大规模、远距离的西气东输、西电东送已成为我国能源运输的基本格局，同时为了实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标，全社会用电量大幅度提升，预测至2050年我国总用电量将达到16万亿千瓦时。

高压直流输电（HVDC）是一种适用于远距离的高效输电方式，具有输送容量大、距离远、效率高等技术优势，随着用电量的逐步上升，高压直流输电工程也会大幅度增加。

我国电力输送线路与天然气输送管道线路存在高度重合，比如西气东输管道与哈密南-郑州800 kV特高压直流输电系统的哈密接地极距离为44 km，且与管道长距离并行；500 kV贵州至广东第二回直流输电工程与800 kV云南至广东特高压直流输电工程受端换流站共用鱼龙岭接地极，鱼龙岭接地极附近20 km范围内有西气东输管道约18 km。

我国高压直流输电系统运行过程中多采用双极系统，但在运行初期或发生故障和检修时采用单极大地回路运行模式，此时大地作为一根导线加入到输电系统中，电流从受端接地极流出，经大地返回到送端接地极，入地电流为系统额定直流电流，其数值会达到几千安培，对管道本体、防腐蚀层及管道附属设施可能造成一定影响。

高压直流接地极干扰的风险

高压直流接地极单极大地回路运行时，部分入地电流经由大地被埋地管道吸收、传递、释放，在此过程中可能对管道造成氢脆、防腐蚀层剥落、绝缘垫片/卡套两端放电打火、管道设施对地直流电压超过人体安全电压限值（潮湿环境下为35 V）、阴极保护电源无法正常运行及管道本体腐蚀等风险。

目前，高压直流接地极单极大地回路运行时，入地电流引起的管道瞬时腐蚀较严重且影响范围广泛，哈郑特高压直流输电系统对西气东输管道的影响范围达到400 km。当直流杂散电流流出管道，管道失去电子，管道基体发生腐蚀。高压直流接地极运行时，受其干扰管道瞬时腐蚀速率较大，X80钢在广东土壤中的腐蚀速率高达10.63 μm/h，受哈密接地极影响的乌兰管线的腐蚀速率达0.093 mm/a，根据接地极单极运行时测得的试片腐蚀速率估算得出西气东输二线管道受酒泉-湖南±800 kV特高压直流接地极影响时的腐蚀速率为0.54 mm/a，远大于ISO 15589-1:2015规定的0.01 mm/a。

由于我国高压直流输电系统建设时间短、维护得当，单极大地回路运行累积时长短，同时与高压直流输电系统共用路由的管道建设时间也较短，故目前现场管体开挖的数据显示，由高压直流干扰造成的管体实际腐蚀严重的案例较少，但由于我国高压直流输电系统的容量大、额定电流大，受高压直流接地极干扰管道面临的风险仍需持续关注。

当阴极保护系统正常运行时，微量阴极保护电流（μA/m2级别）流入管道，在高压直流输电接地极单极大地回路运行时，部分入地电流流入管道，致使管地电位大幅负向偏移，金属表面发生析氢反应，产生大量氢原子。大量氢原子可能使高强度钢产生氢脆，从而使高压管道存在泄漏风险，管道钢强度越高，管地电位越负，管材发生氢脆的可能性越大。

我国管道建设起步相对较晚，但管线钢强度等级较高，以X80钢为代表的高强度油气管线钢总里程达到1.7万公里，约是国外X80管道总长度的两倍。有研究发现在-150~-50 V外加直流电压下，X80管线钢的氢脆敏感性先增大后减小再趋于稳定，在-100~-80 V范围内达到最大。另据文献报道，高压直流接地极单极大地回路运行时，管地电位最高超过-200 V，若不采取防护措施，管道可能面临氢脆风险。

阴极保护系统正常运行时，阴极（管道）表面将在管道/土壤界面发生阴极吸氧反应。高压直流接地极干扰时，大量电流流入管道，管地电位负向偏移，上述吸氧反应加速，金属表面氢氧根离子含量急剧增加，碱性显著增强，这可能引起管道防腐蚀层的阴极剥离，特别是在役时间较长的管道，防腐蚀层与管道结合力减弱，防腐蚀层发生阴极剥离的可能性更大，典型的阴极剥离形貌如图1所示。

图1 防腐蚀层阴极剥离宏观形貌

大量电流进入管道除了对管道本身及防腐蚀层产生影响，还可能引起阀室内绝缘卡套、引压管出现烧蚀现象。绝缘卡套的绝缘耐压性能下降后，其内部可能出现持续放电烧蚀。

有研究表明，当引压管间电位差超4 V时，引压管间存在打火放电烧蚀风险，接地极附近管道阴极保护系统的恒电位仪可能出现部件烧蚀或运行异常。部分地区接地极对管道影响严重，管地电位值较大，引压管间电位差不仅远超4 V，存在放电烧蚀风险，同时还远超35 V（GB/T 3805-2008规定的潮湿环境下人体的安全电压限值），比如华南地区某接地极对周围管道干扰时通电电位最正至304.4 V、最负至-218.2 V，管道附属设施及人身安全均存在安全隐患。

