公共走廊中埋地管道交流干擾緩解措施的粒子群優化

羅兵，黃萬里，黨錦澤，王婷婷，羅勇芬，賈磊，王國利，廖一帆

(1. 南方電網科學研究院，廣州 510663；2. 特高壓工程技術(昆明、廣州)國家工程實驗室，廣州 510663；3. 西安交通大學電氣學院，西安 710049)

0 引言

油氣管道鄰近高壓交流輸電線路時受到電磁干擾可導致管道發生額外腐蝕，當干擾很大時，還可能導致管道設備無法正常工作或危及人員安全等問題[1 - 5]。然而由于周邊環境限制、征地困難且成本急劇增大等，常常難以通過地理空間避讓來消除這種干擾，迫使線路與埋地管道共用走廊甚至交叉跨越的情況不斷增加[6 - 13]。因此，采取合理的防護措施是保證管道安全穩定運行的優選途徑。

地下金屬管道的交流干擾防護主要從兩個方面采取措施：1)改變管道分布參數電路中感應電動勢的值，實際包括管道路徑上遠離干擾源、沿著管道敷設導體進行電屏蔽等；2)改變管道電路的串聯阻抗和并聯導納的值來改變管道感應電壓電流分布，實際包括對管道接地排流、安裝絕緣法蘭進行電隔離等[14]。Nagat M. K.等采用極化電池作為接地排流方式，以試錯法的方式確定接地系統設計方案，對一個500 kV交流線路-管道走廊進行了交流干擾防護[15]。周國雨設計了裸銅帶與集中接地網相組合的防護方案，對比了防護前后管道感應電壓的變化[16]。還有一些研究工作提出了有效的防護措施方案[17 - 18]，但沒有詳細給出依據或有待實踐驗證。

工程實際中主要對管道進行排流防護改造，排流點的確定多采用試錯法，即在管道感應電壓或電流密度超出限值的峰值處采取接地排流等防護，排流設施的安裝可能會改變管道沿線的管地干擾電壓分布，造成排流點遠處的管地電位升高，若沒有達到標準則繼續在新的峰值處增加防護措施，直到所有區段滿足防護限值為止。由于管道感應電壓分布受管道等效電路拓撲結構和感應電動勢影響很大，新增的排流點改變了管道原有的電路拓撲結構，多個排流點之間存在防護配合問題，峰值防護的試錯法往往不是最優解，不易事先控制預算，而且對多種防護措施協同配合問題無從下手，在工程實際中具有較大的改進空間。

本文在研究穩態和暫態的交流輸電線路對埋地管道影響的基礎上[19 - 20]，繼續對管道防護措施開展優化研究。建立管道分布參數電路中固態去耦合器排流裝置和絕緣法蘭的等效電路模塊；分析土壤電阻率均勻性、接地極屏蔽效應和接地電阻以及其他地理限制因素對管道防護粒子群算法優化的影響；考慮多種因素下進行多種防護措施的組合優化；對比管道防護中PSO算法與試錯法的應用；以烏蘭公共走廊作為案例，采用粒子群優化正常運行時的交流干擾緩解措施。

1 理論基礎

1.1 管道與防護措施的系統建模

為了計算感應電動勢作用下埋地管道的感應電壓電流分布，建立了基于傳輸線理論的管道分布參數等效電路[19,21]，該模型適用于與大地形成回路的金屬導體，包括埋地管道、電纜和鐵軌等。管道等效電路見圖1，管道x處分段長度為dx的電路單元如圖中右側藍色虛線框內所示。

圖1 有排流裝置和絕緣法蘭的埋地管道等效電路模型Fig.1 Equivalent circuit of buried pipeline with drainage device & insulating flange

對應的傳輸線方程為：

(1)

式中：u(x)和i(x)分別為管道x處的電壓和電流，A；zp為管地等效電路的單位長度阻抗， Ω/m；yp為管地等效電路的單位長度對地導納，1/(Ω·m)；ep為單位長度管道對輸電線的感應電動勢，V/m；z1、z2分別為管道兩端的邊界阻抗。

