埋地油气管道和阴极保护装置的gic测量方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及埋地油气管道GIC监测技术领域，具体设及一种埋地油气管道和阴极 保护装置的GIC测量方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的快速发展，国家对石油和天然气的需求量逐年递增。毋庸置疑，埋 地油气管道下简称管道）的快速建设和发展有效保障了国家能源供应，促进了经济发 展。但与此同时，若管道发生安全故障，会对国民经济运行产生严重影响，如果管道发生泄 露穿孔，引发火灾爆炸或事故，更会对人民生命、环境和国家财产造成严重危害。因此，应该 从设计、施工及运行管理等方面严格控制，降低事故发生概率，避免重特大事故及环境污染 事件的发生。一般情况下，管道发生事故的原因除了天灾人祸之外就是金属腐蚀，尤其是管 道外部的直流杂散电流腐蚀。首先，在已有研究结果中已经得到行业关注的是；我国电网尤 其是南方电网的直流输电系统在单极接地运行方式时，烧毁了很多管道阴极保护装置，对 广东管道已造成严重影响；其次，到目前为止还没有得到行业广泛关注的是；与直流输电 系统具有同样性质的空间天气引起的地磁暴产生的地磁感应电流对管道所造成的影响。据 世界中屯、的地磁暴Dst指数数据库统计表明，管道大约每年平均有2到3个月的时间遭受 中等及W上级别地磁暴的影响。另外，由核爆产生的电磁脉冲福射对管道的影响机理也与 地磁暴类似。从国家战略角度上看，核爆影响问题已经正在得到有关行业和管理部口的极 大关注。由于直流输电系统、地磁暴和核爆在管道里所产生的电流性质相近，所W，在本发 明专利里，将其统称为地磁感应电流GIC(Geoma即eticallyInducedQirrent)。
[0003]研究表明，地磁暴对管道影响的本质，一是导致管道产生更高的管地电位PSP(PipetoSoilPotential);二是在管道里产生GIC。由于地理条件的限制和分输站原 因，油气管网铺设出现拐角、分支、地理起伏、海拔高度变化、不同电阻率区域等复杂情况， 使得具有全局影响的地磁暴和按原电池腐蚀局部影响设计的传统阴极保护产生的管道GIC 和管地电位PSP的分布特征完全不同。其危害分为S个方面，第一，一般腐蚀。管地电位 PSP会超过国家阴极保护标准范围，从而使传统阴极保护失去控制，因此，地磁暴会加速金 属管道的腐蚀。第二，对于具有局部腐蚀的管道，管地电位PSP越高，在已有局部腐蚀处流 进或流出的电流就越大，造成腐蚀越严重甚至产生电弧导致管道漏油气W及爆炸等突发事 故。第=，对于与管道连接的具有接地点的阴极保护装置、仪表和传感器等设备，GIC电流 会影响其正常工作甚至会通过其接地点将其烧毁。
[0004] 要正确评估地磁暴对管道的影响并且采取防御措施，必须准确地测量管道GIC和 阴极保护装置GIC，该是非常必要的基础研究工作。但是存在两个最突出的问题：
[0005] (1)间接测量GIC存在的问题
[0006]对于铺设好的正常运行的埋地管道，由于其直径较大，在管道上安装电流互感器 施工很不方便，另外，阴极保护装置还在运行中。所W，准确测量其通过管道的GIC电流比 较困难。
[0007] 一般的管道GIC的测量原理是利用磁强计测量GIC所产生的感应磁场强度，利用 电磁定律间接计算得到GIC。常见磁强计有磁通口磁强计（涂疑，郭文生，曹大平.磁通口 传感器的应用与发展[J].水雷战与舰船防护，2002,01:36-38.)、超导量子干设磁强计（曾 昭发，王者江.S卵ID及在地球物理中的应用[J].地球物理学进展，2003,04:608-613.) 等。磁通口磁强计的传感器是绕在高磁导率巧上的变压器。工作原理是：铁巧磁导率随激 励磁场强度而变，在被测磁场的作用下，感应电势中就会出现随被测磁场强度而变的偶次 谐波分量，而当铁巧处于周期性过饱和工作状态时，偶次谐波分量显著增大。所有偶次谐波 的的振幅和相位正比于探头轴相磁场的强度和方向。实际上，偶次谐波相比于奇次谐波是 很弱的。使用两个单铁巧探头平行，激磁线圈反向串联，感应线圈同向串联，使得奇次谐波 互相抵消，而偶次谐波信号相互叠加。所W，通过测量和分析偶次谐波信号的变化就可W确 定被测磁场。
