直流干扰排流装置及系统的制作方法

本申请涉及石油燃气领域，具体而言，涉及一种直流干扰排流装置及系统。

背景技术：

当高压直流输电线路单极运行时，接地极极址附近会有很大的电流流入大地，这样接地极附近的埋地金属管道就会因为金属管道相比大地而言极低的电阻值而导致电流更倾向于进入埋地金属管道，由于直流电稳定、难以衰减的特性，进入金属管道的电流(如杂散电流)会沿着管线流动，并在合适的地方从管道的外防腐层破损点流出，在电流流出的位置，地电位向正向偏移，引起阴极保护欠保护，导致管线造成严重的电腐蚀；而在电流的流入点则会过保护，导致管道氢致开裂，破坏管防腐层。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种直流干扰排流装置及系统，通过多级精准控制埋地金属管道上的直流干扰电流进行排流，能够解决高压直流输电线极址放电给附近的埋地金属管道带来的严重直流腐蚀的问题。

根据本申请的一方面，提供一种直流干扰排流装置，所述直流干扰排流装置包括：

排流控制电路；

与所述排流控制电路电性连接的至少两级并联的直流排流电路，其中，各级直流排流电路的排流电流值范围不同；

所述排流控制电路和至少两级直流排流电路用于与外部的埋地金属管道连接，所述至少两级直流排流电路与接地装置连接；

所述排流控制电路用于当所述埋地金属管道上的直流干扰电流，使得所述排流控制电路上控制的直流电压大于第一电压时，根据所述直流电压使目标直流排流电路由关闭状态调整为导通状态，并使所述目标直流排流电路在导通状态下将所述直流干扰电流排流至所述接地装置，其中，所述目标直流排流电路为所述至少两级直流排流电路中与所述直流电压对应的直流排流电路。

在一种可能的实施方式中，所述排流控制电路具体用于输出一驱动电平信号至所述目标直流排流电路，所述目标直流排流电路用于根据所述驱动电平信号由关闭状态调整为导通状态，并在导通状态下将所述直流干扰电流排流至所述接地装置；

所述埋地金属管道上的直流干扰电流，使得所述排流控制电路上控制的直流电压小于第二电压时，所述排流控制电路用于停止输出所述驱动电平信号至所述目标直流排流电路，使得所述目标直流排流电路将导通状态调整为关闭状态。

在一种可能的实施方式中，所述直流干扰排流装置还包括：

用于与所述埋地金属管道连接的雷电流防护电路，所述雷电流防护电路用于泄放所述埋地金属管道上的直击雷电流和干扰雷电流。

在一种可能的实施方式中，所述直流干扰排流装置还包括：

连接于所述埋地金属管道和所述雷电流防护电路之间的第一脉冲抑制电路，所述第一脉冲抑制电路用于对所述埋地金属管道上的直击雷电流和干扰雷电流所产生的脉冲电流信号进行抑制。

在一种可能的实施方式中，所述直流干扰排流装置还包括：

与所述至少两级直流排流电路中排流电流值范围处于故障电流值范围的直流排流电路电性连接的故障电流控制电路，所述故障电流控制电路用于当所述埋地金属管道上的故障电流经由所述故障电流控制电路时，使得所述故障电流输入至所述处于故障电流值范围的直流排流电路后排流至所述接地装置。

在一种可能的实施方式中，所述直流干扰排流装置还包括：

连接于所述埋地金属管道，并分别与所述排流控制电路和所述处于故障电流值范围的直流排流电路连接的第二脉冲抑制电路，所述第二脉冲抑制电路用于对所述埋地金属管道上的故障电流进行抑制。

在一种可能的实施方式中，所述直流干扰排流装置还包括：

连接于所述埋地金属管道和所述接地装置之间的交流排流电路，所述埋地金属管道上的交流干扰电路经过所述交流排流电路排流至所述接地装置。

在一种可能的实施方式中，所述交流排流电路包括多个电解电容以及与所述多个电解电容电性连接的极性保护器。

在一种可能的实施方式中，所述排流控制电路包括：

排流控制子电路和稳压控制子电路，所述排流控制子电路与所述埋地金属管道连接、并与所述稳压控制子电路和所述直流排流电路电性连接，所述稳压控制子电路连接于所述接地装置；

所述排流控制子电路用于当所述埋地金属管道上的直流干扰电流，使得所述排流控制子电路控制的直流电压大于所述第一电压时，输出驱动电平信号至所述目标直流排流电路；

所述排流控制子电路还用于当所述直流电压小于等于所述第二电压时，停止输出所述驱动电平信号至所述目标直流排流电路，所述稳压控制子电路用于控制所述排流控制子电路控制的直流电压维持在所述第二电压以下。

