发电机中性点接地电阻柜
江苏全中电气有限公司
江苏全中电气有限公司 直流屏 电动机保护
变电站智能监控系统 综合保护 多功能电力仪表表
&&产品分类
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&站内产品搜索
&&联系方式
公司：江苏全中电气有限公司
&&发电机中性点接地电阻柜
发电机中性点接地电阻柜
江苏全中电气有限公司
产品型号：
江苏镇江扬中市
下面是QZ-FNR-20/0.4发电机中性点接地电阻柜外形示意图（1200长&900宽&1800高）
七、产品特点
1、精心设计、保护到位
QZ-FNR型发电机中性点电阻柜连接在发电机中性点与地之间，当电网或发电机定子绕组发生单相接地故障时，向接地点提供附加阻性电流，使接地点电流由容性变成阻容性电流，从而保证产生的过电压不超过2.6倍的相电压。
2、专业保护，避免烧损发电机铁芯
QZ-FNR型发电机中性点电阻柜在设计参数时，力求将总的接地电流控制在15A以内，不仅可以满足继电保护灵敏度的要求，同时也可减轻发电机定子绕组接地时铁芯的损伤。
3、结构紧凑，元器件性能优异
QZ-FNR型发电机中性点电阻柜将零散的单相变压器、电阻器、电流互感器、接地保护输出端子等电器设备整体组合在一个封闭金属柜内，并可选配隔离开关、避雷器，智能保护仪表等成套供货；安全可靠性高，布置清晰整齐，便于安装调试及操作维护。装置采用的单相变压器为干式绝缘变压器，工作性能稳定，抗冲击能力强。变压器二次侧采用不锈钢材料电阻。
4、监控功能齐全，并提供模拟量输出
QZ-FNR型发电机中性点电阻柜是0.4KV～35KV发电机中性点接地电阻柜是发电机组中采用高阻接地的专用成套装置，可选配电流和动作记录仪等智能控制仪表，正常时可监测中性点不平衡电流，出现单相接地故障时，可记录动作次数；且可为保护和监控系统提供模拟量输出。
5、性能可靠，维护简便
QZ-FNR型发电机中性点电阻柜中装设干式单相接地变压器及相应的大容量电阻器，柜中还可装设单相隔离开关，以便在进行检修或实验时隔离电源。
6、技术力量雄厚，服务周到
我公司为中性点设备专业生产厂家，技术力量雄厚，售前的技术交流咨询可随时到位；售后的安装技术指导可按用户要求及时进行。
八、产品包装运输
&&&&本产品装箱时应放置在包装箱底座上，并用螺栓紧固；柜体罩上塑料薄膜以防止运输或存储过程中灰尘或水汽浸入；电阻柜包装箱上明确标明交货地点、设备名称和运输重量等；&货到后，应用叉车或吊车卸货；卸货前应加以检查，以确认运输过程中货物是否安全无损；建议采用原包装将设备运抵安装现场，以防止在运输中可能出现的损坏。
九、检验验收
用户收到产品后，应立即进行检查。
1、检查装箱单各项目数量与实物是否相符。
2、检查产品的铭牌数据与定货合同是否一致。
3、检查出厂文件是否齐全。
4、检查产品外观有无磕碰、变形，内部电器部件及连接有无损坏，脱落和松劲，绝缘是否有脏物或异物等。
产品开箱检查完毕，如不立即投入运行，应妥善保存或重新
十、产品安装、试验
1、产品安装
产品安装前应做好基础、接地系统、电缆沟、预埋好进出线电缆和保护管，安装时，应满足相关标准、规程规定，设备间需满足相应电压等级绝缘距离要求，同时考虑设备的通风、散热以及设备安装维护等要求。
使用叉车将设备运抵安装现场，取下固定底座的螺栓，小心开箱取出设备，拆包装时应防止损坏外壳、顶部或侧面安装的套管（如果有）；使用叉车时应注意使叉车对准底壳的角钢处，以免损坏设备底板。本产品可安装于专用基础上或混凝土台上，水平放置。通过柜底的螺栓孔（&P16mm）用地脚螺栓固定在基础上，若安装于混凝土基础上，建议采用膨胀螺栓来固定。
&&&&电阻元件接地端通过单芯电缆或连接排与接地网可靠连接。电缆的一端自下而上经柜底电缆孔接入电阻柜，做好电缆头，与电阻元件接地端或（零序）电流互感器输出端可靠连接，电缆在穿孔处要用电缆护圈（已备有）保护，并加以封堵。电阻柜的进线端用单芯电缆或铜排连接至接地变或电阻器的进线端；柜内二次接线；检查、紧固柜内所有固定及连接螺栓，保证固定牢固连接可靠。外壳经接地螺栓可靠接地。
&&&&2、投运前的检查及试验
&&&&当设备可靠就位后，打开带铭牌的前柜门，检查柜内设备和接线情况，并注意以下事项：带电前所有包装材料必须从箱内取出，以避免发生火灾；仔细检查绝缘子，套管等有否破损，若发现破损件，应立即与供货商联系；检查所有电气连接，确认连接牢固可靠；所有固定螺栓是否全部紧固；投运前试验，测量电阻元件的阻值、测量绝缘电阻、按规定标准进行工频耐压试验，试验电压不大于出厂试验电压值的85%；还原装好柜前面板，准备投运。
十一、产品维护
接地电阻柜可靠性高，一般不需要专门停电维护，建议利用站内主变或母线停电检修的机会进行检查维护，检查维护时必须严格执行安全操作规程和安全工作规程；
&&&&将电阻柜从系统上断开；
&&&&打开柜门，直接查看箱内有无异常；
&&&&进行清洁处理；
&&&&检查无破损的绝缘子和套管，用摇表确认瓷套绝缘性；
&&&&检查电阻元件的完好性，测出电阻值，其值应在10%误差以内；
&&&&检查内部连接是否可靠；
&&&&检查螺栓的紧固程度。
十二、订货须知
定货方在定货时，请提供与产品有关的下列资料：
系统额定电压Ue/U&（kv）；
短时允许电流：（A）；
标称电阻值：（&O）；
允许通流时间（S）；
接地变容量（如需要）：（kvA）（或短时允许电流：A）；
外壳形式：户内型或户外型；
柜体材质：冷轧钢板或不锈钢；
外壳颜色：按用户要求定做，如无特殊要求，则采用电脑灰；
进出线方式：上进下出、下进下出、侧进侧出、侧进下出、客户可选；
