利用pngspss找出埋地油气管网的地磁暴灾害突变点的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及埋地油气管网保护技术领域，具体涉及一种利用PNGSPSS(管网地磁 暴灾害突变点扫描搜索方法）找出埋地油气管网的地磁暴灾害突变点的方法。
【背景技术】
[0002] 长距尚输油气管道每隔一段距尚建有输气站和输油站，在输气站和输油站进出 口设有绝缘法兰对管道进行电隔离，为了供电和维护方便，管道阴极保护装置设在输气站 和输油站，并用金属导线把输气站和输油站进出口绝缘法兰外侧的两段管道连在一起，整 条管线的输气站和输油站都这样做之后除了输气站和输油站外都变成用导线连接在一起 的整体，管线整体是电连续性的，这样，在每个输气站和输油站设的阴极保护装置可以保 护输气站和输油站外两侧的两段管道，实现保护范围最大化。上述这种整条管道是电连 续的管道保护配置方法的优点在于：所设计的恒电位仪简单、使用数量少且易于配置。但 是，这样就忽略了可以覆盖整条管线的全局性的电磁场干扰对管道的影响，例如空间天气 引发的地磁暴干扰和与管线同走廊架设的高压交流直流输电线干扰等，导致地磁感应电流 GIC(GeomagneticallyInducedCurrent)和管地电位PSP(PipetoSoilPotential)呈现 "负面"累积效应。
[0003] 现有技术存在以下几个问题：
[0004] (1)当埋地油气管道附近地面存在交直流输电线和电气化铁路等干扰源时，很容 易察觉这些干扰源并立即采取应对保护排流等措施，例如，在干扰源附近的管道上设置去 耦合器。但是，当地磁暴发生时，地磁暴对管网产生全局性干扰，管网地磁暴灾害点不易察 觉。这是因为在埋地油气管网结构参数和管网环境参数发生突变的地方，会导致管道PSP 突变，从而致灾；而目前埋地油气管网结构参数和管网环境参数突变点尚未引起重视，也缺 乏全面完整精确的数据支持，突变点不易被发现；在管网地磁暴受灾最严重的地方缺少应 急保护措施。
[0005] (2)当前长输油气管道工程设计线路选择时，没有考虑防御地磁暴灾害，当地磁暴 发生时，在管网参数和管网环境参数发生突变的地方，会导致管道PSP突变，呈现"燕尾峰" 状，传统的恒电位仪对PSP"燕尾峰"现象不能起到有效的保护作用，甚至会起反作用。 [0006] (3)电连续管道过长的"负面"累积效应
[0007] 当空间天气有磁暴发生时或有外来交直流杂散电流时，由于整条管道的累积效 应，干扰管地电位会随着管道长度的增加而累积增加。整条管道的杂散电流干扰信号相互 叠加"耦合"，使一段电连续管道的干扰管地电位在两端极性相反、幅值最大且接近相等。而 管道中间管地电位较低。
[0008] (4)当高压直流输电单极大地运行时附近的管道中流过大电流导致恒电位仪失灵 甚至烧毁、绝缘接头过电压击穿、等电位连接器烧毁等管道事故常见报道。而地磁暴引起的 GIC与直流输电电流类似，因此GIC过大也可能导致恒电位仪等设备损坏。
[0009] (5)现有技术恒电位仪控制具有严重的局限性
[0010] 现有技术恒电位仪对任何杂散电流干扰都不具有抑制能力。也就是说，现有技术 恒电位仪设计的出发点是抑制内部杂散电流干扰，不是抑制外部杂散电流干扰。因此，现有 技术恒电位仪输出单极性输出具有严重的局限性和弊病。实践证明，恒电位仪的单极性输 出的弊病，加之现有技术恒电位仪的配置方法导致电连续管道过长，常常使恒电位仪不但 对管道起不到到有效的保护作用，反而还会起到恶化作用。
[0011] 综上所述，当前长距离埋地油气管网地磁暴灾害突变点尚未引起重视，缺乏有效 的扫描搜索方法。现有埋地油气长输管道的恒电位仪配置方法中，管道是"电连续"性的。 然而，当管道过长时，地磁暴全局性干扰导致管地电位会随着管道长度的增加而累积增加， 整条管道的杂散电流干扰信号相互叠加"耦合"，从而使原有恒电位仪失去了对外来杂散电 流干扰的抵抗作用。而且，现有恒电位仪是单极性输出的，其不能变换脉冲极性以自适应消 除外来直流和交流杂散电流干扰以及空间天气引起的地磁杂散电流干扰。
