中国铁建电气化局集团第二工程有限公司 山西省太原市 030025
摘要：电气化铁路牵引供电系统分为交流工频单相25kV供电制式和直流1500V或750V供电制式两类，对沿线埋地金属管线的影响前者为交流电磁干扰影响，后者为直流杂散电流腐蚀影响。对交流电磁干扰影响及防护，国内主要的研究成果大多针对电力系统高压输电线，对直流杂散电流影响国内油、气管道行业通常利用阴极保护技术加以防护，但有针对性地结合电铁供电特点的金属管线防护技术和方法还有待进一步改善。
关键词：电气化铁路；埋地金属管线；影响；防护技术
1关于埋地金属管线
1.1土壤腐蚀环境
在土壤环境中发生的腐蚀的情况的金属和合金被称为土壤腐蚀，而它是由于土壤中存在的水分、气体、杂散电流和微生物的作用，使得埋地金属管线遭到腐蚀和损坏。由于土壤中不仅仅存在水分以及气体等，还设有电缆以及其他的通讯设施，所以一旦埋地金属管线遭到腐蚀，就会影响到其他的设施的正常运行，从而给人们的生活带来不便，以至于给某些相关公司与企业带来经济损失。
由于土壤的成分中含有许多复杂的物质，所以就使得腐蚀情况各异。比如说，同样一样的埋地金属管线，有的腐蚀很严重，另外的却还如以往的原有的模样。这就需要我们探索其中的规律，找出其中的原因所在。更令人吃惊的是古人，我们都知道古代的文物中的挖掘出的铁器，还几乎如新，这是由于土壤的原因还是其他的因素造成的呢？我们可以根据古代文物的保存，研究出其中不锈蚀的原因，从而为我们的埋地金属管线的腐蚀提供解决的方法。
1.2其他腐蚀
凡是同水、土壤和湿润空气相接触的金属设施在微生物生命活动中发生腐蚀的腐蚀过程就是微生物腐蚀的范畴与定义。例如可腐蚀率在大量硫酸盐还原菌参与腐蚀的时候就会成倍的增加使得埋地金属管线受到损害。由于土壤的性质的各异，就使得沿线腐蚀环境也各有不同。再加上各个埋地金属管线建设的时间也是不同的，因此埋地金属管线的腐蚀情况也会不同。由于以上诸多的因素，从而会使得埋地金属管线因为腐蚀的不同，而产生许多类型的腐蚀原电池。由于地质的复杂，所以埋地金属管线的防层很容易遭受破坏，从而影响管道的正常运输。另外，由于广泛的运用腐蚀原电池，所以其他的不同种类的电池也会因此产生，从而使得埋地金属管线遭到损害。这是因为产生的不同的腐蚀原电池会加速埋地金属管线的腐蚀，从而使得埋地金属管线在很短的时间内就被腐蚀与破坏。
2防护方案研究
防护方案主要分直接排流法和排流器排流法。直接排流法是指将被干扰管道与钢材构成的地床用导线直接连接起来，如果用镁、锌、铝等活泼金属作为接地极构成地床则通常又被称为负电位排流法；排流器排流是指被干扰管道与地床之间接入专用排流设备。直接排流法虽然施工简单，造价低廉，但其破坏了管道的整体绝缘，影响管道自身阴极保护，容易引起次生腐蚀，因此仅在少数情况下应用于非重要管道。排流器排流是目前主流方式，排流设备主要有箝位式排流器和固态去耦合器2种类型。两者各具优缺点，分述如下。
2.1箝位式排流器优点
国内自有知识产权，技术成熟，交流排流效果较好；经过不断改良，二代产品排流、测试、测量等模块整体封装，操作简单，维修方便；在干扰电流负半周流过时，为管道提供-0.9V左右的负电位，变“废”为“宝”；故障情况下处于接地导通状态，维持排流功能。箝位式排流器缺点：交流排流过程中，仍然会造成部分管道阴保电流漏失，同时二极管的残压作用，在一定程度上造成管道保护电位波动；直流阻断电压不可调；不具备保护管道防雷击功能。
2.2固态去耦合器优点
