出电压￥。(。之间关系的在线拟合
[0067] 根据如图3a所示的管道等效电路图的第一种接线方式可知：
[0068]阴极保护装置阴极右侧电流不方便测量，其计算值为
[0069] Ago(t) =A〇〇 (t)-Aio(t) (1)
[0070]该里，
[0071]
(2)
[0072] 其中，E为阴极保护装置的等效电势，r为阴极保护装置的等效内阻，R为管道的涂 层等效电阻。上游管道和阳极床之间±壤的等效电阻为Ri(t)，下游管道和阳极床之间±壤 的等效电阻为R2(t)。E、R和r为已知的参数，而Ri(t)和R2(t)会随着环境的变化而变化。
[0073] 由电路可得阴极保护装置左侧钩线电缆电流Aw(t)与阴极保护装置输出电压 V〇(t)之间的关系
[0074]
(3)
[0075] 由电路可得管道阴极保护装置的电流Aw(t)与阴极保护装置输出电压Vu(t)之间 的关系
[0076]
[0077] 由做式和（4)式可知，Aw(t)和Aw(t)受到管道涂层电阻R、上游管道和阳极床 之间±壤的等效电阻Ri(t)、下游管道和阳极床之间±壤的等效电阻R2(t)的影响。Ri(t)和 R2(t)因受到大气天气环境变化的影响而发生变化。
[007引 3)使用最小二乘法模型参数估计
[0079]当系统正常运行或做试验时（此时没有地磁暴发生，只有阴极保护装置单独运 行），在某一时刻t，采集系统的输出量；管道阴极保护装置的电流A。。(t)、阴极保护装置左 侧钩线电缆电流Aw(t)，采集系统的输入量U;阴极保护装置输出电压V"(t)数据。存储多 组阴极保护装置输出电压V〇(t)和管道阴极保护装置的电流Aw(t)、阴极保护装置左侧钩 线电缆电流Aw(t)的关系数据作为历史数据库，通过（3)式和（4)式，使用最小二乘法参数 估计方法，在线估计求解出Ri(t)和R2(t)等模型参数。
[0080] 使用最小二乘法估计模型参数Ri(t)和R2 (t)的过程描述：
[00川整理做式和（4)式，得到
[0085]W下对参数a进行最小二乘估计。
[0086] 设ai是a1的最小二乘估计值，则妨式写成
[0087]
C7)
[0088] 其中，Aw(k)、Vu(k)是第k时刻的观测值，e(k)为第k时刻的误差估计值，称为残 差，k= 1，2,. . .，n，n为观测数据长度。
[0089] 令为Ai。似的估计值，贝IJ
[0092] 想要估计值与实际值拟合的最好，需要使残差的平方和最小，即
[0093]
[0094] 取得最小值。为此，我们利用微分求极值原理确定ai的值，即解下列公式
[010引 （14)式即为（5)式中参数a1的最小二乘估计。
[0103] 进而可W求解R2(t)
[0104]
U5)
[0105] 同理，可求得Ri(t)的值。
[0106] 4)当无磁暴时进行数据记录，建立历史数据库
[0107] 记录数据；阴极保护装置电流传感器和钩线电缆电流传感器的数值A。。和A1。，，阴 极保护装置输出电压传感器数值为V。，建立历史数据库。
[0108] 5)当有地磁暴时进行动态数据记录
[0109] 当发生地磁暴时（此时阴极保护装置也在运行中），在同一时刻，采集管道阴极保 护装置的阴极电流A"i(t)、阴极保护装置左侧电流Aii(t)和输出电压Vi(t)S个数据。当地 磁暴和阴极保护装置共同起作用时根据叠加原理，有
[0110] 阴极保护装置左侧钩线电缆电流瞬时值关系
[0111] Aii(t) =Ai〇(t)+I(；ic(t) (16)
[0112] 阴极保护装置焊接点右侧电流瞬时值关系
[0113] Agi(t) =Ago(t)-I'Gic(t) (17)
[0114] 阴极保护装置电流瞬时值关系
[0115] A〇i(t) =A〇〇(t) +AiGK(t) (18)
[0116] 阴极保护装置阴极焊接点右侧电流瞬时值
[0117] Asi(t) =A〇i(t)-Aii(t) (19)
[0118] 6)阴极保护站所在处管道GIC的电流瞬时值求解