柜内是否装零序CT：CT变比及容量。
客户有其它要求可在定货时面谈或提供书面要求
十三、版本更改
公司将始终致力于完善产品性能，提高产品品质，如版本更改，恕不另行通知。
以下&*&为必填
您可能感兴趣
<script type="text/javascript" language="javascript" src="/apollo/showtrain.php?uid=quanzhong&type=shangpu&id=防雷接地电阻的标准？要求是什么？来自: haiju 日分享至 :
求了解下防雷接地电阻的标准是什么啊？分享至 :
下一篇：上一篇：其它类似问题相关帖子相关文章---防雷接地电阻的标准？要求是什么？直流接地极对埋地金属管道影响的电路模型及应用
文章编号：（2016）10-3258-07&&&
中图分类号：TM 86& &&文献标志码：A&&& 学科代码：470·40
直流接地极对埋地金属管道影响的电路模型及应用
曹方圆1，孟晓波2，廖永力2，李锐海2，张波1
（1．清华大学 电机工程与应用电子技术系，北京市 海淀区 100084；
2．南方电网科学研究院，广东省 广州市 510080）
Circuit Model and Application for Influence of DC Ground
on Buried Metal Pipelines
CAO Fangyuan1,
MENG Xiaobo2, LIAO Yongli2, LI Ruihai2, ZHANG
(1. Department of Electrical Engineering, Tsinghua
University, Haidian District, Beijing 100084, C
2. Electric Power Research Institute, CSG,
Guangzhou 510080, Guangdong Province, China)
ABSTRACT: With rapid growth of energy demand and increasing
tense of land resources, more and more DC transmission projects are located in adjacency
of buried metal oil-gas pipeline, leading to serious electromagnetic effects on
them. Focused on corrosion and protection measures of pipeline, in this paper a
circuit model was established, containing pipeline coatings, local grounding
devices, insulating joints, sacrificial anodes and forced current drainage cathodic
protection, to analyze mechanism of these measures on pipeline. Combining
method of moments and considering various measures of pipeline, a circuit model
and calculation method was constructed to analyze influence of DC grounding
electrode on buried metal pipelines. By comparing the calculated results with
CDEGS and measured results, validity of the circuit model and calculation
method was confirmed. Finally, effects of several pipeline protection measures
on pipe-ground potential were preliminarily analyzed with simulation. These
measures have different effects on pipeline. In terms of mitigating influence
of DC transmission project on pipeline, forced current drainage cathodic protection
has only limited effects on reducing pipe-ground potential because its main
function is to prevent pipeline corrosion.
KEY WORDS: DC
t electrical
protection measures
摘要：随着我国对能源需求的快速增长以及土地资源的日益紧张，直流输电工程与油气管道相邻不断增多，直流输电工程对埋地金属管道的电磁影响问题日益突出。针对管道上的防腐和保护措施，通过分析这些措施对管道作用的机理，建立了管道防腐层、局部接地装置、绝缘接头、牺牲阳极和强
基金项目：国家自然科学基金项目()。
Project Supported by National Natural
Science Foundation of China().