真正做到在排流过程中“隔直通交”；直流阻断电压可根据用户需求设置，应用更广泛；具有管道雷击防护功能。固态去耦合器缺点：为国外引进技术，各元件阻抗匹配技术复杂，国产后技术不过关，性能不稳定，发热较严重；装置在工程使用过程中必须安放测试桩，增加工程量；电容元件在管道阴极保护电流断电时放电，影响管道产权单位对阴保系统的维护测试；故障情况下装置处于断开状态，失去排流功能。
电气化铁路干扰防护设备应该只针对解决牵引电流带来的各种影响，因此固态去耦合器中附加的管道雷击防护功能可以去除，综合考虑固态去耦合器和箝位式排流器的优缺点，二者取长补短，结合起来改进去耦合排流器如图1所示。采用电解电容与箝位排流节相结合，以电容作为“隔直通交”的主排流通道，以箝位排流节替代原先去耦合器采用的易发热、易损坏、价格昂贵的晶闸管元件，直流阻断阀值固定为-2.1/+0.7V。利用箝位排流中的直流电压残留，确保电容两端电压限制，不至于受到冲击后击穿，同时箝位排流节作为大电流情况下主泄放通道。结合电容蓄电平衡滤波功能，使阴保直流在该排流器上获得一定的电量存贮，从而保证直流电位更加趋于稳定。采用压敏元件构成的浪涌保护器，保证排流器在地中涌流影响下排流器的安全。
图1 去耦合器改进方案原理图 图2 可选电压式排流电路结构示意图
3直流牵引供电的影响及解决方案
3.1管道直流干扰影响评估
《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》（GB50991-2014）规定：当在管道上任意点的管地电位较自然电位正向偏移（极化）20mV，或者管道附近土壤的电位梯度大于0.5mV/m时，确定有直流干扰。当在管道上任意点的管地电位较自然电位正向偏移（极化）100mV，或者管道附近土壤的电位梯度大于2.5mV/m时，管道应采取直流排流保护或其他防护措施。
3.2防护方案研究
直流电气化铁路沿线的油、气金属管道防护，目前多采用通过由二极管构成的排流器经负电位地床强制排流方式，该方式不能区分管道上的感应干扰是否造成了腐蚀而直接排流，因此埋地镁阳极在实际不需要排流的状态下也造成消耗，从而减少阳极使用寿命，增加运营成本。针对上述问题，本文提出一种可选电压式排流电路结构，设计思想如图2所示，阴极保护电位根据使用条件而设定，在满足设定条件情况下方可排流，根据环境条件而设定阴极保护电压，实现按需排流的智能电路结构。将排流回路一端连接到金属管道，另一端连接到镁阳极，通过检测回路比较管道实测的电压与设定开关的预设电压进行比较，根据逻辑判定结果，控制回路决定排流回路是导通还是截止。同时排流回路设有常规二极管排流的备用通路，在主回路出现故障时，可以通过控制投入备用回路。
4结论
通过研究埋地金属管线防腐层的腐蚀情况，并根据腐蚀原因提出了一些埋地金属管线防腐层状态的检测方法。为了防止埋地金属管线被腐蚀，我们一定要检测好防腐层的状态，合理运用当今的先进的科学技术，找出最好的埋地金属管线防腐层状态的检测方法。
参考文献：
[1]蒋玉卓，于方涌.埋地管道防腐技术浅析[J].内蒙古石油化工，2014.
[2]武维胜，黄小美，臧子旋，陈亮.埋地管道腐蚀检测与评价技术[J].煤气与热力，2015.
论文作者:康常乐
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/4
标签：管道论文; 管线论文; 金属论文; 电位论文; 防护论文; 土壤论文; 耦合器论文; 《基层建设》2016年6期论文;