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什么是排流器

简单地说,排流器就是将高压输电线路和交流电气化铁路在管道上感应出来的交直流杂散电流安全排放到地,排除杂散电流对金属结构物和阴极保护系统影响的电气设备。


应用背景

为了有效利用土地资源,管道通常和高压输电线路、电气化铁路走同一公共走廊,交变电场会在管道上感应出交流电,而且管道涂层不可能做到百分之百无一个漏点(又叫破损点),电流如果从这些破损点流出,就会对管道形成交流腐蚀,交流腐蚀最早在国外发现,并形成了系列标准,如DD CEN/TS 15280:2006阴极保护管道的交流腐蚀评估,NACE SP 0177-2007交流缓解和雷电对金属结构和腐蚀控制系统的影响等,我国也有SY/T 0032,但不太适应当前管道使用环境,过去我们的交流高压输电线路电压一般在220kV以下,电气化铁路也不多,管道涂层多采用沥青涂层,所以管道上感应到的电流小,加之涂层性能不是很好,漏点相对较多,这些电流分散流出,腐蚀不明显,但现在我们国家“十二五”规划要投资超过3000亿元建“三纵三横”特高压交流输电骨干网架,电压都在1000kV以上,电气化铁路目前有3.2万公里,到2020年将建成总里程12万公里的电气化铁路,管道的建设速度也在加快,未来10年将由现在4万公里增加到10万公里,加上现代高绝缘涂层的应用,管道应用环境更加恶化,所以交流腐蚀控制变得越来越重要。


杂散电流所造成的后果

1、交流腐蚀穿孔;

2、人员和牲畜触电;

3、管道涂层绝缘击穿;

4、管道铜质损坏;

5、烧坏相连电气设备;

6、引燃和引爆输送油气介质。

秦京输油管道紧邻电气化铁路,检测到电干扰AC67V。2007在中石化成品油管道上检测到AC49V,管道穿孔泄漏并疑似电击损伤。2006年在贵昆电气化铁路旁的成品油管道上检测到AC电压107V,持续时间10分钟。忠武输气管道在一些地段与500kV高压线长距离平行铺设,管道上的电压超过30V。2003年11月在输气两付线石板站,拍摄到被闪电损坏的CP仪器,电路板元器件烧坏,线路烧断。同年10月,在渡两输气管道上,测试到高达72V交流电压。

排流器的原理

将管道(或金属结构物)上的杂散电流引向排流器,并经由排流器流入大地或流回干扰源,从而避免杂散电流直接从管道流入土壤造成电化学腐蚀,这就是排流器的工作原理。排流器不能影响阴保系统的工作,同时要考虑其自身受到的雷电过电压和高压输电电塔故障电流的影响。

排流器的选用

在排流的工程实践中,大多数情况是将杂散电流排入大地而不是流回干扰源,因此不仅要考虑排流器的参数,同时还要考虑安装点的位置,接地极或排流地床的选择,否则即便安装了排流器,也很难达到排流效果。另外要同时考虑直流杂散和交流杂散,因为管道运行的环境既复杂也会发生变化,杂散电流干扰源常常会增加。


如今,中国对能源的需求迅猛增加,输油、输气管道建设突飞猛进,以每年约5000公里的速度增长。管道的安全防护已受到广大用户的重视。

管道的安全防护主要包括防腐、抗电磁干扰等。其中,管道的抗电磁干扰技术,在国外已十分成熟,在国内仍处于成长时期。电磁干扰无处不在,它不仅对于管道自身、与其相连的仪表设备和管道的维护人员构成威胁,还对防腐工程中的阴极保护系统的稳定性造成影响。

当埋地金属管线平行或者交叉地紧挨着一条直流供电的电气化铁路铺设时,可能产生一种由于直流杂散电流排放而引起的杂散电流腐蚀危险(如下图)。因为任何埋在土壤中的管道道都相当于一个低电阻的电流通道,而地面铁轨与大地不可能完全绝缘,加之铁轨本身存在着电压降,因此会有部分工作电流流入大地形成杂散电流,并沿着管道流动。从电化学本质来说,杂散电流的作用区,不仅由于产生杂散电流腐蚀而导致埋地管线的腐蚀速率非常高,管线的阴极保护系统同样也会受到严重的干扰,这就是对阴极保护系统的干扰。由于从运行铁轨汲取过多的直流杂散电流,可能会产生一种过保护的危险。直流电气化铁路的平行延伸,和过多的保护电流集中于防腐层的缺陷处,都使得过保护危险增大。


