2024年6月7日发(作者：)
应用固态去耦合器减缓交流干扰的效果评价
宋晓琴;王文强;蓝卫;徐承伟
【摘 要】受高压交流输电线路接地极影响,三层聚乙烯防腐蚀层(3LPE)管道容易受
到较强的交流干扰,通常采取“固态去耦合器+接地极”的减缓措施.通过对交流减
缓效果、阴极保护效果、排流影响范围、直流漏流量等现场参数进行测试,全面介
绍了一种固态去耦合器性能评价方案,并指出现有固态去耦合器在使用过程中存在
过度设计及故障电流下铜接地极易出现电偶腐蚀等风险.%"Solid state decoupler
+ copper grounding",as a common AC mitigation measurement,is often
used in underground pipelines which are coated with three layer
polyethylene coating and affected by grounding of adjacent high voltage
AC transmission lines.A comprehensive solid state decoupler evaluation is
introduced by means of the field parameter test of AC mitigation
performance,cathodic protection and DC risk of excessive
design and copper grounding prone to galvanic corrosion is also pointed.
【期刊名称】《腐蚀与防护》
【年(卷),期】2017(038)011
【总页数】4页(P885-888)
【关键词】固态去耦合器;交流减缓;接地极;阴极保护
【作 者】宋晓琴;王文强;蓝卫;徐承伟
【作者单位】西南石油大学石油与天然气工程学院,成都610500;西南石油大学石
油与天然气工程学院,成都610500;中国石油管道科技研究中心油气管道输送安全
国家工程实验室,廊坊065000;中国石油管道科技研究中心油气管道输送安全国家
工程实验室,廊坊065000
【正文语种】中 文
【中图分类】TE988
随着经济的迅速发展，高压输电线路及埋地钢质管道在“公共走廊”内长距离并行
和交叉的现象逐渐增多[1-3]。当钢质管道与高压线杆塔之间的距离小于安全距离
且采用高绝缘性能的3LPE防腐蚀层时，管道容易因电磁感应耦合等因素而受到严
重交流干扰。国内外相关标准主要通过测量交流电位及交流电流密度等参数来判断
干扰程度，并提出相应的减缓措施，以降低管道的交流腐蚀风险[4-5]。目前常用
的减缓方式有直接接地、牺牲阳极接地及固态去耦合器接地等[6-7]。与其他排流
方式相比，“固态去耦合器+接地极”的排流方式具有抗雷电和故障电流效果好、
阴极保护电流损失少、启动电压低等优点。固态去耦合器已在国内研制成功并在工
程实践中广泛应用，但缺乏对固态去耦合器性能评价、阴极保护运行影响评价及管
道排流有效性评价等方面的研究。
目前，国内外相关标准仅提出了交流干扰的减缓目标，均未涉排流效果评价的相关
内容。GB/T 50698-2011《钢质埋地管道交流干扰预防技术标准》指出：1) 排流
设施不得对管道阴极保护有效性造成影响；2) 排流评价点的选取原则；3) 排流前
后测试过程、方法及设备的统一性原则；4) 在土壤电阻率不大于25 Ω·m的区域，
管道交流干扰电压低于4 V；在土壤电阻率大于25 Ω·m的区域，交流电流密度小
于60 A/m2；5) 在安装阴极保护管道上的持续干扰电压和瞬间干扰电压应低于相
应设备所能承受的抗工频干扰电压和抗电强度指标，并满足安全接触电压的要求。
NACE SP 0177-2014提出“交流及雷电保护设计考虑因素应包括稳态条件和故障
条件，应明确减缓措施及目标”。国内外标准中缺乏后评价检测内容，易使管道管
理单位忽视对固态去耦合器性能及其对阴极保护效果的评价。本工作介绍了一种固
态去耦合器的评价方案。
目前常用固态去耦合器的类型主要有二极管模式和晶闸管模式[8]，内部电子元件