根据本申请的另一方面，提供一种直流干扰排流系统，所述直流干扰排流系统包括接地装置以及与所述接地装置连接的前述的直流干扰排流装置。

在一种可能的实施方式中，所述接地装置包括：

用于埋设在深井钻孔内，并通过接地连接线与所述直流干扰排流装置连接的深井接地极，所述深井接地极由通过金属连接头连接的接地钢管组成；

填充在所述接地钢管周围的排流增效剂；

所述接地钢管上开设有增效剂排出孔，以在所述排流增效剂施放时通过所述增效剂排出孔与深井钻孔内的土壤接触。

基于上述任一方面，本申请通过设置与排流控制电路电性连接的至少两级并联的排流电流值范围不同的直流排流电路，排流控制电路可以在埋地金属管道上的直流干扰电流使得排流控制电路上控制的直流电压大于第一电压时，根据直流电压使目标直流排流电路由关闭状态调整为导通状态，并使目标直流排流电路在导通状态下将直流干扰电流排流至接地装置。如此，通过多级直流排流电路精准控制埋地金属管道上的直流干扰电流进行排流，能够解决高压直流输电线极址放电给附近的埋地金属管道带来的严重直流腐蚀的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的直流干扰排流装置的应用结构示意图之一；

图2示出了本申请实施例所提供的直流干扰排流装置的应用结构示意图之二；

图3示出了本申请实施例所提供的直流干扰排流装置的应用结构示意图之三；

图4示出了本申请实施例所提供的直流干扰排流装置的应用结构示意图之四；

图5示出了本申请实施例所提供的直流干扰排流装置的应用结构示意图之五；

图6示出了本申请实施例所提供的直流干扰排流装置的应用结构示意图之六；

图7示出了本申请实施例所提供的排流控制电路的电路结构示意图；

图8示出了本申请实施例所提供的直流排流电路的电路结构示意图之一；

图9示出了本申请实施例所提供的直流排流电路的电路结构示意图之二；

图10示出了本申请实施例所提供的接地装置的结构示意图；

图11出了本申请实施例所提供的阳极放电缓解的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请实施例的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其它操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

如前述背景技术所提及的技术问题，本申请发明人经过研究发现传统方案中，直流接地极对埋地金属管道的干扰危害，主要表现在3个方面：

(1)可能加速埋地金属管道的腐蚀；

(2)可能导致埋地金属管道氢致开裂；

(3)可能导致埋地金属管道附属设施发生电烧蚀。

例如，当接地极以阴极方式单极运行时，可能加剧附近管道腐蚀。当接地极以阴极方式运行时，也就是接地极从大地吸收电流时，接地极会将方圆数十公里范围内的地电位降低。由于埋地金属管道本身导电性非常好，本身电位接近大地远方电位，当附近管道靠近接地极时，被迫从管道表面流出电流，管地电位向正向偏移，引起阴极保护欠保护，导致埋地金属管体发生腐蚀。

与上述情况相反，当接地极以阳极单极运行时，直流输电线路负载电流从接地极流向大地，将抬升接地极方圆数十公里内的地电位。当管道靠近接地极时，会被迫吸收电流，引起管地电位负向偏移，甚至引起阴极保护过保护，在管道表面产生氢气，导致管体氢脆。与此同时，管体表面的ph值升高，长期在高碱性环境下，会导致管道涂层粘接强度下降，发生涂层剥离。

如果直流接地极干扰强到一定程度，有可能导致管道阀室、站场内的附属设备发生电烧蚀。管道阀室内有气液联动阀绝缘卡套、仪器仪表等设备，这些设备都有安全接地，当接地极干扰达到一定程度时，容易引起这些设备对地放电，发生电烧蚀，导致更大的安全隐患。

为此，基于上述技术问题的发现，发明人提出下述技术方案以解决或者改善上述问题。需要注意的是，以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在发明创造过程中对本申请做出的贡献，而不应当理解为本领域技术人员所公知的技术内容。

图1示出了本申请实施例提供的直流干扰排流装置100的结构示意图，本实施例中，该直流干扰排流装置100可包括排流控制电路110以及与排流控制电路110电性连接的至少两级并联的直流排流电路120。

其中，各级直流排流电路120的排流电流值范围不同，具体的排流电流值范围可以根据实际设计需求进行设置，本实施例对此不作任何限制。以两级并联的直流排流电路120为例，分别包括直流排流电路a和直流排流电路b，直流排流电路a的排流电流值范围可以是0-20a，直流排流电路b的排流电流值范围可以是20-200a。