制阴极排流装置的电路模型，并通过矩量法和电路相结合，建立了考虑管道各种措施的直流接地极对埋地金属管道影响的电路模型和计算方法，通过计算结果与CDEGS计算结果及工程实测结果的对比，验证所建模型和相应算法的正确性。通过仿真计算，初步分析几种管道保护措施对管道管地电位的影响。管道上不同的措施对管道的影响不同，就减弱直流输电工程对管道的影响而言，强制阴极排流装置的主要作用是减弱管道的腐蚀，对降低管道的管地电位效果有限。
关键词：直流输电工程；管道；电路模型；等效电路；电气参数；保护措施
随着我国对能源需求的快速增长，直流输电工程接地极和输油气管道接近的情况时有发生[1-5]。特别是经济发达地区，直流输电工程和输油气管道甚至共用走廊[6]，使得直流接地极对附近埋地金属管道的电磁干扰影响日益突出。埋地管道的电气参数求解对研究埋地金属管道受直流接地极入地电流的影响及制定相应的防护措施有至关重要的作用。
实际的埋地油气管道安装了各种防护设施，主要包括防腐层、局部接地、牺牲阳极、强制排流、绝缘接头等。目前交直流输电工程对埋地金属管道的影响研究主要集中在交流输电线路对管道的影响上[7-15]。国内陈水明等应用矩阵法及传输线模型，从理论上分析了均匀土壤中接地极周围的电场分布，计算了接地极对管道的腐蚀影响[16-18]。此外，有研究人员提出了分析管道保护及防腐蚀的电路模型[19]，但其计算方法要求管道每一处的单位长电阻都相等，不能处理管道局部破损或有半径变化的情况。工程中有许多牺牲阳极对管道影响的计算，都是将牺牲阳极简单的等效成普通导体，没有考虑不同金属连接时的接触电位差，因此会产生一定的误差。
总之，目前对工程问题讨论的多，还没有文献全面讨论电流从直流接地极入地时管道上不同保护措施共同作用下的管道电气参数计算模型。本文将管道分段等效成包覆绝缘层的空心圆柱导体，考虑管道上的前述各种措施，以矩量法和电路理论为基础，建立了直流接地极和埋地金属管道的电路模型，求解接地极与管道上的漏电流，然后由漏电流求出管道其他相关电气参数。
1& 管道电路模型的建立
为抑制管道受到杂散电流干扰而引起的腐蚀以及接地极电流及雷击而造成的绝缘层击穿和保护设备损坏，管道上通常会采用相应的保护措施。
首先，管道的防腐层为管道提供基础的保护，在管道铺设和运行过程中，防腐层难免会出现破损的情况。通常在使用防腐层的基础上，配合使用其他防护措施来保证管道的正常运行。这些防护措施主要分为两类：阴极保护和干扰防护。阴极保护包括牺牲阳极法和强制电流法2种。牺牲阳极保护通常是在管道周围铺设锌带或镁带，强制阴极电流保护是在管道上增加电流装置(恒电位仪)，通过调节电流的大小，使管道对地电位保持在-0.8~-1.2 V之间，以达到保护的效果。干扰防护主要包括局部接地和安装绝缘接头2种。为使阴极保护措施只在管道的某一段起作用而不影响其他管道，通常会在管道上加绝缘接头以使两边管道电气绝缘。为减缓电力故障对管道及其辅助设备的影响，给干扰电流提供一个泄放通道，会对管道采取局部接地措施，为防止管道上阴极保护电流通过局部接地装置流失，管道通常会通过固态去耦合器和局部接地装置连接。
在分析埋地金属管道受直流接地极入地电流的影响时，需要统一考虑以上措施。使用了以上防护措施的管道模型如图1所示。
图1& 管道模型示意图
Fig. 1& A sketch map of pipeline model
从图1可以看到，管道本体是包覆了绝缘防腐层的空心圆柱导体，局部接地、牺牲阳极、强制排流等各种需要接地的措施所对应的接地装置可以视为没有防腐层的圆柱导体，因此这些部分可以视为广义的接地体，其分析方法可以借鉴接地装置的数值分析方法[20]。而相应的措施相当于是在管道和接地装置之间施加了额外的电路。因此，如果将管道和各种接地装置使用矩量法建立等效的电路模型，再将管道上所施加的每一种防护措施等效成合适的电路模型，就可以得到整个系统的电路模型，进而求解出相关的电气参数。
同时，管道与土壤之间还存在极化效应，如果单纯分析管道自身的阴极保护措施，需要考虑极化效应。但是，由于接地极在管道上产生的电位较大，相对来说管道极化效应对管道电气参数影响很小。已有的测量结果表明：对于100 Ω·m土壤中的X80管线钢，极化电流密度在-100~100 A/m2范围内变化时，极化电位大致在-4~1V范围内变化。本文关注的是接地极大的地中电流对管道附属设备的安全影响，重点关注管道沿线管地电位(管道金属与其近地之间的电位差)的分布，不着重分析管道的长期腐蚀结果，而本文计算中所涉及到的管道径向电流密度的量级小于1 A/m2，对管地电位影响很小，因此本文没有考虑管道与土壤之间的非线性极化效应，建立的是一个不考虑极化的线性模型。对于非线性极化效应，只需在本文模型的基础上在管道防腐层与管道之间再增加一层非线性电阻层即可，因此本文模型可以进一步推广到考虑管道与土壤之间的非线性极化效应的模型中。
下面针对以上每种措施，分析其原理和等效电路模型。由于管道上电流分布的不均匀性，本文以矩量法为基础进行建模。
1.1& 普通接地装置的电路模型
普通接地装置是指由无包覆层的实心圆柱导体或可等效成无包覆层的实心圆柱导体(如扁钢和角钢)所构成的接地装置，如局部接地、牺牲阳极、强制排流等各种措施需要的接地装置以及直流接地极。
埋地导体周围土壤中任一点的电位是由所有导体的漏电流共同产生的[20-27]，在进行接地装置数值计算时，需要先求出所有导体的漏电流分布。
首先将接地体分段，每段导体上的电流分布如图2中第k段导体所示，图中Iks是该段导体注入电流，Ikl是该段导体漏电流，Ik-和Ik+是该段导体的轴向电流，每一小段导体都满足基尔霍夫电流定律：
&&&&&&&&&&&
对于由多个小段相交所构成的小型网络，可以做出图2所示的局部导体示意图，图中交点共连接q根导体，图3是以该交点为节点的等效电路图。
图2& 局部导体示意图
Fig. 2& A sketch map of local conductor
图3& 局部导体等效电路
Fig. 3& Equivalent circuit of local
图3中R1-&&&1、R2-2…Rk-k…Rq-&&&q分别为第1、2…k…q段导体起点到中点之间的电阻，V1、V2…Vk…Vq为所有导体的漏电流在第1、2…k…q段导体中点处产生的电位和，可以认为是两端分别连接导体中点和无穷远之间的电压源。