在高压直流接地极单极大地回路运行时，管道及其附属设施可能面临众多风险，而且当管道防腐蚀层质量与使用环境不同时，管道受高压直流接地极干扰的情况也会出现差异，故某一地区的干扰防护经验无法照搬至其他地区使用，这大大提高了高压直流干扰监检测的工作量。

目前，对于高压直流干扰监检测，最常用的方法是监检测管道的管地电位、腐蚀速率。主要采用试片法并结合智能电位测试仪监测高压直流接地极单极大地回路运行时对管地电位的影响，同时采用失重试片法测量腐蚀速率。近年来，由于油气管道里程及高压输电工程的增加，管道管理方与电网建设方越来越重视管道与电网之间的相互影响，越来越多的新型方法应用到管道及电网的建设中。

高压直流干扰监检测方法

对于已建管道，目前主要监检测对象是受干扰管段的管地电位及腐蚀速率。通过管地电位变化情况判断高压直流接地极单极大地回路运行时入地电流对已建管道的干扰程度及范围，通过腐蚀速率的大小判断干扰的强弱，通过电位偏移方向判断干扰电流的方向。此类测量一般采用失重试片法结合智能电位采集仪监检测管地电位和腐蚀速率，或采用ER腐蚀探头测试受干扰管段的腐蚀速率。

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高压直流干扰检测方法

接地极附近管道受到接地极单极大地回路运行干扰时，必然会出现干扰电流流入、流出管道的情况。当电流流入管道时，管地电位负向偏移，可能导致管道面临防腐蚀层阴极剥离、氢脆等风险；当电流流出管道时，管地电位正向偏移，可能导致管道发生腐蚀。

测量腐蚀最直接的方法是根据内检测或外检测结果进行开挖验证，对缺陷点的尺寸进行测量并估算腐蚀速率，但此方法工程量较大，测试频次低。目前常用方法是模拟管道的运行环境采用失重试片或ER腐蚀探头间接测量管道的腐蚀速率。

失重试片法测量腐蚀速率

根据试片埋设前后质量变化计算腐蚀速率，此时计算得到的腐蚀速率为平均腐蚀速率，计算公式为：v=(K·Δm)/(A·t·D)。

式中：K为常数（8.76×104）；t为腐蚀试验时间，h；A为裸露面积，cm2；Δm为试片的质量损失，g；D为试片的密度，g/cm3。

试片裸露面形状为圆形或方形，裸露面积一般为6.5~50 cm2（交流干扰试片裸露面积为1.0 cm2），试验周期一般不小于1年，测试桩与管道通过试片连接，同批同类试片数量以3片为宜。

ER腐蚀探头检测腐蚀速率

失重试片法是根据试片埋设前后的质量损失得到腐蚀速率，属于一次性测量平均腐蚀速率，其具有测量周期长、工程量大的缺点。ER腐蚀探头一般用来实时、连续监测短时内的平均腐蚀速率。

ER腐蚀探头属于电阻探针。其原理是采用测量元件模拟涂层缺陷，因腐蚀减薄，厚度减小，测量元件的电阻增大，通过测试测量元件的电阻变化，获得测试管道壁厚的腐蚀量。

ER腐蚀探头可以连续测量不同时间段的平均腐蚀速率。有报道利用ER腐蚀探头测试受哈密接地极单极大地回路运行影响管道的腐蚀速率，测量结果通过GSM/GPRS网络无线传输至服务器，可实现远程实时查看，并了解了管道在不同接地极运行模式下的腐蚀风险。还有研究人员利用ER腐蚀探头与国家电网联合检测了酒泉-湖南±800 kV特高压直流接地极干扰下西气东输二线管道的腐蚀速率。结果表明ER腐蚀探头测试的腐蚀速率最大为0.54 mm/a，超过ISO 15589-1:2015标准规定的0.01 mm/a，NACE RP0775-2018规定的0.0254 mm/a。

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高压直流干扰监测方法

高压直流接地极干扰时，一般通过监测管道的通电电位、断电电位，根据电位大小及变化情况判断干扰的影响范围以及是否有人身安全风险。

试片法监测直流干扰

试片法是利用阴极保护智能监测系统中的智能测试桩监测管道管地电位变化情况，并根据管地电位偏移情况判断管道受干扰程度，根据管道沿线管地电位是否偏移确定干扰距离。

图2为高压直流接地极单极大地回路运行时某受干扰管道上智能测试桩的监测数据。当管地电位负向偏移时，可判断此时干扰电流流入管道；当管地电位正向偏移时，可判断此时干扰电流流出管道。通过沿线管道管地电位是否明显偏移，可判断受高压直流接地极单极大地回路运行影响的管道长度。

