一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法
【专利摘要】本发明是一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法。它是通过绝缘支架将三根漏磁增强电缆按高压交流输电线路三相传输方式排列来模拟高压输电线路的三相交流电，并布设在室外的埋地管道上方来模拟高压输电线路，绝缘支架的托架支撑由步进电机控制，调节三相漏磁增强电缆与埋地管道交叉角度；其交叉角度的大小由步进电机精确控制，漏磁增强电缆的架空高度由支架调节；采用交流电流作为干扰激励源，通过调节流经电缆的交流电流大小来调整三相漏磁增强电缆所产生的磁场强度。本发明能实现不同电压等级的高压交流输电线路对埋地管道干扰的模拟，实现三根漏磁增强电缆三相传输排列方式变化和埋地管道与电缆之间的交叉角度的精确地控制。
【专利说明】一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法。涉及管道系统
【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着高压交流输电网和油气管道的高速建设，高压输电线路与埋地油气 管道的交叉、平行的现象越来越多，能源"公共走廊"越来越普遍。但高压输电线路的电磁 场环境、异常工况运行和接地设置等都会对其邻近的埋地钢质管道造成杂散电流干扰，在 一些区域引起的杂散电流干扰已经造成埋地管道的阴极保护系统无法正常运行，甚至造成 管道腐蚀失效和电击管道操作人员，严重威胁着其邻近埋地管道的安全和正常运行。由于 现场采用的直接测试方法只能测出输电线路在测量时刻运行工况下在管道上方的形成电 磁场，对管道上形成的感生电压和电流难以实时测量。
[0003] 目前对该影响的研究方法有两种：一种是通过数值模拟方法进行计算，另一种是 先在高压交流输电线路附近的埋地钢质管道测量管道交流电位，然后在实验室用现场测量 的管地交流电位作为交流电压值施加到室内模拟管道上评价其对管道的影响。前一种方法 需要获取高压交流输电线路的详细结构(包括接地)、运行工况参数、沿线土壤结构，以及埋 地管道的腐蚀电化学数据，上述数据获取难度很大，并且数值模拟结果与现场测量结果的 吻合情况受以上参数的影响较大，使得两者之间通常偏差较大，导致难以准确评价管道遭 受的干扰危害。后一种方法存在如下不足：一是现场测量值通常不是恒定值，受人为因素 影响大；二是难以确定引起管道杂散电流干扰的主要因素(是电磁场还是接地系统，或者其 他）；三是就电磁场对埋地管道影响进行室内模拟研究难度很大。CN102435877A公开了一 种高压交流架空送电线路对埋地金属油气管道影响的干扰确定方法，但它不能对交流电产 生的电磁干扰进行精确调节。因此，现有的研究方法难以有效分析和评价高压交流输电线 路对埋地钢质管道的影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是发明一种实现不同电压等级的高压交流输电线路对埋地管道干 扰的模拟、实现三根漏磁增强电缆三相传输排列方式变化和埋地管道与电缆之间的交叉角 度的精确地控制的高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法。
[0005] 其主要原理是利用漏磁增强电缆的电流磁感应耦合（电磁场感应）来模拟高压输 电线路传输工频电压对埋地钢质管道的影响，通过改变漏磁增强电缆的磁场强度和空间位 置来模拟高压输电线路在不同工况、线路结构和位置对其附近埋地管道的影响。
[0006] 本发明所采用的技术方案是：通过绝缘支架将三根漏磁增强电缆按高压交流输电 线路三相传输方式排列来模拟高压输电线路的三相交流电，并布设在室外的埋地管道上方 来模拟高压输电线路，绝缘支架的托架支撑由步进电机控制，可实现三相漏磁增强电缆与 埋地管道以任何角度交叉或平行。其交叉角度的大小由步进电机精确控制，漏磁增强电缆 的架空高度由支架调节。采用交流电流作为干扰激励源，通过调节流经电缆的交流电流大 小来调整三相漏磁增强电缆所产生的磁场强度。
[0007] 本发明所用装置的构成如图1所示，埋设的管道系统1按典型的埋深进行埋设，并 施加阴极保护系统；在埋设的管道系统1上方的地面上设置交流激励电源4,从由计算机软 件控制的交流激励电源4 (图1中的4)的三个交流激励电源I输出端a、交流激励电源II 输出端口 b、交流激励电源III输出端口 c分别与连接导线I 5、连接导线II 6、连接导线III7 的一端相连，连接导线I 5、连接导线II 6、连接导线III7的另一端分别与架设于漏磁增强电 缆及绝缘支架系统3上的模拟A相的漏磁电缆15、模拟B相的漏磁电缆16、模拟C相的漏 磁电缆17的一端相连，模拟A相的漏磁电缆15、模拟B相的漏磁电缆16、模拟C相的漏磁 电缆17的另一端分别与图1中的连接导线IV 8、连接导线V 9、连接导线VI 10的一端相连， 连接导线IV 8、连接导线V 9、连接导线VI10的另一端分别与交流激励电源4的三个返回接 口交流激励电源返回端口 Id、交流激励电源返回端口 lie、交流激励电源返回端口 Illf相 连。
[0008] 所述漏磁增强电缆及绝缘支架系统3包括绝缘支架11、调节支撑结构I 12、调节 支撑结构II 13和调节支撑结构III14 ;模拟A相的漏磁电缆15置于框架网格上，该框架网格 由调节支撑结构I 12与绝缘支架11支撑连接；模拟B相的漏磁电缆16置于框架网格上， 该框架网格由调节支撑结构II 13与绝缘支架11支撑连接；模拟C相的漏磁电缆17置于框 架网格上，该框架网格由调节支撑结构III 14与绝缘支架11支撑连接；