由式(1)對x求導，得到感應電壓二階微分方程：

d2u(x)/dx2-γ2u(x)-dep(x)/dx=0

(2)

阻抗zp和導納yp由式(3)—(4)計算。

(3)

yp=πD/(ρcδc)+jωε0εrπD/δc

(4)

式中：rp為管道的電阻率，Ω·m；m0為空氣的磁導率；mr為管道的相對磁導率；D為管道的直徑，m；r為土壤電阻率，Ω·m；rc為防護層的電阻率，Ω·m；dc為防護層厚度，m；e0為空氣的介電常數；er為管道防護層的相對介電常數。

1.2 固態去耦合器的等效電路

固態去耦合器由電容、二極管、浪涌保護裝置組成，電路原理圖見圖2。電容用于穩態下的交流干擾排流；二極管隔直避免陰極保護電流流失，也可以用于暫態電流泄流并鉗制暫態電壓升高；浪涌保護器為氣體放電管，用于如雷電流等高幅值電流的排流[22]。當固態去耦合器一端與管道相連，另一端連接左右兩根與管道并行敷設的裸銅線時，相當于管道對地導納并聯了一個數值較大的導納，管道采用的分布參數傳輸線等效電路變化為如圖1黑色虛線框所示，圖中yssd為固態去耦合器的等效導納，yg1、yg2為與去耦合器相連的接地極的等效導納。這改變了管道原有的電路拓撲結構，從而影響管道各節點的感應電壓電流分布，實現緩解交流干擾的效果。

圖2 固態去耦合器電路結構圖Fig.2 Solid-state decoupler circuit structure diagram

1.3 基于粒子群優化理論的管道防護配置算法

近年來在電力行業的科學研究與工程實踐等領域出現了大量的優化問題，智能群體優化算法在解決現代優化問題中發揮了重要的作用。粒子群算法作為智能群體優化算法的重要代表之一，在電力系統中已得到應用，但是在能源輸送公共走廊的規劃設計、防護優化方面的研究未見報道。

粒子群的基本數學模型為：假設存在某個N維的目標搜索空間，由m個粒子構成種群X=(x1,…,xi,…,xm)， 該種群中粒子i的坐標位置可表示為一個N維向量xi=(xi1,xi2,…,xiN,)T， 其對應的飛行速度為Vi=(vi1,vi2, …,viN)T。 粒子i目前搜索到的最優坐標位置為個體極值pi=(pi1,pi2, …,piN)T， 群體最優位置即全局極值為gbest=(pg1,pg2, …,pgN)T。 在搜索最優值pi和gbest時，粒子xi按式(5)、(6)改變自身的速度和位置[23 - 24]。

vij(t+1)=w·vij(t)+c1r1(t)(pij(t)-xij(t))+
c2r2(t)(pgj(t)-xij(t))

(5)

xij(t+1)=xij(t)+vij(t+1)

(6)

式中：j=1,2,…,N，i=1,2,…,m；t為當前迭代數；r1、r2為在[0，1]區間內的隨機數，用于增加粒子的隨機性；c1、c2為加速常數，也稱學習因子，用于調整全局最優粒子和個體最優粒子搜索方向的最大速度；w為慣性權重。

w用于改善算法收斂性，調整w值可以權衡局部和全局的搜索能力。傳統PSO采用線性遞減權值策略，與粒子適應度不匹配。為加強局部與全局搜索協同性，本文采用自適應慣性權重如式(7)所示。

(7)

式中：fi為粒子i的適應度，fav、fmin分別為群體適應度的均值和最小值；wmax、wmin分別為最大最小慣性權重，一般取0.9和0.4。

1)目標函數

管道防護措施優化目標為使防護的總成本達到最低。假設管道分為a個可防護的節點，對于某項防護措施建立一個a維的列向量，里面的元素為該節點采取這項防護措施包含設備、施工、運輸、停運等費用后歸一化的成本。當考慮的防護措施有b類時，組成防護措施系數矩陣Ma×b， 優化目標為：

(8)