&&&&&&&&(2)
式中：m为分段后的导体总段数；Iil为第i段导体的漏电流；Rei为第i段导体的单位漏电流在第e段导体中点上产生的电位[20]。
1.2& 管道防腐层和绝缘接头的电路模型
管道本体是包覆了绝缘防腐层的空心圆柱导体。管道长期埋于地下，除可能受到自然灾害和人为损坏以外，还会受到土壤的腐蚀。经验表明，土壤腐蚀是造成管道破裂、渗漏的主要原因。管道表面使用防腐层的作用就是将管道金属和腐蚀介质隔离，以保护管道金属不受腐蚀。管道防腐层有很高的电阻率，远大于管道金属的电阻率且防腐层的厚度远小于管道半径，因此轴向电流几乎都从管道金属中流过，防腐层里的轴向电流可以忽略。分段后的每小段管道较短时，可认为漏电流均匀地向外流出，防腐层可视为连接土壤和管道金属之间的电阻。
管道的地电位升是由接地极、管道和管道上各种措施对应的接地装置的漏电流共同产生的，如
图4& 防腐层的电路模型
Fig. 4& Circuit model of anti-corrosion
图4中Rk-coat、R(k+1)-coat分别为第k段、第k+1段导体(管道)的防腐层等效电阻，Vkc、为所有
导体(接地极导体、管道和管道上各种措施对应的接地装置)漏电流在第k段、第k+1段管道中点防腐层外表面产生的电位。以第k段管道为例：
式中：m为接地极导体总段数；t为管道导体总段数；n为管道上防护措施对应的接地装置的导体总段数；Iil、Ijl、Ihl分别为对应接地极、管道和管道上防护措施对应的接地装置的漏电流；Rki、Rkj、Rkh分别为对应接地极、管道和管道上防护措施对应的接地装置的单位漏电流在第k段管道中点防腐层外表面产生的电位。
将防腐层两侧的电位差项和防腐层外表面电位合并，可得：
&&&&&&&&&&
式(4)中也包含了防腐层电阻项，对于无防腐层的普通导体，可视为防腐层电阻为零，依然可以使用上述公式。实际上，1.1节普通接地装置的电路求解，除应该考虑接地装置本身的影响以外，还应该考虑附近管道和管道上各种措施对应的接地装置的影响，式(2)相应变为
式中Ve为所有导体(接地极导体、管道和管道上各种措施对应的接地装置)漏电流在第e段接地极导体中点产生的电位。
绝缘接头一般在支线管道连接处、不同防腐层管道间、不同电解质(如河流穿越处)管道间、交直流干扰影响的管道上、实施阴极保护的管道和未保护设施之间使用[28]，以隔断两侧管道的电气连接。绝缘接头可以按照两段接地体没有重合点来处理，因此在输入接地体位置参数时，只需要保证连接绝缘接头的两段接地体没有重合部分即可。
1.3& 有接地导体的防护措施的电路模型
局部接地、牺牲阳极和强制阴极排流装置3种措施都使用了接地导体提供电压参考点或者电流回流极，都可为管道电流提供低阻泄放通道。局部接地措施中的接地导体就是普通的接地体，比如工程中常用的圆钢或扁钢；牺牲阳极措施中的接地导体是比管道金属更加活泼的金属，常用的阳极材料有锌带和镁带等；强制阴极排流装置中的接地导体叫做辅助阳极，材料通常为惰性金属氧化物。由于这些接地体的布置方式对保护的效果有很大影响，需要将这些接地体也精确地建立在模型中。
这3种措施共同的模型如图5所示。
图5& 有接地导体的3种措施的模型
Fig. 5& Model of three measures’ grounding
根据局部接地、牺牲阳极和强制阴极3种防护措施的机理，在图5中采用相应的电路模型来等效。
1.3.1 &局部接地装置的等效模型
局部接地装置可以减缓电力故障情况下，交直流系统及电气铁轨对附近埋地金属管道的影响，避免强电冲击对管道辅助设施、阴极保护设备或管道防腐层的损坏[29]。局部接地装置通常不会直接与管道相连，而是通过固态去耦合器与管道相连。固态去耦合器具有在低压直流时的高电阻和交流时的低电阻特性。直流电流较小时，固态去耦合器两端的电压小于该装置的启动电压，因此该装置不导通，以此来有效隔离阴极保护电流，从而避免阴极保护电流的损失；直流电流较大时，固态去耦合器导通，可为电流提供一个双向流通通道。交流时，启动电压低，可将感应交流电压降到允许的极限电压内。因此固态去耦合器可以等效成双向稳压二极管和电容并联的形式，可以根据所需隔离直流电流的大小来选择稳压二极管的型号，其等效电路如
在分析直流接地极对管道的影响时，管道中直流电流通常较大，固态去耦合器处于导通状态，因此固态去耦合器就可以等效成连接管道与接地装
图6& 固态去耦合器电路
Fig. 6& Circuit model of solid-state DC
置之间的一个电压源，其电压大小等于固态去耦合器的导通电压。
1.3.2 &牺牲阳极的等效模型
牺牲阳极通过电缆或直连和管道金属形成电气连接，牺牲阳极本身是一种比管道金属更活泼的金属，可以提供比管道更负的电位，与管道连接后，在电化学作用下，牺牲阳极逐渐被消耗，减缓了被保护金属的腐蚀。
牺牲阳极与被保护管道接触时会在两种金属表面产生接触电位差，因此连接管道的牺牲阳极等效成连接管道和牺牲阳极导体之间的电压源，将牺牲阳极本体视为普通接地体来处理，这样在计算中可以考虑牺牲阳极的布置位置对管道的影响。
1.3.3 &强制阴极排流装置的等效模型
强制电流法又称为外加电流法，一般情况下，电流的负极和被保护管道相连，正极与辅助阳极相连，保护电流通过辅助阳极流入土壤，然后流向金属管道，被保护金属管道为阴极，发生还原反应，管道金属的腐蚀受到抑制，从而减缓了管道的腐蚀[30-31]。
在管道受接地极电流影响时，强制排流装置的电流方向可以是双向的。
强制阴极排流装置等效成一个两端分别连接管道和阳极地床之间的电流源，将阳极地床本体当成是普通接地体来处理，这样在计算中可以考虑牺牲阳极的布置位置对管道的影响。
2& 管道电气参数的求解
上文已经建立了接地极、管道和各种接地装置相互耦合的电路模型，管道上的各种防护措施也通过分析其原理等效成了相应电路。图3的局部导体等效电路变为如图7所示。
图7中V1、V2…Vk…Vq为所有导体的漏电流在第1、2…k…q段导体中点处产生的电位，在没有其他保护措施的情况下可以认为是两端分别连接
导体中点和无穷远之间的电压源，、…… 为当相应导体段为牺牲阳极时，与所连管道之间
图7& 局部导体等效电路
