本文介紹了埋地鋼質燃氣管道受到地鐵系統產生的雜散電流干擾影響，提出了一種科學合理的檢測方法，該方法能夠有效的檢測與評價雜散電流對埋地鋼質管道的影響程度，以及如何分析雜散電流的流入流出區域。并且通過實際工程應用論證了該方法的有效性與科學性，為相關工程提供了較好的參考價值。

 

    文| 王春起　曹光貴　?！∥ā》鹕绞腥細饧瘓F股份有限公司

 

    隨著我國城鎮建設的快速發展，城市軌道交通的建設出現了遍地開花井噴式的發展局面，特別是地鐵建設在一二線城市多數在開展。由于地鐵動力系統采用的是直流供電牽引模式，地鐵投入運行之后產生的雜散電流對周圍埋地鋼質管線的影響也日趨嚴重，特別是對城市埋地鋼質燃氣管道安全運行，帶來了很多安全風險問題。如杭州市、寧波市、深圳市、廣州市、佛山市等城市地鐵沿線區域埋地鋼質燃氣管道，由于受地鐵雜散電流干擾影響， 管道陰極保護系統保護電位數據均出現異常變化，有些區域導致燃氣管道發生嚴重腐蝕。

 

    雜散電流是否對埋地鋼質燃氣管道產生腐蝕影響，以及影響程度的大小，如何檢測與評價，目前各個城市的做法不一，由于地鐵雜散電流產生的復雜性，按照目前的國家規范進行檢測與評價往往存在一些難點和偏差。為此我們在實際工作中對地鐵雜散電流影響埋地鋼質燃氣管道，如何進行檢測與評價，做了一些探討和研究工作，下面把具體的檢測與評價方法詳細介紹供參考。

 

    評價方法原理簡介

 

    埋地鋼質燃氣管道在受到外界電流影響時，分析判別這個電流是對金屬管道產生腐蝕影響還是起到陰極保護作用，其分析判斷依據就是檢測分析這個電流對埋地鋼質燃氣管道產生的極化電位數據，當埋地鋼質燃氣管道的極化電位比其在該位置土壤中的自然電位正向偏移時，埋地鋼質燃氣管道是腐蝕狀態（陽極傾向）--即外界電流對管道產生電解腐蝕作用，說明這個電流是從埋地鋼質燃氣管道中流出；當極化電位比埋地鋼質燃氣管道的自然電位負向想偏移時，埋地鋼質燃氣管道是處于陰極保護狀態（陰極極）--即外界電流對管道起陰極保護作用，說明外界電流是從周圍環境中流入埋地鋼質燃氣管道。因此檢測獲得埋地鋼質燃氣管道在雜散電流影響情況下的極化電位是一項重要工作。

 

    在GB-T21448-2008《埋地鋼質管道陰極保護技術規范》陰極保護準則中規定，（1）管道陰極保護電位（即管/ 地界面極化電位） 應負于-850mV 或更負；（2）管道去極化電位差大于等于100mV （即極化電位較自然電位負100mV），管道處于完全陰極保護狀態，在完全陰極保護狀態下管道不會與周圍環境發生電化學腐蝕反應。在規范中還要求“埋地鋼質燃氣管道的陰極極化電位不能夠負于-1200mV”，極化電位更負情況下管道可能發生陰極剝離反應。

 

    檢測方法

 

    當埋地鋼質管道上存在地鐵雜散電流干擾情況下，管道的對地電位會出現異常的波動現象，采用普通萬用表與硫酸銅參比電極檢測方法，很難獲得管道的陰極保護電位（管/ 地電位）準確的數據，采用瞬時斷電法直接測量管道的極化電位就更不可行， 因為雜散電流在管道上始終存在無法斷開。因此要評價地鐵雜散電流對埋地鋼質管道是否產生腐蝕影響，首先需要解決雜散電流干擾情況下管道極化電位的測量方法。

 