式中mij為矩陣元素。由式(1)對應的節點電壓和環路電流方程組，計算不同節點和路徑上的電壓電流，采用防護措施時，方程組中的系數根據圖1中的結構進行修正。

2)約束條件

主要考慮輸電線路穩態運行下，管道、人員、設備的安全限值作為計算的約束條件如式(9)所示。

(9)

式中：Ui為節點i的感應電壓；ρi為環路i的視在土壤電阻率；Uf為裝有陰極保護、測量等設備的特定位置的感應電壓。如果有特殊的防護要求可以增加特定約束。

優化算法基于種群和搜索的概念，通過各個粒子間的競爭與合作，實現復雜空間上最優解的搜索。

2 管道防護系統優化分析

為使模型更加接近工程實際，需要考慮多種因素下的管道防護優化，本文以一個典型的接近-跨越-并行-遠離的公共走廊進行研究，公共走廊路徑示意圖如圖3所示，管道起點與終點經小電阻良好接地，線路與管道的系統參數按1.1節中的線路與埋地管道進行計算。

圖3 公共走廊線路管道路徑俯視圖Fig.3 Top view of power line& buried-pipeline in common corridor

2.1 考慮土壤電阻率均勻性的防護措施優化

土壤電阻率及其分布對防護措施存在影響，因此分3種工況研究：工況1的土壤電阻率為恒定值；工況2為管道由較低土壤電阻率區進入較高土壤電阻率區；工況3為公共走廊中部為較低土壤電阻率區，兩側為較高土壤電阻率區。

另外，管道分段長度越小，防護點位置越精確，但計算復雜度隨之增加，綜合考慮管道分段長度約為110 m。

研究假設線路正常運行時相電流為1 000 A，單根裸銅帶等效半徑0.01 m，長度100 m，埋深1.9 m。

1)工況1

公共走廊內的土壤電阻率假設為100 W·m。單個排流裝置及其接地極視為一個單位防護成本，在滿足安全限值約束情況下，對管道防護措施進行了粒子群優化計算。粒子群的種群大小為350；權衡粒子個體認知能力和群體協調經驗，學習因子c1、c2分別取1.6和1.8；慣性權重采用自適應方法，權重上下限wmax、wmin取0.95和0.6。

管道采取防護措施前后的管地電位計算值如圖4(a)所示，按腐蝕最嚴重情況考慮的管道交流電流密度的計算結果見圖4(b)。

圖4 考慮土壤電阻率的管道防護PSOFig.4 PSO of pipeline protection considering soil resistivity

由圖可知，無防護情況下，公共走廊內管道感應電壓在線路管道鄰近點和交叉跨越點處存在21.68 V和16.18 V兩個極大值；兩個極大值附近分別有5.23 km和1.44 km范圍的管道受到中等程度的交流干擾。經過PSO算法防護優化后，公共走廊內的管道所受電磁影響大幅減小，降為弱交流干擾。

為評估交流干擾電壓對管道腐蝕的影響，我國在GB/T50698—2011《埋地鋼質管道交流干擾防護技術標準》[25]對交流干擾程度進行了評估，其中規定，管道的交流干擾電壓有效值的平均值不超過4 V時，不需要采用交流干擾緩解措施；大于4 V時，由式(10)計算交流電流密度JAC進行評定。

(10)

式中：JAC為管道涂層破損點處的交流電流密度，A/m2；UAC為管道交流干擾電壓有效值的平均值，V；ρ為研究點處與埋地管道相同深度的土壤電阻率的測量值；d為涂層破損點直徑，一般認為管道金屬裸露面積100 mm2時最易發生交流腐蝕，式(10)中d值按腐蝕最嚴重情況取0.011 3 m。

在均勻土壤電阻率情況下，根據式(10)計算得的交流電流密度與管地電位分布趨勢一致，此時優化得到的最少排流防護點為3個，與管道起點距離分別為4.29 km、7.16 km和10.23 km。PSO算法初值隨機生成，經過19次迭代后收斂得到最優結果。