Fig. 7& Equivalent circuit of local
的接触电位差(如果该导体不是牺牲阳极，则该电位
差为零)，、……为当相应导体段有固
态去耦合器时，固态去耦合器的导通电压(如果该导体不是固态去耦合器的作用导体段，则该电压为零)，R1-&&&1、R2-2…Rk-k…Rq-&&&q分别为相应导体段起点到中点之间的电阻。
图7中的导体既可以为接地极导体，又可以为管道和管道防护措施对应的接地装置的导体。以第k段导体为例，当导体为接地极导体或管道导体时，
=0、=0，即支路中只有Vk；当导体为牺牲阳极时，=0，即支路中只有Vk和；当导体为固态去耦合器的作用导体段时，= 0，即支路中只有Vk和。
使用节点电位法求解以上导体网络，可得：
式中Vp、Vk为与漏电流有关的未知量，其他都是已知量。同理，也可由同样的方法求出，联立
式(1)(6)，每一段导体都可以得到一个只含有漏电流为未知量的方程：
式中akp和ck为常系数。
各导体段对应的方程共同组成一个线性方程组，求解方程组即可求出各段导体的漏电流，进而求出管道电位、管地电位、管道漏电流、绝缘接头电位差等电气参数。
3& 管道模型的验证
在南方直流输电工程和管道都比较密集的地区，直流接地极对附近埋地金属管道的影响尤其严重。有数据显示，多起管道引压管烧蚀和绝缘卡套放电事故与直流输电工程单极运行时直流接地极短时电流入地造成的管道管地电位(管道金属与其近地之间的电位差)过高密切相关。下面以某接地极入地电流对管道影响为例，使用自主开发的软件，计算接地极入地电流影响下管道的管地电位，并与CDEGS计算结果和实测数据相比较，以验证前面所述算法的正确性。
受实验条件的限制，只进行了管道上安装绝缘接头的测试，没有进行针对管道使用局部接地、牺牲阳极和强制排流装置后的测试，因此下面的实验测试和计算的对比中，使用的管道保护措施只有绝缘接头。
接地极和管道位置示意图如图8所示。
图8& 接地极和管道位置示意图
Fig. 8& A sketch map of grounding electrode
and pipeline
该接地极距管道最短垂直距离为7
km，接地极中心在管道上的投影点设置为坐标零点，坐标零点距左侧分输站30 km，距右侧分输站150 km，两个分输站的入口处各有一个绝缘接头。
接地极参数：双环结构，外环近似为椭圆环，极长4475 m；内环为直径500 m的圆环，极长
1571 m；接地极所用材料为φ70 mm圆钢，埋深4 m。
管道参数：管径为φ1219 mm，壁厚18.4 mm，X80钢管，3层PE防腐层面电阻率为105Ω·m2。
接地极附近土壤参数如表1所示。
接地极入地电流为3200 A时，管道沿线管地电位的计算结果及实测结果如图9所示。
从图中可以看出，管地电位的计算值随着距坐标原点距离的增大而增大，这是因为管道本体是一段导电性良好的金属，电阻很小，在管道轴向电流不太大的情况下，沿线的管道电位变化很小，而管道附近的地电位随着距坐标原点距离的增大而减小，因此管地电位随着距坐标原点距离的增大而增
表1& 接地极附近土壤电阻率
Tab. 1& Soil resistivity near the grounding electrode
图9& 管道沿线管地电位
Fig. 9& Pipe-ground potential along the
大，测试结果和计算结果都反映了这一规律。
程序计算得到的管地电位曲线与CDEGS的计算曲线几乎重合且与实测结果比较吻合，实测的管地电位最小值为-305 V，程序计算得到的管地电位最小值为-280.8 V，误差为8%，其他位置的实测结果与计算结果相比误差稍大，但也都在计算曲线附近，这可能是由土壤误差造成的。因为测试土壤电阻率及分层情况所选择的土壤在接地极附近，管道长180 km，位置跨度很大，土壤电阻率的变化可能也很大，而上述计算中所选用的土壤电阻率及分层情况只能保证较准确的反映接地极附近几公里范围内的土壤真实情况，离接地极较远处，土壤结构可能差异较大，因此测试结果与计算结果误差也就会大一点。但总体来说，计算结果反映了管道沿线管地电位的变化规律，在接地极附近也与实测结果吻合得很好，说明本文算法是可信的。
工程中已有很多使用绝缘接头、局部接地装置等措施来保证管道安全运行的实例，本文在第3节中已建模型及其参数的基础上，计算局部接地装置、绝缘接头和强制阴极排流装置对接地极入地电流影响下管道管地电位的影响，详细结果见附录A。
总体来说，管道上不同的措施对管道的影响不同，就减弱直流输电工程对管道的影响、降低管道管地电位而言，管道上各种保护措施的投入应根据管道所处的地理环境，使用各种措施的经济型和可行性等方面综合考虑。
本文以矩量法和电路理论为基础，针对管道上的防腐和保护措施，通过分析这些措施对管道作用的机理，建立了管道防腐层、绝缘接头、局部接地装置、牺牲阳极和强制阴极排流装置的电路模型。管道防腐层等效成连接管道金属与大地之间的一个电阻；绝缘接头可以按照两段接地体没有重合点来处理。局部接地、牺牲阳极和强制阴极排流装置3种措施都使用了接地导体，这些导体当做普通导体来处理，3种防护措施的机理不同，相当于在接地导体和管道之间施加了不同的电路。局部接地装置中的固态去耦合器等效成连接管道金属和接地导体之间的一个电压源；牺牲阳极等效成连接管道金属与阳极本体之间的一个电压源；强制阴极排流装置等效成连接管道金属与辅助阳极之间的一个电流源。
通过软件计算结果与CDEGS计算结果及实测结果的对比，验证了本文算法的正确性。通过仿真计算，初步分析了几种管道保护措施对管道管地电位的影响。管道上不同的措施对管道的影响不同，就减弱直流输电工程对管道的影响而言，强制阴极排流装置的主要作用是减弱管道的腐蚀，对降低管道的管地电位效果有限。
附录见本刊网络版(.cn/CN/volumn/
current.shtml)。
[1]&&& Stet D，Czumbil L，Micu D D，et al．Stream gas pipeline in
proximity of high voltage power lines，part I—soil
resistivity evaluation
[C]//2012 47 th International Universities
