袁洵等：高压直流干扰大幅值管地电位产生原因及影响因素分析 1563· 31接地极与管道间的垂直间距对管地电位的影响 Soil 当管道与接地极之间的垂直间距发生变化 时，管道处于接地极电场的不同位置，因此其土壤 电位和管道电位会发生变化，为了对比不同间距 的效果，分别选取垂直间距为1、3、5和10km进 Zero 行计算，结果如图6所示 point 由图6可见，图6(a)中呈现的规律为距离接 Reference Pipe Coating electrode 地极越近，管道中心处的土壤电位Es越大，这也 图3高压直流干扰中Em、Epe和pipto三种计算电位示意图 与图6(b)给出的结果相符，并且随着接地极与管 Fig.3 Diagram of the three calculated potentials of Eppeand 道之间的间距越小时，管道电位Epp逐渐增大，管 E under HVDC interference 道中心处的管地电位ppeto-ol大幅减小，两端小 180 500(a) 170 (b) 400 160 10 200 130 100 120 110 0 100 250255075100125150175200 250255075100125150175200 Pipe length/km Pipe length/km 图4基础模型中管道沿线两种电位计算结果.(a)Eo(b)Eppc Fig.Calculation results of two potentials along the pipeline in the validation model:(a)E(b)Ep 3500 小时，管道周边的土壤电位骤增，而管道电位变化 3000 幅度不如土壤电位，因此土壤电位相对于管道电 2500 位在垂直间距发生改变时对管地电位的影响更为 之2000 关键 32管道防腐层类型对管地电位的影响 1500 当来自接地极的电流通过土壤注入管道时需 1000 要跨过管道外侧的防腐层，因此管道防腐层绝缘 500 性能变化可能对高压直流干扰管地电位产生影 0 2 4 6 响.为了对比不同防腐层的效果，分别选取3PE、 Distance from grounding electrode/km 煤焦油瓷漆和无防腐层（裸钢管道）三种管道外防 图5接地极周围土壤电位沿线分布图 Fig.5 Distribution of soil potential around the grounding electrode 腐层，三种防腐层的面电阻率分别为105、10和02m2 进行计算，结果如图7所示 幅增大，当管道与接地极之间的垂直间距从 由图7可见，随着防腐层面电阻率的增大，管 1km增大到10km时，管道中心处的土壤电位从 道中心处的土壤电位Eo增大，管道电位Eppe减 493.2V降低到49.6V,管道电位从47.1V降低到 小，管道两端的规律相反.以管道中心位置为例， 23.5V,可以看出随着接地极与管道之间的间距变 当防腐层面电阻率为102m2时(3PE防腐层)土 大时，管道电位的变化幅度不如土壤电位，由此造 壤电位Eoi为98.8V,管道电位Eppe为30.5V,管 成了两者之差即管地电位相差很大，当管道与接 地电位pp为-68.3V;当防腐层面电阻率为 地极之间的垂直间距为1km时，管地电位高达 102m2时（煤焦油瓷漆）土壤电位为86.0V,管道 -446.1V,而垂直间距为10km时，管地电位为 电位为32.6V,管地电位为-53.3V;而当防腐层面 26.1V.因此当接地极与管道之间的垂直间距变 电阻率为02m2时（裸钢管道）土壤电位为39.3VZero point Soil Reference Pipe Coating electrode Esoil Epipe Epipe-to-soil 图 3    高压直流干扰中 Esoil、Epipe 和 Epipe-to-soil 三种计算电位示意图 Fig.3     Diagram  of  the  three  calculated  potentials  of Esoil, Epipe,  and Epipe-to-soil under HVDC interference 3.1    接地极与管道间的垂直间距对管地电位的影响 当管道与接地极之间的垂直间距发生变化 时，管道处于接地极电场的不同位置，因此其土壤 电位和管道电位会发生变化，为了对比不同间距 的效果，分别选取垂直间距为 1、3、5 和 10 km 进 行计算，结果如图 6 所示. 由图 6 可见，图 6（a）中呈现的规律为距离接 地极越近，管道中心处的土壤电位 Esoil 越大，这也 与图 6（b）给出的结果相符，并且随着接地极与管 道之间的间距越小时，管道电位 Epipe 逐渐增大，管 道中心处的管地电位 Epipe-to-soil 大幅减小，两端小 幅增大 . 当管道与接地极之间的垂直间距从 1 km 增大到 10 km 时，管道中心处的土壤电位从 493.2 V 降低到 49.6 V，管道电位从 47.1 V 降低到 23.5 V，可以看出随着接地极与管道之间的间距变 大时，管道电位的变化幅度不如土壤电位，由此造 成了两者之差即管地电位相差很大，当管道与接 地极之间的垂直间距为 1 km 时，管地电位高达 −446.1 V，而垂直间距 为 10 km 时 ，管地电位为 −26.1 V. 因此当接地极与管道之间的垂直间距变 小时，管道周边的土壤电位骤增，而管道电位变化 幅度不如土壤电位，因此土壤电位相对于管道电 位在垂直间距发生改变时对管地电位的影响更为 关键. 3.2    管道防腐层类型对管地电位的影响 当来自接地极的电流通过土壤注入管道时需 要跨过管道外侧的防腐层，因此管道防腐层绝缘 性能变化可能对高压直流干扰管地电位产生影 响. 为了对比不同防腐层的效果，分别选取 3PE、 煤焦油瓷漆和无防腐层（裸钢管道）三种管道外防 腐层，三种防腐层的面电阻率分别为105、104 和0 Ω·m2 进行计算，结果如图 7 所示. 由图 7 可见，随着防腐层面电阻率的增大，管 道中心处的土壤电位 Esoil 增大，管道电位 Epipe 减 小，管道两端的规律相反. 以管道中心位置为例， 当防腐层面电阻率为 105 Ω·m2 时（3PE 防腐层）土 壤电位 Esoil 为 98.8 V，管道电位 Epipe 为 30.5 V，管 地电位 Epipe-to-soil 为–68.3 V；当防腐层面电阻率为 104 Ω·m2 时（煤焦油瓷漆）土壤电位为 86.0 V，管道 电位为 32.6 V，管地电位为–53.3 V；而当防腐层面 电阻率为 0 Ω·m2 时（裸钢管道）土壤电位为 39.3 V， −25 0 25 50 75 100 125 150 175 200 0 100 200 300 400 500 Esoil/V Pipe length/km (a) −25 0 25 50 75 100 125 150 175 200 100 110 120 130 140 150 160 170 180 (b) Epipe/V Pipe length/km 图 4    基础模型中管道沿线两种电位计算结果. （a）Esoil；（b）Epipe Fig.4    Calculation results of two potentials along the pipeline in the validation model: (a) Esoil; (b) Epipe 0 2 4 6 8 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Esoil/V Distance from grounding electrode/km 图 5    接地极周围土壤电位沿线分布图 Fig.5    Distribution of soil potential around the grounding electrode 袁    洵等： 高压直流干扰大幅值管地电位产生原因及影响因素分析 · 1563 ·