2)工況2

工程實際中，對于一個地理跨度較大的公共走廊，管道沿線各處的土壤電阻率是不均勻分布的，這將影響管道自身的等效串聯阻抗和并聯導納，以及排流裝置接地極的接地電阻值等，使得PSO算法的優化結果存在變化。

假設土壤電阻率沿管道路徑變化，采用Perlin噪聲函數隨機生成垂直分層土壤電阻率。Perlin噪聲屬于梯度噪聲，相比隨機數值噪聲(如白噪聲)，基于分形算法的Perlin噪聲函數更準確地模擬如云層、地形等自然環境參數的分布特性[26]。這里工況2的土壤電阻率的分布規律為管道由較低土壤電阻率區進入較高土壤電阻率區，如圖5(a)所示。

圖5 Perlin隨機噪聲器產生的土壤電阻率分布Fig.5 Soil resistivity distribution generated by Perlin random noise

對工況2的管道PSO防護優化計算結果見圖4(c)和(d)。由于管道在ρ較低區段因涂層損壞發生交流腐蝕的風險更大，需要采取較多排流點保證沿線的管道感應電壓處于較低值；ρ較高區段則很容易達到防護要求。不過感應電壓峰值的允許值比ρ較低區高，但未超過相關限值，不會對人身安全和設備抗工頻干擾正常工作造成影響，ρ較高區段和ρ較低區段的排流點個數分別為1、3。從前兩種工況也可以看出交叉跨越的電磁影響比鄰近點更強，需要更多防護。PSO算法經過27次迭代后收斂。

3)工況3

工況3的土壤電阻率的分布規律為：公共走廊中部為較低土壤電阻率區，兩側為較高土壤電阻率區，見圖5(b)。

對這種工況的管道PSO防護優化計算結果見圖4(e)和(f)。這種情況下強干擾區土壤電阻率低，一旦管道涂層破損，由于接地電阻較低，破損處可產生高幅值交流電流引發強交流腐蝕，因此需要大量排流點保證感應電壓處于較低水平，管道-線路交叉點、并行和遠離點附近區段分別需要2、2和3處排流點，以保證達到安全限值，從發生交流腐蝕風險的角度考慮，線路不宜與管道在土壤電阻率過低的公共走廊并行。PSO算法經過57迭代后得出最優結果，排流點越多，算法收斂所需的計算時間越長。

2.2 考慮接地極對管道屏蔽效應的防護措施優化

由于排流點接地極導體沿管道平行敷設，接地極流過電流產生磁場影響附近埋地管道金屬部分的感應電動勢，也就是圖1中yg1和yg2流過的電流對管道上的ep,i和ep,i+1產生影響，排流點位置除了改變管道的電路拓撲結構，還改變了環路單元上的參數值，以下將對這種情況下的PSO防護優化進行研究。

地下平行導體的大地返回互阻抗Zm與自阻抗Zs可采用Pollaczek公式計算，但該公式中含有強振蕩性的積分項，計算過于復雜。因此一般采用該公式的近似表達式進行計算，如式(11)—(12)所示。

(11)

(12)

式中：μ0=4π×10-7H/m，為真空磁導率；g=1.781 1，為歐拉常數；ρ為土壤電阻率，W·m；d為兩個導體之間的幾何距離，m；r為導體半徑，m；R為導體單位長度電阻，W·m。

對于沿管道平行敷設的裸導體而言，屏蔽因子k可以用式(13)計算[12]：

(13)

式中：Zp4、Z44分別為管道和屏蔽導體之間的互阻抗、屏蔽導體的自阻抗，由式(11)和(12)計算。

以工況3的土壤電阻率分布為例，計算管道PSO防護優化，計算結果見圖6。

圖6 考慮接地極屏蔽效應時管道PSO防護Fig.6 PSO of pipeline protection considering shielding effect of earthing pole