    檢測管道的極化電位的方法我們進行多種實驗，用極化探頭檢測由于受人為因素影響較大，同一個點不同人之間的檢測數據有很大誤差；采用檢測試片加手動開關斷電法檢測數據誤差也較大，這兩中方法效果均不理想。通過多次試驗后，用試片加電流中斷器，再用密間隔電位檢測儀（CIPS）檢測試片的極化電位效果較好。方法是：檢測時在埋地鋼質燃氣管道上用導線連接一個與管道材質相同的標準測試片，并將測試片埋在管道附近約10cm- 20cm 地下，為了保證試片與土壤有良好接觸可以適當澆水以確保試片與大地良好接觸，管道與測試片的導線中間串接一個電流中斷器，這樣測試片與管道和大地三者之間構成一個電流導通的回路（接線方法見圖1）。埋地燃氣管道上的各種電流通過導線- 電流中斷器-測試片-大地回流，這時各種電流對測試片產生極化效應。通過電流中斷器的“通與斷”，可控制雜散電流在試片上的流動與斷開，再用測量儀器CIPS 檢測試片的瞬時“通與斷” 電位，即可視為管道的管/ 地電位Von（CSE）和管道的Voff（CSE） 電位-即極化電位，可視為雜散電流對管道產生的極化影響。

 

 

    有關測試片的面積大小對檢測結果的影響，和極化電位檢測結果如何去除IR 降影響--即斷電延遲時間影響，我們也做了相關的實驗，兩試片的面積分別為10cm×5cm×7mm、5cm×2.5cm×7mm。檢測所用密間隔電位檢測儀（CIPS）由加拿大PETER 公司生產，CIPS 測量主機與電流中斷器之間“通與斷”同步， 采用GPS 衛星時鐘同步，保證了CIPS 測量主機與電流中斷器之間檢測同步。

 

    在保證兩塊測試片被電流充分極化的情況下，設置中斷周期為3s，其中通電時間開2s，關斷時間1s，關斷后向后延遲，從5ms-250ms 每隔5ms 測量一組測試片的Voff（CSE）電位--即極化電位和Von（CSE）電位，檢測數據分析見圖2。

 

    分析試驗數據說明，測試片在被電流極化后，利用斷電法檢測極化電位時，斷電后再延遲一定時間測量，就可以消除土壤中IR 降的影響，延遲后測量的試片電位即為極化電位。分析試驗數據得到，向后延遲約70ms-250ms 之間測得的電位數據變化很小， 說明70ms 后檢測電路中的電流已經下降到接近零，即電路中的IR 降為零。斷電后0ms-70ms 之間還有殘余電流存在。

 

    在充分考慮消除土壤中IR 降，保障極化電位不受影響情況下， 極化電位測量系統設置為：電流中斷器中斷周期為3s，其中通電時間開2s，關斷時間1s，關斷后向后延遲為100ms 開始測量測試片的電位--即視為極化電位。

 

    雜散電流檢測實例

 

    區域概況

 

    佛山市燃氣集團有限公司的一條中壓埋地鋼質燃氣管道，與廣佛地鐵并行，位于地鐵線路的上方，水平距離均在10 米范圍以內， 并行長度約10 公里。廣佛地鐵通車以后，日常檢測中發現管道電位出現異常強烈波動，通過24 小時監測管道電位變化，發現管道電位波動范圍在-3.226V-+0.846V 之間，波動時間出現在每日5:00 點-24:00 點，這個時間是地鐵運行期間；每日0:00 點-5:00 點之間管道電位穩定，與沒有通地鐵前基本相同，這個時間是地鐵停運期間（檢測數據分析圖見圖3）。檢測數據說明埋地燃氣管道上存在強雜散電流干擾，雜散電流來源于地鐵運行期間。

 

 

    雜散電流影響檢測

 