[0009] 所述交流激励电源4选用由计算机软件控制的交流激励电源。
[0010] 本发明的方法是：第一步，根据分布式传输线路模型，若埋地管道与输电线路平行 或接近平行(若为交叉可按平行接近情形作等效平行处理，等效长度与交叉角度α有关， 其值为20arctan α )，然后应用Caron-Clem公式：
【权利要求】
1. 一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法，其特征是通过绝缘支架将 三根漏磁增强电缆按高压交流输电线路三相传输方式排列来模拟高压输电线路的三相交 流电，并布设在室外的埋地管道上方来模拟高压输电线路，绝缘支架的托架支撑由步进电 机控制，调节三相漏磁增强电缆与埋地管道交叉角度；其交叉角度的大小由步进电机精确 控制，漏磁增强电缆的架空高度由支架调节；采用交流电流作为干扰激励源，通过调节流经 电缆的交流电流大小来调整三相漏磁增强电缆所产生的磁场强度。
2. 根据权利要求1所述的一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法，其 特征是所述模拟高压输电线路的三相交流电为：埋设的管道系统（1)按典型的埋深进行埋 设，并施加阴极保护系统；在埋设的管道系统（1)上方的地面上设置交流激励电源（4)，从 由计算机软件控制的交流激励电源（4)的三个交流激励电源I输出端a、交流激励电源II 输出端口 b、交流激励电源III输出端口 c分别与连接导线I (5)、连接导线II (6)、连接导 线III (7)的一端相连，连接导线I (5)、连接导线II (6)、连接导线III (7)的另一端分别与架 设于漏磁增强电缆及绝缘支架系统（3)上的模拟A相的漏磁电缆（15)、模拟B相的漏磁电 缆（16)、模拟C相的漏磁电缆（17)的一端相连，模拟A相的漏磁电缆（15)、模拟B相的漏磁 电缆（16)、模拟C相的漏磁电缆（17)的另一端分别与连接导线IV (8)、连接导线V (9)、连 接导线VI (10)的一端相连，连接导线IV(8)、连接导线V (9)、连接导线VK10)的另一端与 交流激励电源（4)的三个返回接口交流激励电源返回端口 Id、交流激励电源返回端口 lie、 交流激励电源返回端口 Illf。
3. 根据权利要求2所述的一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法，其 特征是所述漏磁增强电缆及绝缘支架系统（3)包括绝缘支架（11)、调节支撑结构I (12)、 调节支撑结构II (13)和调节支撑结构III (14);模拟A相的漏磁电缆（15)置于框架网格上， 该框架网格由调节支撑结构I (12)与绝缘支架（11)支撑连接；模拟B相的漏磁电缆（16) 置于框架网格上，该框架网格由调节支撑结构II (13)与绝缘支架（11)支撑连接；模拟C相 的漏磁电缆（17)置于框架网格上，该框架网格由调节支撑结构III (14)与绝缘支架（11)支 撑连接。
4. 根据权利要求2所述的一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法，其 特征是所述交流激励电源（4)选用由计算机软件控制的交流激励电源。
5. 根据权利要求1所述的一种高压交流输电线路对埋地钢质管道影响的模拟方法，其 特征是具体的方法为：第一步，根据分布式传输线路模型，若埋地管道与输电线路平行或接 近平行(若为交叉可按平行接近情形作等效平行处理，等效长度与交叉角度α有关，其值 为 20arctana )，然后应用 Caron-Clem 公式：
(1) 式中E为管道单位长度感应电压，单位：伏特；dip为第i相线与管道之间的距离，单位： 米；f为频率，取50Hz ; 为空气磁导率，并将拟评价高压交流输电线路的电压、电流等参 数带入由MATLAB编制的解析法求解程序，计算出管道上最大的感应电压值及其位置。 第二步，以高压交流输电线路的三相线布设结构和与管道的相对位置为依据，通过由 步进电机的调节支撑结构调节支撑结构I (12)、调节支撑结构II (13)和调节支撑结构III (14)，将模拟交流输电线路三相交流线路的模拟A相的漏磁电缆（15)、模拟B相的漏磁电缆 (16)、模拟C相的漏磁电缆（17)调整至与拟模拟高压输电线路相线结构一致，并移动绝缘 支架（11)使其与埋地管道系统（1)的相对位置与现场情况一致。随后，将第一步所计算出 的管道上产生的最大感应电压作为已知值，并将三根漏磁增强电缆的磁场增强倍数Z带入 做等效处理，根据感生电动势公式
式中E为电场强度；1为路径积分的运算路径；dl为微小线元素矢量B为磁场强度；t 为时间；ds为微小面元素矢量； 或者Caron-Clem公式的变形处理公式
(2) 计算出所需的流经漏磁增强电缆的交流电流数值：再根据实际测量所得管道的感应电 压，通过微调交流激励电源（4)达到所需要的感应电压，实现了不同电压等级的高压交流输 电线路对埋地管道干扰的模拟。
【文档编号】G01R31/00GK104062516SQ201310088160
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】陈新华, 张丰, 黄维和, 赵晋云, 吴长访, 赵君, 刘玲莉, 陈洪源, 薛致远, 康金静, 徐承伟, 陈振华, 毕武喜, 姜有文, 沈光霁, 王禹钦 申请人:中国石油天然气股份有限公司