主要包括二极管(晶闸管)、电容及浪涌保护装置等。其中,二极管(晶闸管)主要起隔
断/导通直流电流功能；电容主要起导通交流电流功能，稳态交流电流通过电容及
接地地床由管道流向大地；浪涌保护装置与电容器或二极管(晶闸管)并联，主要由
气体放电管构成，导通雷电等大电流。
目前国内外尚未有标准对固态去耦合器的技术参数进行规范，仅有生产厂家提出去
耦合器的主要技术参数及指标要求。表1为某厂家产去耦合器的主要技术参数，
包含阈值电压、直流泄流量、交流故障电流、稳态交流电流及雷电冲击通流容量能
力等。
固态去耦合器减缓交流干扰效果的主要评价内容有：1) 固态去耦合器交流排流效
果评价；2) 排流点位置对上下游管道交流干扰影响评价；3) 固态去耦合器直流漏
流量评价；4) 交流干扰管段阴极保护有效性评价；5) 开展去耦合器接地极性能评
价等。
某成品油管道，管径为φ710 mm，采用3LPE外防腐蚀层，交流干扰主要集中在
K514～K556测试桩，干扰管段总长约40 km。两处干扰源为路由与管道交叉的
220 kV和500 kV高压交流输电线路，交叉位置分别为K530+217 m与
K542+628 m处。两处固态去耦合器安装位置为K528-300 m和K542+573.7 m
处。所选用的固态去耦合器为晶闸管、电容及浪涌保护器并联的结构。固态去耦合
器的性能指标见表1，排流点接地极均采用截面积为35 mm2的裸铜线，长度为
200 m，平行于管道铺设，距离为3 m。
由图1可见:两台固态去耦合器关闭时,在K529及K542测试桩处管道的干扰强度
最大，两处的土壤电阻率分别为14.6 Ω·m和24.8 Ω·m，计算可知平均交流电流
密度分别为439.9 A/m2和290.8 A/m2，属于“强”干扰，两处干扰源干扰较强
的影响范围分别为K522～K536测试桩及K539～K550测试桩。两台固态去耦合
器工作后,管道整体交流干扰明显受到抑制，尤其以K529及K542测试桩附近处
管道减缓效果为最佳，减缓后平均交流电压1.24 V和1.10 V，减缓率分别达到
95.8%和96.2%(见图2)。固态去耦合器虽然能使得排流点处交流干扰电压明显下
降，却使得去耦合器上下游交流干扰明显增加，如图1中K530～K536管段，交
流电压仍在10 V以上。根据标准要求，此处需要进一步增设排流点，使得全段满
足交流电压小于4 V的要求。
由表2可见：K528-300 m和K542+573.7 m两处交流排流量均远小于稳态交流
电流额定值，排流能力良好，触摸去耦合器外壳，未发现其出现过热现象。直流漏
流量测试结果表明，在去耦合器端子电压-2～2 V的工作范围内，仅K528-300 m
处的漏流量小于1 mA，而K542+573.7 m处去耦合器漏流量为-2.79 mA，虽不
满足小于1 mA的技术参数要求，但由于整体漏流量较小且未达到直流导通状态，
现场初步判断内部晶闸管性能可能退化，具体原因需要实验室进一步测试分析。此
外，两处去耦合器的内阻和1 mA极限漏流量时阈值均满足技术要求。
在管道外检测过程中，若固态去耦合器未与接地极断开会造成断电电位的测量结果
产生误差。固态去耦合器中内存在电容元件，起到“隔直通交”的作用。管道阴极
保护系统运行期间，管道与接地极之间的电位差会给电容持续充电。断电测试时，
电容会瞬间放电，使得电流通过接地极进入管道附近的土壤环境中，一旦周围有防
腐蚀层破损点，电流会从此处流入。电容器的放电量还没有衰减到可以忽略不计就
进行测试，会造成断电电位的测量值比真实值偏负，这是因为测量值包含电容放电
流经土壤的IR降。图3为两处去耦合器在0.1 A电流下充电48 h后放电过程中
附近测试桩记录的管地电位，可以看到在500 min内电位波动较大，且电位波动
随放电时间的延长变小，这可能是由相邻连接管道上的多个去耦合器中的电容元件
来回充放电导致的。放电一段时间后，断电电位才趋于稳定。SEGALL等[9]曾对
比研究了固态去耦合器运行及关闭两种工况下对断电电位测试结果的影响，显示在
固态去耦合器运行时，所测得的断电电位较断开时更负，且需经过较长的衰减放电