    為了解地鐵雜散電流對埋地燃氣管道的危害程度大小，需要檢測地鐵雜散電流對管道產生的極化電位，檢測過程中，既檢測了地鐵運行期間的燃氣管道極化電位，又檢測了地鐵停運期間管道的極化電位。地鐵運行期間檢測安排在每日的8:00-20:00 之間；地鐵停運期間檢測，安排在每日凌晨0:00 點-5:00 點之間進行。約10 公里埋地燃氣管道共計設置20 個監測點，檢測時每個檢測點按圖1 方式接線，每個點連續監測15 分鐘，每3 秒鐘（開2S、關1S、關斷后100ms 測量Voff）記錄一組測試片的VON 電位和Voff 電位，檢測的同時用另一個相同的測試片測量對應點的自然電位，共計獲得40 組管道電位檢測數據。20 個監測點檢測數據分析統計情況見表1《地鐵沿線區域主干管道雜散電流檢測數據分析結果一覽表》和雜散電流監測數據分析曲線圖4- 圖5。

 

    檢測數據分析

 

    地鐵停運期間管道的極化電位比較穩定，可以視為管道在沒有地鐵雜散電流干擾情況下的陰極保護電位。地鐵運行期間由于燃氣管道受到地鐵產生的雜散電流影響，管道的極化電位會發生偏移或波動，偏移或波動范圍越大說明雜散電流影響越嚴重。如果管道受到地鐵產生的雜散電流影響，極化電位比沒有干擾情況下“負向”偏移，說明地鐵雜散電流是流入管道，若負向偏移沒有比1200mV 更負，則雜散電流對管道沒有影響，是起保護作用。若管道受到地鐵產生的雜散電流影響，極化電位比沒有干擾情況下“正向”偏移，說明地鐵雜散電流是流出管道，雜散電流對管道產生腐蝕影響。1 號和10 號兩個監測點數據分析圖可以一看出， 1 號點地鐵運行期間管道的極化電位，有正向偏移趨勢，說明這個區域雜散電流是從管道上流出，通過調查也證實，1 號點距離地鐵系統匯流站最近，只有100 米左右；10 號監測點在地鐵運行期間，管道的極化電位有明顯的負向偏移，說明是地鐵雜散電流的流入區域，雜散電流對管道沒有影響。

 

 

    更進一步分析管道的電位檢測數據（見圖4 和圖5），發現， 管道上存在雜散電流時，極化電位（Voff 電位）波動范圍明顯比開電位（VON 電位）收窄很多，特別是地鐵雜散電流引起VON 電位負向偏移時，管道的極化電位幾乎沒有負向偏移發生變化（或很?。?，說明引起電位負向變化的雜散電流對燃氣管道影響很小。而管道受雜散電流影響，VON 電位正向波動時，管道的極化電位同時發生正向偏移變化，說明引起電位正向變化的電流對燃氣管道影響很大，會產生腐蝕。

 

 

    結論

 

    （1）埋地鋼質燃氣管道受到地鐵系統雜散電流干擾影響時， 測量管道的極化電位分析與評價雜散電流對管道的影響程度，是一種較好的方法；

 

    （2）埋地鋼質管道上存在直流雜散電流干擾，檢測管道的極化電位時，可以采用與管道材質相同的測試片法測量。方法是用導線把測試片和管道連接在一起，測試片埋地與管道構成電流回路，在導線上安裝電流中斷器，用CIPS 檢測儀測量試片的極化電位， 即可視為管道的極化電位；這種瞬時斷電測量法，測量結果準確可靠，數據結果不因檢測人員改變而發生變化；

 

    （3）檢測所用測試片面積以5cm×2.5cm× 測量管道的厚度為宜，這種規格的測試片與管道連接后在-1.2V 左右的管道電位時， 5 分鐘左右即可完全被極化，測試片面積越大需要的極化時間越長；

 

    （4）瞬時斷電法測量極化電位，電流中斷器中斷周期設置為3s，其中通電時間為2s，關斷時間1s，斷電后再向后延遲100ms 測量測極化電位較好，可以去除IR 降的影響，極化電位又沒有明顯下降。