[000引 双磁通口测量法是Wallac細Campbell和JamesE.Zimmerman在上世纪80年代 提出的（CampbellWH,ZimmermanJE1980IE邸T.Geosci.Remote18 244.)。在测量管 道GIC时，管道周围的磁场B由两部分组成；GIC在管道周围产生的磁场和管道周围的环境 场。将一磁通口探头在管道10m处与管道平行放置，记录磁场变化。所测得磁场为管道中 的GIC在该点产生的磁场与该点的环境磁场之和。可见，采用单一磁通口探头测量所测得 磁场中不仅包括GIC在探头处产生的磁场，还包括该点的环境磁场。为了消除环境磁场对 测量的影响，所W采用双磁通口差分测量。美国Alaska管线测量GIC就是使用该种方法。 该种方法本质上是利用磁通口测量GIC产生的磁场强度，间接计算得到GIC，不能获得实时 且准确的GIC数据。
[0009] Wallac細Campbell和JamesE.Zimmerman还提出了使用超导量子干设磁强计 (S卵IDMagnetometer)测量磁场梯度。S卵ID磁强计本质上是同磁通口、磁力计测量GIC 一样，是在外部测量GIC产生的磁场强度，然后通过电流与磁场的关系计算得到GIC。
[0010] 另外，美国化ena测试站中使用了分流计来测量管道GIC。化ena测试站在650 英尺长的管道上安装分流器，首先通过其他技术手段获得该段管道上的电阻，在已知管道 电阻、分流器电阻的情况下，利用管道电阻和分流器支路分流的比例关系，可W求得总线电 流。由于管道上的电阻不能准确得到，所W误差很大。
[0011] 所W，不使用电流互感器的间接测量管道GIC的方法，由于需要管道和其环境背 景参数等信息，另外，还受到背景电磁场的影响，因此，测量精度差。
[0012] (2)阴极保护装置动态电流对GIC测量的影响
[0013] 在测量GIC时，由于阴极保护装置仍在运行中，所W，现场测得的电流是地磁感应 和阴极保护电源的合成结果，应该将运行中的阴极保护动态电流从所测量电流值中分离出 来之后才能得到所要测的真正GIC。
【发明内容】
[0014] 针对现有技术中解决测量GIC所存在的上述两个突出问题，本发明提供了一种埋 地油气管道GIC和阴极保护装置GIC的测量方法及装置，通过在阴极保护站所在处的埋地 油气管道绝缘法兰钩线电缆里加装电流传感器来直接测量埋地油气管道中的电流，在阴极 保护装置中安装电流和电压传感器来测量阴极保护装置中的电流和电压，W及使用在线学 习的参数辨识方法来更新埋地油气管道±壤电阻参数，实时计算埋地油气管道和阴极保护 装置的GIC动态电流所存在的问题，实现了阴极保护站所在处的埋地油气管道GIC和阴极 保护装置的GIC准确监测，可W正确地评估地磁暴对埋地油气管道的影响，并且及时采取 防御措施来避免重大事故的发生。
[00巧]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0016] 一种埋地油气管道GIC和阴极保护装置GIC的测量方法，该方法包括：
[0017] 步骤1，通过在阴极保护站所在处的埋地油气管道绝缘法兰钩线电缆里加装电流 传感器，直接测量埋地油气管道中的电流；
[0018] 步骤2,使用在线学习的参数辨识方法，更新埋地油气管道±壤电阻参数，实时计 算埋地油气管道和阴极保护装置的GIC动态电流。
[0019] 优选的是，如步骤1所述的在阴极保护站所在处的埋地油气管道绝缘法兰钩线电 缆里加装电流传感器测量埋地油气管道中电流，具体包括：
[0020] 步骤11，阴极保护站的进出站干线管道通过绝缘法兰钩线电缆连接，每一个阴极 保护站安装有两套雷电防护装置和两套阴极保护装置，其通过绝缘法兰外侧的阴极电缆与 进出站干线管道连接；
[0021] 步骤12,阴极保护装置上安装输出电压传感器和电流传感器，并在钩线电缆处加 装一个电流传感器。
[0022] 在上述任一技术方案中优选的是，如步骤2所述的使用在线学习的参数辨识方法 来更新埋地油气管道±壤电阻参数，实时计算埋地油气管道和阴极保护装置的GIC动态电 流，具体包括：
[0023] 步骤21，对无地磁暴时的阴极保护装置电流、阴极保护装置左侧钩线电缆电流分 别与阴极保护装置输出电压之间的关系进行数据在线拟合；
[0024] 步骤22,使用最小二乘法在线估计求解模型±壤电阻参数；
[0025] 步骤23,当无地磁暴时