管道在安裝排流裝置時，如果接地極選擇平行于管道敷設的裸導體，接地極的屏蔽效應削弱了干擾源在管道上產生的感應電動勢，帶來額外的防護效果。與圖4(e)和(f)中的結果對比，在滿足交流腐蝕限值的情況下，交叉點附近的排流點減少了一個，排流點總數由7降至了6，對應的位置也有所變化，見表1。相比采用接地網或陽極床等集中接地排流，更推薦采用排流接地極平行與管道敷設的方式，特別是在線路-管道鄰近或交叉跨越等存在較強電磁影響區域。

表1 考慮屏蔽效應前后的PSO優化的排流點與起點的距離Tab.1 Distance between starting point and current drainage positions before and after PSO considering shielding effectkm

2.3 接地極接地電阻對防護效果的影響

在某些情況下固態去耦合器的接地極因成本或者地形地勢因素，無法與管道并行敷設，只能采取接地網或者陽極地床集中接地排流時，此時的防護措施優化將有所不同。接地極接地電阻大小直接影響排流點的排流效果，以下研究不同接地電阻的接地極對PSO防護優化的影響。

線路正常運行電流1 000 A，土壤電阻率分布為工況2時，接地極接地電阻值分別為2 Ω和4 Ω時的PSO優化計算結果見圖7。

圖7 不同接地電阻時的管道防護PSOFig.7 PSO of pipeline protection under different earthing resistances

使管道所有區段降低至弱交流干擾，3種不同接地電阻情況下所需要的排流點分別為9和19個。隨著接地極接地電阻升高，排流效果快速減弱，需要更多的排流點以更加密集的方式集中于強干擾區進行排流。當接地電阻大于9.1 Ω時，僅憑排流方式難以將電磁影響降低至弱交流干擾，接地電阻大小對排流點數量影響很大，在實際應用時應盡可能減小以增加緩解效果。

2.4 多種防護措施配合下的粒子群優化

接地排流可以緩解大部分情況的交流干擾，但是當公共走廊內的線路與管道距離過近、線路負荷較大或者接地極接地電阻無法降低時，管道受到的交流干擾可能無法單純憑借排流法緩解，這時需要采取額外的防護措施，不同防護措施的配合和規劃也是一個優化問題。

管道分段隔離法(絕緣法蘭，見圖1左側紅色虛線框)在防護強交流干擾時具有很明顯的效果，通過絕緣法蘭將管道電氣絕緣，在強交流干擾區阻斷了感應電動勢和感應電流的多段疊加。但是在已經投運的管道上改造難度和成本較大，一般在管道設計階段或者其他防護措施達不到效果時采用。

以工況2下的土壤電阻率分布為例，絕緣法蘭的電阻值取50 MΩ[21,26]，當排流點接地極接地電阻取9.1 Ω，此時排流點緩解效果較差，僅靠排流法難以將所有區段的電磁干擾降低至弱交流干擾水平。采用PSO算法對管道排流和分段絕緣進行組合優化計算，當絕緣法蘭與排流點的防護成本比值分別為5和10時，PSO算法的計算結果如圖8所示。

圖8 組合不同管道防護措施的PSOFig.8 PSO of combined protection measures for pipeline

在單種交流干擾緩解措施難以滿足防護限值要求時，PSO算法可以實現不同措施的組合優化問題。由該圖看出，絕緣法蘭作為串聯在管道分布參數電路模型中的大阻抗，阻斷了管道串聯方向的感應電動勢疊加和感應電流通路，管地電位幅值/交流泄漏電流密度在絕緣法蘭處達到極大值后停止上升，另一側則從另一個極大值開始逐步下降，兩個絕緣法蘭之間的管道區段的管地電位幅值近似呈“V”形分布。一般來說，由于兩個法蘭中間的管地電位幅值較低，對于簡單的情況，可以考慮絕緣法蘭以管地電位峰值處為中心對稱設置絕緣法蘭，最大程度地降低管地電位，但是絕緣法蘭改變了管道電路拓撲結構，可能會導致遠處其他地方的管地電位升高，與排流法組合時模型更加復雜，此時采用PSO算法進行優化計算，可以搜索得到絕緣法蘭和排流裝置在管道沿線組合防護點的最優解。