干扰过程的有效影响与时间长短有密切关系,所以要区分瞬间干扰与长期持续干扰。瞬间干扰很少发生,它是高压装置发生故障(接地短路、雷电影响等)所造成的,数量级可达几千安培,持续时间≤0.5S。长期干扰是个持续影响,但其电压比瞬间干扰的电压低,能够达到几十伏的水平。防止交流干扰及防止阴极保护电流因交流杂散电流而流失的有效措施是: 在管道和接地极之间加装排除交流并隔离直流的保护装置。


户外埋地铺设的管道同时还会受到直击雷、感应雷的威胁。无论是直击雷还是感应雷的作用,都会在管道上产生频率高、幅值大的浪涌过电压。这些过电压会严重损坏与管道相连的仪器设备,甚至危及管道维护人员的生命。此外,开关操作过电压和系统暂态过电压都会带来同样的危害。因此,管道保护还需要考虑大电流(浪涌电流)的泄放问题,可安装具有防浪涌电流的保护装置(如SPD)。


森图公司通过对管道保护技术、阴极保护系统、排流技术、防雷技术的深入研究后设计、生产了CTR系列固态去耦合器。CTR系列固态去耦合器符合国际和中国的相关标准要求。它不仅能有效排除交流杂散电流及隔离直流,还能快速将过电流(浪涌电流)泄放至大地,确保管道的安全。


CTR系列固态去耦合器由多个功能单元构成,包括GDT 单元、AC滤除单元、DC退耦单元、箝位单元。它的作用是对干扰电流进行排流,并将管道电压控制在阴极保护系统所需的有效范围内。同时,GDT滤除单元还能高效地将浪涌电流泄放至大地,减少因雷击、操作过电压等带来的危害,确保与管道相连的仪器设备及管道维护人员的安全。

特点

1、具有比SPD更低的钳位电压(仅适用于交、直流固态去耦合器);

2、具有防护管道受到交直流干扰和交直流腐蚀的功能;

3、具有防护直击雷击中管道的大电流排流功能;

4、具有雷电电磁干扰的电阻性耦合、电容性耦合、电感性耦合的排流功能。



应用场合

1、油气管道交直流排流;

2、管道电位梯度垫(接地垫)的去耦合;

3、绝缘法兰接头间的AC连接;

4、必须进行交流连接的异种金属间的去耦合;

5、阴极保护系统中的电气的设备整体AC接地或者DC隔离。

产品测试

实验室测试:CTR系列固态去耦合器经过严格的测试,性能稳定、可靠,测试结果见下图:

现场测试:

测试环境:山西省忻州市神池县官庄村;陕京管道(348,F2 P 0503),距离现场输气管道约50米处,平行铺设有25kV电气化
交流铁路,交流干扰较为严重,尤其是当火车运行经过时。现场交流干扰的情况比较典型。
测试结果:CTR系列固态去耦合器全部试验性能优于同类产品

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产品选用

1. ?DC阀值电压:连接固态去耦合器两点间的开路DC电压必须在固态去耦合器的DC阀值电压范围。

2. ?AC稳态电流:连接固态去耦合器两点间的短路稳态AC-RMS(交流-有效值)应小于45A(固态去耦合器的AC稳态电流)。

放置点的选择

可根据实际情况及排流工程的测试结果,在被干扰结构物上选取一点或多点作为排流点,分别放置固态去耦合器。

排流点的选取可参考如下:

1. 位置条件

被干扰管道的首、末两端;

管道接近或离开“公共走廊”并与干扰源有一平行段处;

管道与干扰源距离发生突变处;

管道穿越干扰处。

2. 技术条件(管道的排流点)

管地位最正处;

管地位较正且持续时间最长处;

管道防腐层电阻率、大地导电率发生变化的部位;

土壤电阻率小、易于设置地床的场所;

便于安装与维修排流装置的位置。

3. ?技术条件(轨道的排流点)

轨道地电位为负且轨道-管道电位差较大的点;

轨道地电位为负且数值大、持续时间长的点;

直流整流器负极或交叉跨接处。







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