Power Engineering Conference (UPEC)．London：IEEE，2012：1-5．
[2]&&& Lu D，Liu C，Qi L，et al．Mitigation of
electromagnetic influence on the buried metal pipeline near overhead AC
transmission line[C]// 2012 Sixth International Conference on Electromagnetic
Field Problems and Applications (ICEF)．Dalian：IEEE，2012：1-4．
[3]&&& Chi X H，Zhang Y J．Protective
distance between HVDC electrode and underground metal pipeline[J]．Power System Technology，2008，32(2)：71-74．
[4]&&& 安宁，彭毅，艾宪仓，等．雷击超高压交流输电线路对埋地输油输气管道的电磁影响[J]．高电压技术，2012，38(11)：．
An Ning，Peng Yi，Ai Xiancang，et al．Electromagnetic effects on underground oil/gas pipeline
of the lightning strike on EHV AC transmission line[J]．High Voltage Engineering，2012，38(11)：(in Chinese)．
[5]&&& Jiang Z，Lu M，Tang D，et al．Case study of ac
interference on 20 km buried pipeline：field test and
mitigation design[C]//NACE International Corrosion．Orlando，2013：30-35．
[6]&&& 赵君．高压交流输电线路对埋地金属管道的干扰影响研究[D]．天津：天津大学，2012．
[7]&&& Munteanu
C，Topa V，Mates G，et al．Analysis of the
electromagnetic interferences between overhead power lines and buried
pipelines[C]// 2012 International Symposium on Electromagnetic Compatibility
(EMC EUROPE)．Pittsburgh：IEEE，2012：1-6．
[8]&&& Micu D D，Ceclan A，Darabant L．Analytical and numerical development of the
electromagnetic interference between a high-
voltage power line and a metallic
underground pipeline[C]//8 th International Symposium on Advanced
Electromechanical Motion Systems & Electric Drives Joint Symposium．Lille：IEEE，2009：1-6．
[9]&&& Ghanbari E，Lillard S，Iannuzzi M，et al．Corrosion behavior of
buried pipeline in presence of AC stray current in controlled environment
[C]//NACE International Corrosion．Ottawa，2015：11-17．
[10]&& Gupta A，Thomas M J．Coupling of
high voltage AC power line fields to metallic pipelines[C]//2006 Proceedings of
the 9 th International Conference on Electromagnetic Interference and
Compatibility (INCEMIC)．Bangalore：IEEE，2006：278-283．
[11]&& Christoforidis
G C，Labridis D P，Dokopoulos
P S．Inductive interference on pipelines buried
in multilayer soil due to magnetic fields from nearby faulted power lines[J]．IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility，2005，47(2)：254-262．
[12]&& 齐磊，原辉，崔翔．埋地金属管与架空电力线路并行时管道饱和平行长度及最大金属电位计算[J]．高电压技术，2011，37(10)：．
Qi Lei，Yuan Hui，Cui Xiang．Calculation of
critical length and maximum metal voltage for underground metal pipeline in
parallel with the overhead power transmission line[J]．High Voltage Engineering，2011，37(10)：(in Chinese)．
[13]&& 齐磊，原辉，李琳，等．架空电力线路故障状况下对埋地金属管道感性耦合的传输线计算模型[J]．电工技术学报，2013，28(6)：264-270．
Qi Lei，Yuan Hui，Li Lin，et al．Transmission line modelling of inductive coupling of
