输电系统检修时,单极工作时间可以达到十几小时甚至几十小时,其危害不容忽视。

 

2.  
直流输电线路单极工作时,入地电流会达到几千安培。如果绝缘接头处没有安装保护装置,或杂散电流是流入接地极并受到单向导通装置的截止无法进入管道,站场接地和管道间形成高电压,会有电打火的危险及人员安全问题。该电压施加在恒电位仪机壳(机壳接地)与阴极电缆、零位接阴电缆之间,会导致恒电位仪防雷装置的烧毁。恒电位仪容易被烧损,被烧损的部件多数是阴极电缆或零位接阴电缆与站场接地之间(机壳)的防雷压敏电阻,因此,应在输出正、负、零位线路中安装热继电保护器或熔断装置。

可以在阳极电缆、阴极电缆、零位接阴电缆、参比电极电缆中安装熔断装置或热继电

器,当电压增大时,直接断开恒电位仪与外部的连接。熔断器或热继电器应安装在防雷接地

单元之外,以避免恒电位仪故障电流造成的机壳带电。或研制新型保护装置,当恒电位仪机

壳与阴极线或零位接阴线甚至阳极电缆线之间的电压超过限定值时,断开恒电位仪与外部的

 

所有连接。

 

3.  
不平衡电流引起的杂散电流为动态杂散电流,方向及大小始终变化。

 

五、    高压直流输电线路单极运行时,管地电位分布

 

首先,将参比电极放在地表,测量管地电位,电位值是参比电极位置与管道接地位置之

间的地电位梯度,其大小取决于参比电极与管道接地之间的间距及相对位置。参比电极距离

管道接地点越远,电位读数也就越大。如果管道接地点正好处于参比电极下方,尤其管道接

地电阻比较小时,电位读数也小,如果管道接地点在参比电极上游,电位读数可能偏正,如

果管道接地点在参比电极下游,管地电位读数偏负。因此,流入、流出涂层缺陷点的电流并

 

不完全取决于管地电位读数。

 

1.              当管道防腐层绝缘良好时,靠近电流释放接地极(阳极)的管道吸收电流,靠近电流接收接地极(阴极)一侧的管道释放电流。造成管道一段管地电位负向偏移,另一段管地电位正向偏移,电流流出管段将发生腐蚀。流入管道的总电流不大。管道两端的地电位梯度约等于正向管地电位偏移量和负向电位偏移量绝对值之和。

 

2.              将释放电流的管道端与电力系统阴极连接,将造成更多的电流流入管道,管电电位负向偏移幅度增大,负向偏移的管段增长。流入管道的电流增大,可能会造成管道过保护,引起管道防腐层剥离或氢致开裂。管道两端的地电位梯度约等于管地电位负向偏移量与管中电压降之和。

 

3.              将接收电流的管道端与电力系统阳极连接,将导致更多的电流流入管道,管地电位

 

正向偏移量增大,管地电位正向偏移的管段增长,电流流出管道段发生腐蚀。管道两端的地

电位梯度约等于管地电位正向偏移量与管中电压降之和。

4.              将管道沿线增加接地,降低管地电阻,将导致更多的电流流入、流出管道,但管地电位正向、负向偏移幅度降低,范围缩小。流经管道的电流增大,管道上电压降增大。管道两端的电位梯度约等于管地电位正向偏移量、负向偏移量与管中电压降之和。

 

5.              将管道沿线站场的跨接线断开,缩短管道长度,将降低管道两端管地电位的正向或负向偏移,减少杂散电流流入量。但这样做,将增加杂散电流的排放点。将管道站场跨接线连通,增加了管道的长度,减少了杂散电流流出点,但将增大管道两端的电压,提高了进入管道的电流量。

 

6.              无论管道防腐层好坏,加到管道两端的电压为管道两端地电位梯度,不会因为管道有无绝缘层或防腐层绝缘性能好坏而改变。

 

六、    高压直流输电线路单极运行危害缓解措施

 

1.              降低电力系统接地极电阻,减小接地极电压场范围及强度,不仅会减轻对其他埋地金属结构的干扰,增加接地极数量还能延长寿命,降低能耗。

 

2.              靠近电力系统接地极处,管道上安装试片,埋设足够的时间,通过比较电力系统单极运行及正常运行时通过试片的电流、或试片失重,计算电力系统单极运行对管道的危害程度,确定管道的最大允许干扰电位,作为管道排流的控制目标。或通过管道内检测和开挖检测,实际确定电力系统干扰对管道所造成的危害程度。不能简单地以通电电位偏移来判断干扰强度。

 

3.              管道的排流原则是降低杂散电流流出管道的电阻,增大杂散电流进入管道的电阻。尽量缩短管道的长度,如拆除站场跨接线,以降低管端对地电压,保证人身安全。将管道沿线所有阀室、站场接地极通过单向导通装置与管道连接,为电流的排放提供通道,但不允许杂散电流流入管道。必要时,在管道沿线额外安装接地极并单向连接。

 

4.              验证站场跨接能否减轻杂散电流排放量。如果跨接能够减少电流通过接地极排放量,且不会大量引入杂散电流,不会导致管地电位的大幅度升高,则跨接站场。如果因为站场跨接而增大了管地电压,超过了安全限制或导致过保护,应考虑去除站场跨接线,缩短管道的长度以降低管地电压。

5.            
在杂散电流流出位置安装阴极保护站,提供额外的保护电流。与牺牲阳极相比,阴极保护站是靠阴极保护电流抵消杂散电流排放所带来的危害,其容量要和直流输电线路放电规模相当,难以实施。对于阴极保护站的分布、阳极位置等要求也很高,难以达到排流效果。因此,应采用排流接地与强制排流相结合的方式,而且要以排流接地为主,强制排流为辅的原则。

 

6.            
单向导通装置或氧化锌避雷器上可能会出现较高的电压,存在安全风险,因此,该装置应安装在防爆箱内。高压输电线路单极运行时,禁止所有人接触管道上的阀门、测试桩等裸露部位。阀室及测试桩下方铺设碎石垫层,增加人体接地电阻。

 

七、    排流效果的评定

 

排流设施投用后,要实际测量排流效果。管地断电电位要达到阴极保护指标要求很困难。

 

要利用极化探头或参比管测量试片极化电位、电流,通过测量试片排放电流或称重法计算管

 

道腐蚀率,确定允许的最大腐蚀速率。采取防护措施,保证人员、设备的安全。

 

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