排流控制电路110和至少两级直流排流电路120用于与外部的埋地金属管道连接，至少两级直流排流电路120与接地装置200连接。

排流控制电路110可以在埋地金属管道上的直流干扰电流，使得排流控制电路110上控制的直流电压大于第一电压时，根据直流电压从至少两级直流排流电路120中确定与直流电压对应的目标直流排流电路，并使目标直流排流电路由关闭状态调整为导通状态，并使目标直流排流电路在导通状态下将直流干扰电流排流至接地装置200，其中，目标直流排流电路为至少两级直流排流电路120中与直流电压对应的直流排流电路。

例如，排流控制电路110可以输出一驱动电平信号至目标直流排流电路，使得目标直流排流电路根据驱动电平信号由关闭状态调整为导通状态，并在导通状态下将直流干扰电流排流至接地装置200。

排流控制电路110还可以用于在埋地金属管道上的直流干扰电流使得排流控制电路110上控制的直流电压小于第二电压时，停止输出驱动电平信号至目标直流排流电路，使得目标直流排流电路将导通状态调整为关闭状态。

例如，正常情况下埋地金属管道存在-0.85v到-1.2v阴极保护直流电压，排流控制电路110不启动，各直流排流电路120处于关闭状态，这时的直流漏电流值通常小于等于0.1ma。如果埋地金属管道与接地装置200之间的电压差大于第一电压(例如2v)时，排流控制电路110则从各直流排流电路120选择目标直流排流电路启动并对直流干扰电流进行排流，并能将电压控制在2v。以前述示例为例，如果选择的目标直流排流电路为直流排流电路a，直流排流电路a的排流范围在0-20a，那么当放电极放电增加超过直流排流电路a的排流能力时，即排流控制电路110与接地装置200之间的电压差大于2v，例如为2.1v时，则控制启动直流排流电路b，这时的直流排流电路b排流能力可以达到200a，同时排流控制电路110的控制电压可以由2.1v降低到1.6v，这样既能够保证阴极保护电压，同时也能降低热消耗，减小散热压力。

如此，通过多级直流排流电路120精准控制埋地金属管道上的直流干扰电流进行排流，能够解决高压直流输电线极址放电给附近的埋地金属管道带来的严重直流腐蚀的问题。

在一种可能的实施方式中，请进一步参阅图2，直流干扰排流装置100还可以包括用于与埋地金属管道连接的雷电流防护电路130，雷电流防护电路130可以用于泄放埋地金属管道上的直击雷电流和干扰雷电流。

在一种可能的实施方式中，请进一步参阅图3，直流干扰排流装置100还可以包括连接于埋地金属管道和雷电流防护电路130之间的第一脉冲抑制电路140，第一脉冲抑制电路140用于对埋地金属管道上的直击雷电流和干扰雷电流所产生的脉冲电流信号进行抑制，从而在高脉冲电流(例如雷电流、异常冲击大电流)输入的时候使得雷电流防护电路130能够有足够的时间启动，同时减小后端精密器件的耐受压力。

在一种可能的实施方式中，请进一步参阅图4，直流干扰排流装置100还可以包括与至少两级直流排流电路120中排流电流值范围处于故障电流值范围的直流排流电路120电性连接的故障电流控制电路150，故障电流控制电路150可以在埋地金属管道上的故障电流经由故障电流控制电路150时，将故障电流输入至处于故障电流值范围的直流排流电路120，从而使得处于故障电流值范围的直流排流电路120用于将故障电流排流至接地装置200。

可选地，处于故障电流值范围的直流排流电路120可以是超过预设电流值的电流值范围的直流排流电路120，例如可以是超过20a的排流范围的直流排流电路120。以前述示例为例，处于故障电流值范围的直流排流电路120可以是直流排流电路b。

在一种可能的实施方式中，请进一步参阅图5，直流干扰排流装置100还可以包括连接于埋地金属管道，并分别与排流控制电路110和处于故障电流值范围的直流排流电路120连接的第二脉冲抑制电路160，第二脉冲抑制电路160用于对埋地金属管道上的故障电流进行抑制，从而保证故障电流突然输入时而前述的雷电流防护电路130不足以启动的调节下，通过处于故障电流值范围的直流排流电路120泄放故障电流，从而有效保护排流控制电路110。

在一种可能的实施方式中，请进一步参阅图6，直流干扰排流装置100还可以包括连接于埋地金属管道和接地装置200之间的交流排流电路170，埋地金属管道上的交流干扰电路经过交流排流电路170排流至接地装置200，从而能够在埋地金属管道上存在交流干扰时，迅速缓解埋地金属管道上的交流干扰。

在一种可能的实施方式中，交流排流电路170可以包括多个电解电容以及与多个电解电容电性连接的极性保护器。可选地，电解电容的电容阻抗小于5mω，并且为了解决电容极性问题，通过极性保护器可以防止电容反向击穿，极性保护器的选择可以根据不同使用要求下交流排流量的大小确定，本实施例对此不作任何限定。