絕緣法蘭具有很強的交流干擾防護效果，當絕緣法蘭與排流裝置的防護成本比值較低時，PSO算法更傾向于采用絕緣法蘭進行多個分段絕緣來抑制交流干擾水平；絕緣法蘭的防護成本升高時，PSO算法傾向于減小絕緣法蘭數量，在不同位置采用更多的排流點來配合絕緣法蘭降低交流干擾。

2.5 考慮其他限制因素下的防護措施優化

防護措施的優化除了要考慮上述不同因素對排流防護效果的影響，還需考慮到其他因素對防護成本的影響，以下分析幾個特殊限制因素。

1)復雜地形系數Ct=(ct1,ct2, …,ctD)T

管道的輸送路徑可能經過例如陡坡、山林、巖石帶等。這些因素使得安裝防護措施時帶來額外的施工成本，根據具體情況采用復雜地形系數Ct修正，防護系數矩陣內某種措施的列向量每個元素與Ct中對應位置的元素相乘后得到防護成本修正值。

2)土地屬性系數Ce=(ce1,ce2, …,ceD)T

管道的輸送路徑可能經過一些經濟作物帶例如農田、牧場等。在青海的一個案例中，對管道運維監測記錄調研中發現有些檢測數據缺失，原因是測試樁位于不易進入和采取防護措施的農場區域。根據具體情況采用土地屬性系數Ce修正。

3)特殊地理系數Cs=(cs1,cs2, …,csD)T

管道的輸送路徑可能經過一些特殊地理區段如穿過河流水域、鉆越交通道路、架空穿過峽谷等。這些地點的接地防護措施施工困難或者無法施工。根據具體情況采用特殊地理系數Cs修正。

假設公共走廊內的地理因素按圖3分布，土壤電阻率分布取工況3，管道由較高土壤電阻率區進入較低區；假設上述3種系數分別為2、1.8和10，管道的PSO防護優化結果如圖9所示。

從圖9(b)中可以看出，排流點的搜索傾向于避開山地、田地等增加防護成本的區域，在滿足限值的情況下，此時的PSO防護優化計算的排流點數量為7個，相比圖4(e)和(f)中的情況額外增加了1個，但是總體防護成本減少了11.4%。

圖9 考慮其他限制因素時管道PSO防護Fig.9 PSO of protection measures for pipeline considering other limiting factors

3 粒子群算法與試錯法的對比

對于排流點的規劃和設計，目前工程實際中最常用的是試錯法(誤差嘗試法)。即在管道感應電壓最高點(或者交流電流密度計算值最大處)設置排流點，排流點改變了電路拓撲結構可能導致遠處管道感應電壓升高，若超過限值要求，則在新的最大值處增加措施；若某處交流干擾較強，單個排流點無法使該點降低至限值以下時，在鄰近區域繼續增加排流點，直到滿足要求為止。由于管道感應電壓電流分布受管道電路拓撲結構和感應電動勢影響很大，試錯法往往難以在多數情況下取得最優。以下研究不同程度的電磁影響、不同排流效果下PSO算法和試錯法的對比。

當公共走廊內的管道排流點效果不變時，假設接地極接地電阻為1 Ω，土壤電阻率按工況2分布，研究線路負荷電流在500～1 800 A范圍時的PSO算法和試錯法的效果對比，如圖10所示。

圖10 考慮線路負荷電流時管道需要的排流點數對比Fig.10 Comparison of pipeline drainage numbers required with line current

從圖中可以看出，當公共走廊內的線路運行電流小于500 A時，因為電力負荷較小，線路對管道的電磁影響較低，排流點比較容易達到緩解效果，具有較大的裕度，這種情況下可以進行排流效果的進一步優化，即在給定排流點數量基礎上使沿線交流干擾盡可能減弱；隨著負荷升高，兩種方法需要的排流點數量逐步升高，在線路負荷電流大于1 200 A后，試錯法需要的排流點數量快速增加，由于PSO算法能夠搜索空間中更優的排流點位置，實現各個點之間的排流配合，在電磁影響較強的公共走廊內具有更大的優勢。

