中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司的研究人员陈晋、陈斌、周冰，在2020年第5期《电气技术》杂志上撰文，建立了接地极对石油管线的直流干扰分析计算模型，通过计算管道上任意点的管地电位较自然电位的正向偏移及土壤电位梯度，明确了接地极在直流系统单极和双极运行条件下对附近管道的干扰程度。通过对不同极址对比分析，得到不同极址条件下周围石油管线需采取的措施方案，从而为极址选址提供依据。

利用大地作为回流电路是直流输电的一个特点，但是采用大地回路也会带来一些问题，特别是附近区域内存在地下伸长型金属设施（如输油输气管道、带金属护层的电缆等），部分直流电流就会通过该金属导体分流，引起电流流出部位金属导体的电腐蚀。

电腐蚀影响与接地极入地电流大小、工作时间长短和土壤电阻率、大地电特性参数及被影响设施的材质、布置方式、工作特性及绝缘性能等诸多因素相关。

近年来，我国直流特高压和输油输气管道发展迅猛，加之土地资源日趋紧张，使得换流站接地极在选址的时候难免会接近输油输气管道，因此需要综合比较不同接地极址对周围输油输气管道的影响，从而确定较优的接地极选址方案。

目前直流输电的研究成果与运行经验表明，在直流系统正常与单极运行时，位于直流接地极附近的管道可以测到较大的直流管地电位及管道涂层电流密度，该电压电流使管道的正常运行及寿命（腐蚀）受到严重影响。

本文结合南京换流站接地极选址过程，分析石油管线对换流站接地极选址的影响。南京换流站初步拟定极址分别为大向庄极址和塔河极址。

1.1 直流干扰机理

直流产生静态电场，在高压直流接地极正常运行时，不平衡电流入地。直流接地极单极运行时，有更强大的额定电流入地，该入地电流通过土壤扩散，引起附近土壤的电位升高。假如通过该区域的油气管线的涂层电阻率很高并且没有良好的分布接地，管线的电位会由于管线长度的平均效应保持在一个较低的水平，这样管线和直流接地极附近的大地之间就存在电位差，这种电位差称作传导耦合干扰（如图1所示）。

传导耦合的大小受土壤电阻率的影响很大，传导耦合的幅值随着离开干扰源（这里为直流接地极）结构距离的增加而衰减，但是衰减的速度取决于土壤的结构。通常，油气管线会受到周边直流系统（尤其接地极）的传导性耦合干扰。

在很多情况下，可能在临近管道附近产生强烈的传导干扰或杂散电流，对周围的金属物体、甚至站在附近触摸金属的人员造成电击伤害。而过高杂散电流，管地电压会使管道涂层性能劣化甚至击穿，结果加快管道的腐蚀或损坏绝缘法兰和整流设备。

图1 直流传导干扰机理

1.2 研究方法

本文基于当前国际最先进的设计软件CDEGS软件包，通过建立直流干扰源与管道相对位置的模型，输入干扰源与管道参数，进行模拟计算分析从而得出所需结果。

对于直流接地极的电磁干扰和防护分析采用了CDEGS里的MALZ模块，建立的分析模型具有以下特点：

• 1）模型中准确地模拟复杂结构土壤。
• 2）计算中考虑导体（管道等）的内电阻，即管道电位沿管道不等。
• 3）精确地模拟管道系统涂层特性（即涂层电阻率及厚度等）。
• 4）三维网络模型准确模拟直流极与管道系统。

在直流条件下，通过求解Maxwell方程，准确计算出泄漏电流、地电位和埋设的单个导体系统或导体系统群的电磁场，从而可以分析直流极对金属管道的影响，并且获得转移电位和转移地电流值。

2.1 土壤模型

一般而言，直流接地极接地系统的接地电阻和地电位升主要决定于深层土壤；而对于管道的管地电压、电流密度、接触和跨步电压为地电位升的百分比而言，大地表层土壤特性起重要作用。南京换流站接地极极址位置的土壤电阻率平均分层情况见表1。

表1 土壤电阻率平均分层情况

2.2 直流接地极模型

接地极为双环形布置，内环半径165m，外环半径225m，埋设深度3.5m。极体布置如图2所示。根据表1土壤电阻率的分层情况，利用CDEGS中MALZ计算机程序，对接地体进行模拟计算，两个直流极地址的接地电阻值分别为35m（大向庄极址）和31m（塔河极址）。