[0119] 由（16)式、（17)式和（18)式，有
[0120] 阴极保护装置左侧钩线电缆GIC电流瞬时值leie(t)
[0121] Igjc(t) =All(t)-Aio(t) (20)
[0122] 阴极保护装置阴极焊接点右侧GIC电流瞬时值I'ac(t)
[012 引I'Gic(t) =A20(t)-A2i(t) (21)
[0124] 阴极保护装置阴极GIC电流瞬时值Aleic(t)
[0125] AlGic(t) =A〇i(t)-A〇〇(t) (22)
[0126] 将（1)式和（19)式带入（21)式中，得到
[0127] 阴极保护装置阴极焊接点右侧GIC电流瞬时值I'ae(t)
[012引I'gjc(t) =A00 (t) -A0i(t)+Aii(t)-Aio(t) (23)
[0129] 式中，A〇〇(t)和A…(t)的数值确定方法为；可在历史数据库V〇(t)中寻找V〇(t)等 于Vi(t)所对应的Aw(t)和Aw(t)的电流值来替代。该样，利用公式口0)式、（2。式和 (23)式，就可W计算出阴极保护站处各个位置的GIC电流的瞬时值。
[0130] 前面给出了阴极保护装置阴极电缆位于出站（下游）侧时第一种接线方式的管道 地磁感应电流GIC和阴极保护装置中流入的GIC计算和测量方法。同理，可W得到阴极保 护装置阴极电缆位于进站（上游）侧时第二种接线方式的管道地磁感应电流GIC和阴极保 护装置中流入的GIC计算和测量方法，该里不再寶述。
[0131] 埋地油气管道和阴极保护装置的GIC测量装置包括传感器、电源、信号调理电路、 PCI数据采集板卡、GI^S授时模块、通讯模块、工控机，如图6所示，该测量装置的电源连接传 感器、信号调理电路、PCI数据采集板卡、GI^S授时模块，GI^S授时模块连接工控机，工控机连 接通讯模块。GIC测量装置部署在各个管道压气站中，遍布全国各地。因而，GIC测量装置 担负着数据采集、存储、传输的任务。
[0132] 基于前述埋地油气管道和阴极保护装置的GIC测量方法计算过程可知，测量信号 有四个，包括：管地电位V管道钩线电流V阴极保护装置的阴极电流A。、阴极保护装置的 输出电压V。该四路测量信号经过信号调理电路进行整理和隔离后，分别输入到PCI数据采 集板卡的各个采集通道，进行信号采集；在工控机的监测界面进行实时显示和本地存储，通 过通讯模块将数据进行远距离传输；GIC安全评估中屯、接收到数据之后，对数据进行分析 处理。
[0133] 传感器与信号调理电路相连接，传感器包括霍尔电压传感器和霍尔电流传感器， 霍尔电压传感器和霍尔电流传感器均为闭环霍尔传感器。信号调理电路与霍尔电压传感 器、霍尔电流传感器及PCI数据采集板卡相连接，用于采集信号的放大、滤波、隔离及传输。 PCI数据采集板卡与信号调理电路及工控机相连接，用于数据采集和控制。GI^S授时模块与 工控机相连接，用于实现设备的时间同步。工控机与PCI数据采集板卡、GI^S授时模块及通 讯模块相连接，用于数据显示和存储。通讯模块与GIC安全评估中屯、相连接，用于实现数据 的远距离传输。
[0134] 具有上述硬件结构的埋地管道GIC测量装置具有如下功能：
[01巧]1)数据测量功能：准确测量各个采集通道的信号，并在装置中实时显示和存储；
[0136] 2)数据传输功能：通过3G或4G无线网络，装置将测得的GIC数据传输给GIC安 全评估中屯、，进行数据分析处理；
[0137]扣采集同步功能述过GPS时间模块，获得同一GPS卫星的时钟源，作为系统的采 样时钟源，使得各监测装置的数据采集同步；
[0138] 4)装置定位功能：通过GI^S定位模块，将装置的位置信息进行定位，方便GIC安全 评估中屯、进行数据对比分析；
[0139] 5)预测报警功能：当测得的GIC电流值持续一段时间处于超限状态时，装置会进 行预测报警，关闭阴极保护装置，防止过大的GIC电流对阴极保护装置造成损坏；
[0140] 6)安全防爆功能：装置装有安全防爆模块，防止在对管道进行电流电压测量时， 装置