對公共走廊中其他影響因素，如接地極的接地電阻等，對比研究均表明，無論從排流點的數量，還是位置設置，以及總體排流效果，PSO算法對管道防護上有更明顯的優化效果。

此外，基于PSO算法的管道防護優化方法是模塊化的，可以進行橫向、縱向、高維拓展等改進。橫向上，若某種防護措施能等效為管道分布參數模型的某個模塊，PSO算法可以實現多種防護措施的組合優化問題，而傳統的試錯法難以用于此類問題的分析；縱向上，PSO算法可以引入精英系統、其他算法的核函數等模塊來改進，增強算法的收斂速度和尋優能力，且可根據工程實際考慮多種因素和機理，使優化分析過程更適用于實際情況；PSO算法的搜索空間從一維拓展到二維時，可以實現對管道、線路等坐標路徑的尋優，在權衡建設與防護的經濟性、電磁影響等方面，為能源輸送公共走廊內的電磁兼容優化問題提供設計與規劃上的幫助。

4 工程實例分析

以青海烏蘭公共走廊為案例研究走廊內750 kV、330 kV線路正常運行時的交流干擾緩解措施的PSO優化問題。公共走廊的路徑信息如圖11所示。

圖11 烏蘭公共走廊路徑俯視示意圖Fig.11 Top view of Wulan common corridor

各線路正常運行電流以及線路管道參數由表2給出，排流方式采用固態去耦合器連接裸銅帶接地，裸銅帶與管道并行敷設，單根裸銅帶等效半徑為0.01 m，長度為100 m，埋深為1.9 m。

表2 各交流輸電線路穩態正常運行相電流Tab.2 Steady-state normal operating phase current of each AC transmission line

管道的PSO防護和試錯法防護設計的優化結果見圖12，各線路正常運行時，管道在交叉跨越點附近有4.3 km區段受到中等交流干擾，PSO法將交流干擾程度降低為弱需要兩個排流點，與起點閥室距離分別為61.52、66.97 km；試錯法的排流點位置分別為61.52、65.95 km。線路-管道交叉區干擾程度不高，兩種方法需要的排流點數量一樣，但是PSO算法防護后交流電流密度最大值為15.13 A/m2，試錯法為21.08 A/m2，PSO算法搜索的排流點位置能取得更好的干擾緩解效果，在應對公共走廊未來新建線路或負荷增長時具有更大的防護裕度。經過排流后交叉點附近區段的交流干擾大幅下降，但會導致上游部分區段的管地電位有所升高。

圖12 烏蘭公共走廊內管道PSO防護優化Fig.12 PSO of pipeline protection in Wulan common corridor

5 結論

為減輕公用走廊中交流線路對埋地管道的電磁干擾，本文對管道防護措施及優化方法進行了研究。建立了管道分布參數電路，其中包含固態去耦合器排流裝置和絕緣法蘭的等效電路模塊?；诹Ｗ尤核惴▽艿婪雷o系統進行優化，并研究了對影響管道防護措施的多種因素。結論如下。

1)土壤電阻率分布均勻性導致防護點配置存在差異，土壤電阻率較低區段發生交流腐蝕的風險較大，需較多排流點將管道電壓降低至較低水平。

2)接地極與管道平行敷設時存在的屏蔽效應降低了管道上的感應電動勢，可以增強防護效果。

3)排流法無法有效緩解干擾時，可采用管道絕緣分段和排流的組合優化，絕緣法蘭在強干擾區域具有很明顯的效果。

4)考慮了其他地理限制因素下的管道防護，增強PSO算法在權衡技術性與經濟性方面的尋優能力，更接近工程實際。

5)比較了管道防護PSO算法與試錯法，滿足防護限值要求時，在不同程度的電磁影響和接地極排流效果下，采用前者的防護方案相比后者能節省更多防護成本，在較強交流干擾水平、較差排流效果的情況下具有更優的效果。

6)以烏蘭公共走廊為案例，研究線路正常運行時的交流干擾緩解措施的優化，采用兩個排流點后交叉點附近區段的交流干擾大幅下降為弱等級。