overhead power lines subjected to grounding fault to underground metal
pipeline[J]．Transactions of China Electrotechnical
Society，2013，28(6)：264-270(in Chinese)．
[14]&& 齐磊，崔翔，郭剑，等．特高压交流输电线路正常运行时对输油输气管道的感性耦合计算模型[J]．中国电机工程学报，2010，30(21)：121-126．
Qi Lei，Cui Xiang，Guo Jian，et al．Inductive coupling modelling of normally operating UHV
AC transmission line to adjacent oil/gas pipeline[J]．Proceedings of the CSEE，2010，30(21)：121-126(in Chinese)．
[15]&& 万保权，谢辉春，张小武，等．雷击特高压交流同塔双回杆塔对油气管道的影响[J]．高电压技术，2009，35(8)：．
Wan Baoquan，Xie
Huichun，Zhang Xiaowu，et al．Influence of lightning strike to UHV AC double-circuit
tower on oil or gas pipelines[J]．High Voltage Engineering，2009，35(8)：(in Chinese)．
[16]&& 陈水明．直流输电接地极附近地下金属管道电流的分析[J]．高电压技术，1992，18(4)：8-14．
Chen Shuiming．Analysis
of current on underground metallic pipeline near HVDC ground electrode[J]．High Voltage Engineering，1992，18(4)：8-14(in Chinese)．
[17]&& 魏德军．直流接地极对地下金属设施的电腐蚀影响[J]．电网技术，2008，32(2)：75-77．
Wei Dejun．Electro-corrosion
impacts of DC grounding electrode on underground metallic facilities[J]．Power System Technology，2008，32(2)：75-77(in Chinese)．
[18]&& 李自力，孙云峰，刘静，等．埋地油气管道交流干扰腐蚀及防护研究进展[J]．腐蚀科学与防护技术，2011，23(5)：376-380．
Li Zili，Sun Yunfeng，Liu Jing，et al．Research progress of ac
interference corrosion and protection of buried oil and gas pipelines
[J]．Corrosion
Science and Protection Technology，2011，23(5)：376-380(in Chinese)．
[19]&& 陈世一，吴先策，江国业．管道强制电流阴极保护电流和电位计算的数值方法[J]．石油化工高等学校学报，2008，21(3)：75-78．
Chen Shiyi，Wu
Xiance，Jiang Guoye．Numerical
calculation method on current and potential of impressed current cathodic
protection system for pipeline[J]．Journal of
Petrochemical Universities，2008，21(3)：75-78(in Chinese)．
[20]&& 张波．变电站接地网频域电磁场数值计算方法研究及其应用[D]．保定：华北电力大学，2003．
[21]&& 朱时阳，袁涛，朱彬．分层土壤中接地装置冲击散流特性的有限元模型[J]．电网技术，2014，38(8)：．
Zhu Shiyang，Yuan Tao，Zhu Bin．Finite element model of
impulse dispersing characteristics of grounding equipment in layered soil[J]．Power System Technology，2014，38(8)：(in Chinese)．
[22]&& 沈海滨，康鹏，边凯，等．10 kV配电线路钢筋混凝土电杆接地特性试验研究[J]．电网技术，2014，38(6)：．
Shen Haibin， Kang
Peng， Bian Kai，et al．Experimental study on grounding characteristics of
reinforced concrete poles for 10 kV distribution lines[J]．Power System Technology，2014，38(6)：(in Chinese)．
[23]&& 段炼，江安烽，傅正财，等．多直流接地系统单极运行对沪西特高压变电站直流偏磁的影响[J]．电网技术，2014，38(1)：132-137．
Duan Lian， Jiang Anfeng， Fu Zhengcai， et al．Impact of multiple HVDC system monopolar operation on DC
magnetic biasing in west shanghai UHVAC substation[J]．Power System Technology，2014，38(1)：132-137(in Chinese)．
[24]&& 雷梦飞，赵淳，苏杰，等．复合材料杆塔输电线路接地方式优化研究[J]．电网技术，2015，39(9)： ．
Lei Mengfei， Zhao
Chun， Su Jie，et al．Research on grounding optimization of composite