图2 管道受直流干扰时管地电位变化情况

地电位梯度法监测直流干扰

直流电流通过接地极入地后，接地极与整个大地都将呈现一定的电位，地电位从接地极导体上方的地面向远方递减，越靠近接地极极环，地电位等位线越密，通过监测管道附近的地电位梯度可以判断管道的受干扰程度。但地电位梯度易受土壤电阻率、其他干扰电流以及局部漏电或管道附近电场的影响，因此目前地电位梯度的重现性不好。

恒电位仪输出监测直流干扰

正常情况下，恒电位仪以恒电位模式运行，若受到较强的动态直流杂散电流干扰，则以恒电流模式运行，当同时受到高压直流接地极干扰与地铁杂散电流干扰时，恒电位仪的自动调节功能将无法满足抑制杂散电流干扰的需求。对于同时受到动态直流干扰和高压直流接地极干扰的管段，一般安装具备快速调节功能的新型智能抗干扰恒电位仪。当高压直流接地极单极大地回路运行时，大量电流流入管道，使管道电位负于设定值，恒电位仪就会减少输出甚至输出为0，当电流流出管道，管道电位正向偏移，恒电位仪输出显著增加。从恒电位仪的输出变化情况可以间接监测高压直流接地极的单极运行情况。

上海天然气管网有限公司的某管段由于同时受到地铁杂散电流干扰和高压直接接地极干扰，对其安装了新型智能抗干扰恒电位仪。当管段受到干扰时，恒电位仪能够快速改变输出，对阴极保护系统所需电流进行调节，如图3所示。

图3 智能抗干扰恒电位仪电流输出变化

由图3可见：当管段未受到干扰时，智能抗干扰恒电位仪输出电流稳定；当附近接地极阳极运行时，若电流流入管道，管地电位负向偏移，智能抗干扰恒电位仪电流输出迅速降低，甚至降至0；当接地极阴极运行时，若电流流出管道，管地电位正向偏移，智能抗干扰恒电位仪迅速增加电流输出，减缓管道的腐蚀，实现对管道阴极保护系统自动调节；当仅存在地铁干扰时，智能抗干扰恒电位仪仍能对阴极保护系统的电流需求进行自动调整。

管道电流监测直流干扰

通过监测管道中电流变化也可以达到监测管道是否受到明显直流干扰的目的。传统方法是采用电流测试桩得到管道电压偏移与电流的关系，即标定系数CF（单位是A/mV），然后根据管道受干扰时管道电压偏移量的监测数据，计算得出管道电流。但随着技术发展，目前主要采用电流环的方式直接监测管道电流变化情况（图4），结合无线传输系统，可以实现远程、实时监测管道电流变化。

图4 电流环测试管道电流

智能远传监测系统

2019年12月9日，国家石油天然气管网集团有限公司成立，“打造智慧互联大管网”是国家管网集团的战略目标之一，为响应此战略目标，各管道公司着力打造智慧互联大管网，因此智能监测系统也逐渐进入阴极保护领域。智能远传监测系统是在试片法与ER腐蚀探头的基础上进行改进，实现自动监测并把监测的数据传输到服务器，服务器根据检测得到的电参数自动判断是否存在腐蚀风险并提醒技术人员，智能远传监测系统不仅减少了人工测量的工作量，还能实时提醒工程技术人员管道沿线是否存在高压直流干扰。

结束语

目前，高压直流干扰监检测的对象主要集中在管道本身，但对管道防腐蚀层及附属设备的监检测较少，高压直流输电系统接地极单极大地回路运行时，绝缘接头/绝缘卡套存在放电烧蚀风险、排流设施存在烧毁风险、防腐蚀层存在阴极剥离风险，故高压直流干扰监检测不仅要对管地电位、腐蚀速率等参数进行智能监检测与管理，还应对以下设施进行监检测：

(1) 绝缘接头/绝缘卡套，气液联动阀等容易受到直流干扰时产生损坏的设备；

(2) 排流设施，确保排流地床、固态去耦合器等功能是否正常；

(3) 阴极保护系统的电气设施等，如恒电位仪的烧损；

(4) 防腐蚀层剥离情况，目前尚无对防腐蚀层剥离的在线监检测。

受到高压直流接地极干扰管段的电位监测主要是依靠试片法，并结合智能电位采集仪实现监测数据的远程传输，腐蚀速率的检测主要依靠失重试片和ER腐蚀探头，并逐步与智能监测系统结合。面对未来复杂的高压直流输电系统与管网，应逐步采用智能监测手段对高压直流干扰进行监检测，同时注重管道附属设施的监检测，逐步完成“打造智慧互联大管网”的战略目标。

随着高压直流输电系统、特高压直流输电系统的建设，受影响管段里程日益增加，管道管理方与电网建设方在建设前应提前通过模拟计算的方法研究高压直流接地极对管道腐蚀的影响规律，并提出了相应的防护方案，做到防患于未然。