1562 工程科学学报.第43卷，第11期 表1管道参数 Table 1 Pipe parameters Outer radius Vertical distance between Parameters Wall thickness/Depth the pipeline and grounding Resistivity of anticorrosive Pipe length/ of pipe/ mm m coating /(O-m2) km mm electrode/km Basic model 400 50 2 > 105 185 Vertical distance between the pipeline and grounding electrode 400 50 1/3/5/10 1035 100 Pipeline anticorrosive coating 400 50 5 0/10/105 100 Pipe length 400 50 2 5 105 1/510/30/50/100 Soil structure 400 50 105 100 3大幅值管地电位的产生原因及影响因素 表2高压直流接地极参数 Table 2 Parameters of high-voltage direct current(HVDC)grounding 分析 electrode Current in monopolar 利用第1节验证后的模型模拟了高压直流接 Radius of outer Radius of inner Depth/ mode/A Structure ring/m ring/m m 地极单极运行时对埋地管道干扰产生的管地电位 3200 Dual-loop 315 240 3.5 分布.由图2可知，管道在测试点1处的管地电位 structure 高达-304V,为了探究其高幅值的原因，首先结合 软件以无穷远处为电位零点，定义了三个参数： 表3土壤结构参数 Eso一土壤中的电位，即土壤相对于远地点（零点） Table 3 Soil structure parameters Layers Thickness/m Resistivity/(.m) 的电位；Ep即e一管道的电位，即管道钢金属相对于 远地点（零点）的电位；Eppeo0一管道对近地电 First layer 2.5 25 位，简称为管地电位 Second layer 8.1 60.5 由图3所示为三种电位的位置示意图，图4为 Third layer 6 790 基础模型计算得到的土壤电位E和管道电位 Epre电位图，而管地电位p-sol得到的结果即 2 模型验证 图2的结果.以管道受干扰程度最大点的电位为 例，模型计算得到的Eoi为478.3V,Ep为159.2V, 为了探究利用软件建立模型的可行性，本文 而管地电位即Epp-oil为-319.1V,可以看出他 基于某实际现场案例参数（表1中基础模型参数） 们之间的关系为p-soi=Epipe-Eo,这也与图3 建立模型，并利用现场监测数据与模拟结果作对 给出的关系相符.因为通常在地表测得的管道对 比，计算结果及现场数值匹配如图2所示.可以看 地电位，是由管道电位和附近土壤电位共同决定 出现场监测数据与数值模拟计算结果吻合较好， 的，而且管道电位和附近的土壤电位会因为管道 即模型是合理可行的 或接地极的某些参数发生改变而产生不同的结 果.比如由图5所示，从接地极中心处垂直延伸至 ·Field test data 100 管道外侧的测试点1处的垂直线上，随着管道离 Software simulation results Test point 3 接地极的距离越大，Eo不断下降.这是因为当接 0 地极放电时，会在土壤中产生一个地电场，接地极 2 -100 Test point 2 类似于一个电场源，其周边的土壤电位会变成一 种等电位线的梯度场，距离接地极越远，土壤电位 -200 越低.因此为了探究哪些参数改变时会影响管道 -300 Test point 1 电位和土壤电位，进而产生高幅值管地电位，本文 -400 将利用CDEGS软件建立模型，基于表1~3给出 0 50 100 150 200 Pipe length/km 的参数探究接地极与管道之间的垂直间距、管道 图2模型计算结果与现场数据匹配图 防腐层、管道长度和土壤结构四个因素对管地电 Fig.2 Matching diagram of model calculation results and field data 位的影响规律表 1 管道参数 Table 1   Pipe parameters Parameters Outer radius of pipe / mm Wall thickness / mm Depth / m Vertical distance between the pipeline and grounding electrode / km Resistivity of anticorrosive coating / (Ω·m2 ) Pipe length / km Basic model 400 50 2 7 105 185 Vertical distance between the pipeline and grounding electrode 400 50 2 1/3/5/10 105 100 Pipeline anticorrosive coating 400 50 2 5 0/104 /105 100 Pipe length 400 50 2 5 105 1/5/10/30/50/100 Soil structure 400 50 2 5 105 100 表 2 高压直流接地极参数 Table 2   Parameters of high-voltage direct current (HVDC) grounding electrode Current in monopolar mode / A Structure Radius of outer ring / m Radius of inner ring / m Depth / m 3200 Dual-loop structure 315 240 3.5 表 3 土壤结构参数 Table 3   Soil structure parameters Layers Thickness/m Resistivity/(Ω·m) First layer 2.5 25 Second layer 8.1 60.5 Third layer ∞ 790 2    模型验证 为了探究利用软件建立模型的可行性，本文 基于某实际现场案例参数（表 1 中基础模型参数） 建立模型，并利用现场监测数据与模拟结果作对 比，计算结果及现场数值匹配如图 2 所示. 可以看 出现场监测数据与数值模拟计算结果吻合较好， 即模型是合理可行的. 0 50 100 150 200 −400 −300 −200 −100 0 100 Test point 3 Test point 1 Test point 2 Field test data Software simulation results Pipe length/km Epipe-to-soil/V 图 2    模型计算结果与现场数据匹配图 Fig.2    Matching diagram of model calculation results and field data 3    大幅值管地电位的产生原因及影响因素 分析 利用第 1 节验证后的模型模拟了高压直流接 地极单极运行时对埋地管道干扰产生的管地电位 分布. 由图 2 可知，管道在测试点 1 处的管地电位 高达−304 V，为了探究其高幅值的原因，首先结合 软件以无穷远处为电位零点，定义了三个参数： Esoil—土壤中的电位，即土壤相对于远地点（零点） 的电位；Epipe—管道的电位，即管道钢金属相对于 远地点（零点）的电位；Epipe-to-soil—管道对近地电 位，简称为管地电位. 由图 3 所示为三种电位的位置示意图，图 4 为 基础模型计算得到的土壤电位 Esoil 和管道电位 Epipe 电位图，而管地电位 Epipe-to-soil 得到的结果即 图 2 的结果. 以管道受干扰程度最大点的电位为 例，模型计算得到的 Esoil 为 478.3 V，Epipe 为 159.2 V， 而管地电位即 Epipe-to-soil 为–319.1 V，可以看出他 们之间的关系为 Epipe-to-soil=Epipe–Esoil，这也与图 3 给出的关系相符. 因为通常在地表测得的管道对 地电位，是由管道电位和附近土壤电位共同决定 的，而且管道电位和附近的土壤电位会因为管道 或接地极的某些参数发生改变而产生不同的结 果. 比如由图 5 所示，从接地极中心处垂直延伸至 管道外侧的测试点 1 处的垂直线上，随着管道离 接地极的距离越大，Esoil 不断下降. 这是因为当接 地极放电时，会在土壤中产生一个地电场，接地极 类似于一个电场源，其周边的土壤电位会变成一 种等电位线的梯度场，距离接地极越远，土壤电位 越低. 因此为了探究哪些参数改变时会影响管道 电位和土壤电位，进而产生高幅值管地电位，本文 将利用 CDEGS 软件建立模型，基于表 1～3 给出 的参数探究接地极与管道之间的垂直间距、管道 防腐层、管道长度和土壤结构四个因素对管地电 位的影响规律. · 1562 · 工程科学学报，第 43 卷，第 11 期