material tower transmission line[J]．Power System
Technology，2015，39(9)：(in Chinese)．
[25]&& 杜学龙，仇天骄，张晓颖，等．电缆隧道中盾构接地系统特性分析及其与人工接地系统的对比[J]．电网技术，2015，39(6)： ．
Du Xuelong， Qiu
Tianjiao， Zhang Xiaoying，et al．Analysis of the grounding
system using the tunnel foundation and its comparison with the artificial
grounding system[J]．Power System Technology，2015，39(6)：(in Chinese)．
[26]&& 周友斌，全江涛，文习山，等．直流输电分布式接地极建模与应用[J]．电网技术，2015，39(2)：387-392 ．
Zhou Youbin， Quan
Jiangtao， Wen Xishan，et al．Modeling of distributed grounding electrodes for HVDC power
transmission system and its application[J]．Power System
Technology，2015，39(2)：387-392(in Chinese)．
[27]&& 朱彬，司马文霞，袁涛，等．基于地中电场分布的针刺式接地装置结构参数优化[J]．电网技术，2015，39(10)： ．
Zhu Bin，Sima Wenxia，Yuan Tao，et al．Structure parameter optimization of grounding device
with needle-shaped conductors based on electric field distribution in soil[J]．Power System Technology，2015，39(10)：(in Chinese)．
[28]&& GB/T
5．埋地钢质管道交流干扰防护技术标准[S]．
[29]&& 张平．集中接地降低管道上的交流干扰电压[J]．腐蚀与防护，2013，34(2)：168-170．
Zhang Ping．Application
of lumped ground to reducing AC interference voltage on pipeline[J]．Corrosion and Protection，2013，34(2)：168-170(in Chinese)．
蒋文勇．阴极保护在防重庆钢质埋地天然气管道腐蚀上的运用[D]．重庆：重庆大学，2008．
[31]&& Fu A Q，Cheng Y F．Effect of
alternating current on corrosion and effectiveness of cathodic protection of
pipelines[J]．Canadian Metallurgical Quarterly，2012，51(1)：81-90．
（责任编辑& 马晓华）
1& 局部接地装置
在管道坐标零点处加一个接地装置，沿线管地电位如附图A1所示。
图A1& 使用接地装置后管道沿线管地电位
Fig. A1& Pipe-ground potential along the
pipeline after using grounding device
从图A1可以看出，在接地装置附近，管道的管地电位绝对值明显降低，距接地装置较远处，管地电位略有变化，但趋势不变。这是因为在接地极入地电流影响下，管道金属和接地装置之间是一个低阻通道，因此管道金属电位和接地装置电位基本相同，而接地装置与管道附近的地电位相差很小，所以接地装置处管地电位很小。而接地装置长度有限，作用范围也就有限，因此基本不改变距接地装置较远处的管地电位。
管道沿线管地电位还与局部接地装置的长度、所在位置和数量有关。
2& 绝缘接头
在管道坐标原点左、右10 km处各安装一个绝缘接头，沿线管地电位如附图A2所示。
图A2& 使用绝缘接头后管道沿线管地电位
Fig. A2& Pipe-ground potential along the
pipeline after using insulating joint
从图A2可以看出，管地电位在绝缘接头处出现了明显的突变，两个绝缘接头中间的管道，管地电位依然呈V型，整体管道的管地电位最值(绝对值最大值)明显减小。这是因为使用了绝缘接头后，管道金属不再是一段电气连接的导体，而是被分成了若干段独立的导体，这样整根管道就不能再近似视为等位体，相邻两段管道的电位差可能会很大，使用绝缘接头基本不改变管道周围的地电位，而每段管道的电位分段接近各自的地电位，因此整体管地电位最值明显下降。
管道沿线管地电位还与绝缘接头的位置和数量有关。
3 &强制阴极排流装置
在管道坐标零点处加一个强制阴极排流装置，阴保电流10 A时，沿线管地电位如附图A3所示。
图A3& 使用强制阴极排流装置后管道沿线管地电位
Fig. A3& Pipe-ground potential along the
pipeline after using impressed current cathodic
protection
从图A3可以看出，在强制阴极排流装置附近，管道的管地电位绝对值略有降低，距强制阴极排流装置较远处，管地电位几乎不变。这是因为在管道坐标零点附近，接地极的入地电流是流入管道的，而强制阴极排流装置的负极与管道相连，会有部分电流流出管道，这与接地极入地电流的作用相抵消，因此坐标零点附近管地电位绝对值变小。
管道沿线管地电位还与强制阴极排流装置的位置、阴保电流的大小和装置数量有关。但强制阴极排流装置的主要作用是减弱管道的腐蚀，对降低管地电位效果有限。
实际上，对于同一组管道、接地极和电流参数，不同的土壤情况对管道沿线管地电位分布影响很大，目前标准中还没有对此进行明确规定。本文的计算结果也可为接地极单极运行时对管道管地电位的影响评估提供参考。