过程，两条断电电位测试曲线才趋于一致。
固态去耦合器放电造成的干扰会对沿线阴极保护测试带来负向误差，为了减小去耦
合器放电对阴极保护有效性评价的影响，推荐根据SY/T 0029-2012标准推荐的
极化探头或埋设检查片的方式进行阴极保护评价，并根据试片失重情况计算阴极保
护率和腐蚀速率，结果见表3。由表3可见:交流干扰管段阴极保护依然有效，阴
极保护下管道的腐蚀速率均低于0.01 mm/a，达到了阴极保护标准的要求。阴极
保护率均高于标准要求的不低于85%的指标。
交流干扰管段的排流效果取决于排流点位置、接地极的接地电阻及防腐蚀层质量等
因素。由固态去耦合器运行与关闭时测得管道上下游交流电位，可知K528-300
m和K542+573.7 m两处的固态去耦合器虽然能显著抑制排流点附近的管道交流
干扰，但影响的区域十分有限。图1显示在两处排流点的中间区域(K530～K536)
排流后交流电压仍在10 V以上，交流减缓率远逊于排流点附近的减缓效果。PCM
检测结果显示在K528-300 m附近的排流点处的防腐蚀层漏点较多，通过接地极
排出的交流电流在防腐蚀层漏点处重新进入管道造成“二次干扰”，需要重新设计
新的去耦合器位置。
在管道的交流干扰排流中，应综合现场的干扰情况，采取分步设计与施工，再辅以
干扰同步测试的方法，才能达到交流减缓的要求。对于距离较长且排流点较少的管
段，文献报道可以采用如下理论公式进行排流设计[10-11]
式中：Vo为排流前管道交流电压，V；Vmit为缓解目标电压，V； Z为管道特征
阻抗，Ω；R为接地极的接地电阻。针对某一管道，管道特征阻抗为固定值，当确
定目前交流干扰电压和减缓后的目标电压(通常为4 V)后，可以推断此时的接地电
阻，从而对接地极的长度或深度进行计算。对于干扰情况复杂的管段，则可以通过
收集现场的交流电压、交流干扰密度及土壤电阻率等参数，采用专业软件(如SES-
CDEGS)来进行干扰减缓方案的设计。
在管道的交流减缓设计中，既要避免排流点位置设计不当造成排流点远处管道交流
电压升高的现象，更要避免排流器过度设计的情况。目前新建管道的交流干扰减缓
设计中，突出存在固态去耦合器排流点及接地极过度及超前设计的现象，其中新建
管道通常每间隔几十公里，在站场(阀室)绝缘接头外侧，或者与交流输电线路、电
气化铁路交叉平行时就会安装固态去耦合器。排流点的设置，接地极的规模，与管
道之间的距离通常根据设计者以往的经验和现场施工条件随意设置。而埋地管段的
交流干扰强度主要取决于管道与交流输电线路等干扰源的位置关系。交流减缓设计
仍应以前期的建模为主，根据后期实测的现场参数优化排流点，尽量在合理的工程
投资下取得最良好的效果。
(1) 固态去耦合器故障短路时与铜接地极之间存在电偶腐蚀的风险。目前固态去耦
合器通常采用铜导线作为接地极，这是因为铜接地具有使用效果良好、自腐蚀速率
低等优点[11]。但是固态去耦合器遭受雷电等大电流时，会处于交、直流故障导通
状态，从而存在管道与铜接地之间发生电偶腐蚀的风险。此外，铜导线在得不到外
来电流保护且埋设在氧浓度高且潮湿的土壤环境中时，易在表面生成绿色的铜锈，
显著降低接地效果。
(2) 去耦合器上的残余电压及两端铜引线的感应电压易使绝缘接头两端电压差超过
耐受电压，造成其电击穿。安装时应尽量减少去耦合器与绝缘接头相连的铜引线的
长度。
探讨了固态去耦合器减缓交流干扰技术的内容，主要包括以下几项关键技术：1)
固态去耦合器交流排流效果评价；2) 排流点位置对上下游管道交流干扰影响评价；
3) 固态去耦合器直流漏流量评价；4) 交流干扰管段阴极保护有效性评价；5) 去耦
合器接地极性能评价。并根据减缓实例及设备指标要求提出相应的测试参数、关键
技术指标和影响因素。
由于过度设计固态去耦合器排流器,在减缓交流干扰的前提下，会给管道阴极保护
评价带来不利影响。在雷电等故障电流冲击下，固态去耦合器可能处于导通状态，
使用铜接地极可能会导致管道发生电偶腐蚀，应在开展减缓交流干扰评价技术的同
时加强对排流效果的跟踪检测。
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