图2 直流接地极模型
2.3 直流激励参数
南京换流站接地极额定入地电流为5kA，双极不平衡电流为50A，因此在计算分析中直流激励参数采用以下两种：1）直流接地极正常运行时，不平衡入地电流50A；2）直流接地极单极运行时，额定入地电流5kA。
2.4 金属管线模型
管道参数模拟如下：
- 1）管道金属相对电阻率（相对退火铜：电阻率=1.732×10-8•m）为5.7；相对磁导率（相对空气）为300。
- 2）管道埋深为1.5m，即管道中心位于地下1.5m。
- 3）管道涂层厚度为1mm。
- 4）管道涂层电阻。管道采用3层PE外防腐层防腐，分别考虑以下两种情况：①新建管道，涂层无破损或老化，涂层电阻为10k•m；②涂层存在缺陷（损伤或老化），严格起见，认为涂层破损率为1%。
- 5）管道与直流接地极相对位置如图3所示。
- 6）管道自然电位为0.55V。
- 7）其他。为计算严格起见，不考虑管道阀室与分输站接地系统，不考虑沿管道绝缘法兰、认为管道无阴极保护措施。
图3 管道与直流接地极相对位置
3 直流干扰计算结果与分析3.1 评价指标
目前，直流接地极对邻近埋地油气管道直流腐蚀影响的限值主要采用以下标准：
1）GB 50991—2014《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》
处于设计阶段时，当地电位梯度大于或等于2.5mV/m时，应评估管道敷设后可能受到的直流干扰影响，并应根据评估结果预设干扰防护措施。
没有实施阴极保护的管道，宜采用管地电位相对于自然电位的偏移值进行判断。当任意点上的管地电位相对于自然电位正向或负向偏移超过0.02V时，应确认存在直流干扰；当任意点上的管地电位相对于自然电位正向偏移大于或等于0.10V时，应及时采取防护措施干扰。
2）DL/T 5224—2014《高压直流大地返回系统设计技术规程》
在接地极与地下金属管道、地下电缆及非电气化铁路等地下金属构件的最小距离d小于10km，或者地下金属管道、地下电缆及非电气化铁路等地下金属构件长度大于d，应计算接地极地电流对这些设施产生的不良影响。
对非绝缘的地下金属管道、铠装电缆，在等效入地电流Ieq下，如果泄露电流密度大于1A/cm2或者累计腐蚀量（厚度）影响到期安全运行，应采取保护措施。
对用水泥或沥青包裹绝缘的地下金属管道，在等效入地电流Ieq下，如管道对其周边土壤（相对于Cu-CuSO4电池）的电压超出-1.5～ 0.85V范围，应采取保护措施。
3.2 南京换流站两极址计算结果
两极址在两种运行方式下对管道的干扰水平计算结果见表2。
表2 两极址在两种运行方式下对管道的干扰水平
由以上计算结果可以得知，两极址在直流系统单极运行时在石油金属管道处产生的管地地位均远远大于规范中要求的限值0.10V，需采取安全保护措施缓解其直流干扰的影响。其最大土壤电位梯度均在安全范围2.5mV/m以内，满足新设计的管道或管道施工时的安全标准。
4 缓解措施由3.2节可以看出，在直流极单极运行额定入地电流5kA情况下，在管道没有实施阴极保护条件下，部分管道管地电位较自然电位正向偏移大于0.10V，不满足参考安全指标，必须设计防护措施。
目前常见的防护措施有：1）增加直流极与金属管道距离；2）沿管道需要地方铺设带状镁合金；3）使用绝缘法兰分段隔离管道；4）锌阳极结合强制排流措施；5）强制排流措施。
由于前期石油管线已敷设好，并且接地极址更换困难，本文考虑采用沿管道需要地方铺设带状镁合金措施。
4.1 大向庄极址的带状镁合金铺设长度
考虑管道自然电位，图4和图5分别显示直流极址干扰源在管道所在位置的地电场以及管地电压。如果管道自然电位按0.55V考虑，正向偏移0.10V，距管道离直流极最近点前后约10km（往北8.22km，往南11.75km）范围内，管地电位较自然电位正向偏移大于或等于0.10V，地电位高于管道电位，受直流干扰严重，需要采取缓解措施。因此，如接地极放置在大向庄位置，石油金属管道需在离其最近点以北9km、以南12km范围内沿管线铺设带状镁合金，可望降低直流干扰的影响至安全水平内。
图4 管道处地电场