【发明内容】
[0012] 针对目前埋地油气管网结构参数和管网环境参数突变点尚未引起重视，也缺乏全 面完整精确的数据支持，突变点不易被发现，在管网地磁暴受灾最严重的地方缺少应急保 护措施等问题，本发明提供了一种埋地油气管网地磁暴灾害突变点扫描搜索方法（PNGSPSS 方法）以及以及采用该方法找出整个管网的地磁暴灾害突变点的方法，采用本发明的技术 方案，有利于实施线路优化选择、管道电解耦分段和一段管道的阴极保护措施，进一步能够 减少管道地磁暴灾害突变点，减少管道PSP"燕尾峰"，从而减少管道阴极保护装置的数量， 大大的节约管道防腐蚀成本，能够减少地磁暴灾害在长距离电连续性的埋地油气管网中产 生地磁感应电流GIC和管地电位PSP"负面"累积效应，能够避免地磁暴引起的管道两端管 地电位PSP的双极性过高，避免地磁暴引起的管道地磁感应电流GIC过大导致恒电位仪等 设备的损坏，提高埋地油气管道防御地磁暴灾害的能力，延长管道及相关设备寿命。
[0013] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0014] 利用PNGSPSS(管网地磁暴灾害突变点扫描搜索法）找出埋地油气管网的地磁暴 灾害突变点的方法，包括如下步骤：
[0015] (1)建立管网受地磁暴影响的机理模型；
[0016] ⑵建立管网参数数据库；
[0017] (3)建立管网环境参数数据库；
[0018] (4)建立N种地磁暴模式数据库；
[0019] (5)定义地磁暴灾害突变点模式；
[0020] (6)计算管网管地电位DPSP分布；
[0021] (7)搜索突变点并判断是否还有其它地磁暴模式；
[0022] (8)消掉各种地磁暴模式的相同突变点；
[0023] (9)定乂地磁暴灾害关变点评估指标。
[0024] 优选的是，所述建立管网参数数据库，其管网参数包括管道自身参数、管道附属部 分参数，管道自身参数包括单位长度电阻、结构及材料成分性质，管道附属部分参数包括单 位长度导纳、结构及性质、内外涂层成分和管道内流质。
[0025] 在上述任一技术方案中优选的是，所述建立管网环境参数数据库，其管网环境参 数包括管道空间因素、管道大气半空间因素、管道土壤半空间因素、管道坐标系分量变化率 因素、管道受电磁场源分布影响的因素；管道空间因素包括：构成整个空间的大气半空间 和土壤半空间，涉及管道架空铺设和埋地铺设的问题；管道大气半空间因素包括：空气温 度、湿度、空气成分的浓度、高山、河流、冷源、热源、地裂和地形参数；管道土壤半空间因素 包括：大地电阻率、土壤酸碱盐性、土壤酸碱性、土壤酸碱性、土壤化学成分的参数；管道坐 标系分量变化率因素包括：直角坐标系、球坐标系、拄坐标系跟分量变化率，涉及管道拐角、 管道分支和海拔高度的参数；管道受电磁场源分布影响的因素包括：高压直流输电、高压 交流输电、电气化铁路、地磁暴、核爆、雷电、地磁场、自然电场和人工电磁场。
[0026] 在上述任一技术方案中优选的是，所述定义地磁暴灾害突变点模式，模式包括： 管道端点突变模式一一月牙峰，管道中间点突变模式一一燕尾峰；所述管道端点突变模 式一一月牙峰：端点PSP单调上升或单调下降；如果对于一个函数f(x)，xG[a，b]，在左端 点处X=a处右连续且存在一阶右导数f'（a)，f'（a) < 0或f'（a) > 0 ;在右端点处X=b 处左连续且存在一阶左导数f'（b)，f'（b) <0或f'（b) >0,则f(a)和f(b)对应的图形为 月牙峰；所述管道中间点突变模式一一燕尾峰：中间点左侧PSP单调上升，右侧PSP单调下 降；中间点左侧PSP单调上升，右侧PSP单调下降；如果对于一个函数f(x)，XG[a，b]，在 某一点X(]处连续但不存在一阶导数f'（xJ，如果在X(]左侧一阶导数f'（xc) > 〇而在xD右 侧一阶导数f'（X。+) < 0,或者在X。左侧一阶导数f'（X。）< 0而在X。右侧一阶导数f'（X。+) &