在一种可能的实施方式中，排流控制电路110可以包括排流控制子电路和稳压控制子电路。排流控制子电路用于与埋地金属管道连接，并分别与稳压控制子电路和直流排流电路120电性连接，稳压控制子电路连接于接地装置200。

排流控制子电路可以用于在埋地金属管道上的直流干扰电流，使得排流控制子电路控制的直流电压大于第一电压时，输出驱动电平信号至目标直流排流电路，排流控制子电路还可以用于在目标直流干扰电流在排流的过程中，当直流电压小于等于第二电压时，停止输出驱动电平信号至目标直流排流电路，稳压控制子电路用于控制排流控制子电路控制的直流电压维持在第二电压以下。

例如，请结合参阅图7，排流控制电路110可以包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第一电容c1、第二电容c2、第一三极管q1、第二三极管q2、第一电感l1、第二电感l2、第一三端稳压管u1以及第二三端稳压管u2。

第一电阻r1的一端、第二电阻r2的一端和第一三极管q1的发射极均用于与埋地金属管道和第一电感l1连接，第一电阻r1的另一端分别与第一电容c1的一端和稳压控制子电路连接，第一电容c1的另一端分别与稳压控制子电路、第二电阻r2的另一端和第一三极管q1的基极连接，第一三极管q1的集电极连接直流排流电路120。

第七电阻r7的一端分别与第一电阻r1的另一端和第一电容c1的一端连接，第七电阻r7的另一端与第三电阻r3的第一端连接，第一三端稳压管u1的第一端分别与第一电容c1的另一端、第二电阻r2的另一端和第一三极管q1的基极连接，第七电阻r7的可调端与第一三端稳压管u1的控制端连接，第三电阻r3的第二端和第一三端稳压管u1的第二端均用于与接地装置200连接。

第四电阻r4、第五电阻r5的一端分别第一电感l1和第二电容c2的一端连接，第二三端稳压管u2的第一端分别与第二电容c2的另一端、第五电阻r5的另一端和第二三极管q2的基极连接，第八电阻r8的可调端与第二三端稳压管u2的控制端连接，第六电阻r6的第二端和第二三端稳压管u2的第二端均用于与第二电感l2连接。

基于上述的连接关系：在埋地金属管道上存在直流干扰电流时，该直流干扰电流可以使得加载在排流控制子电路上的管道电压值大于稳压控制子电路设定的稳压保护电压值。

需要说明的是，加载在排流控制子电路上的管道电压值可以为第一三端稳压管u1的第一端和第二端之间的电压值，而稳压保护电压值则可以为第一三端稳压管u1的第一端和第二端之间稳压输出的电压值。

另外，第一三端稳压管u1输出的稳压保护电压值可以根据第七电阻r7的阻值大小来进行调节。

那么，在管道电压值大于稳压电压值时，管道电压值也可以驱动第一三极管q1饱和导通，从而第一三极管q1的集电极便于可以输出驱动电平至直流排流电路120，即排流控制电路110输出驱动电平至直流排流电路120，使得直流排流电路120可以将该直流干扰电流排流至接地装置200。

在直流干扰电流的排流的过程中，直流干扰电流可以使得加载在排流控制子电路上的管道电压值逐渐减小，并减小至等于稳压电压值。此时，管道电压值便无法再驱动第一三极管q1导通，故第一三极管q1的集电极便不再输出驱动电平信号至直流排流电路120，即排流控制电路110停止输出驱动电平信号至直流排流电路120，使得直流排流电路120可以停止对直流干扰电流排流。

又例如，请结合参阅图8，直流排流电路120可以包括并联的两个二极管以及与并联的一个二极管和一个晶闸管连接的另一个晶闸管。

又例如，请结合参阅图9，直流排流电路120可以包括第三三极管g3和第四三极管g4。

第三三极管g的基极与排流控制电路110连接，第三三极管g的发射极与第四三极管g4的基极的连接，第四三极管g4的发射极用于与管道连接，第三三极管g的集电极和第四三极管g4的集电极用于与接地装置200连接。

基于上述的连接关系：

直流排流电路120在获得驱动电平信号时，在驱动电平信号的作用下，第三三极管g3和第四三极管g4可以依次饱和导通，使得直流排流电路120的由关闭状态调整为导通状态。那么直流排流电路120便可以通过第四三极管g4的集电极将正向的直流干扰电流排流至接地装置200。

在直流干扰电流在排流的过程中，直流排流电路120不再获得驱动电平信号时，第三三极管g3和第四三极管g4可以依次由恢复至关闭状态，即直流排流电路120由关闭状态恢复为截止状态，那么直流排流电路120便终止对正向的直流干扰电流的排流。

进一步地，本申请实施例还提供一种直流干扰排流系统，直流干扰排流系统包括接地装置200以及与接地装置200连接的上述的直流干扰排流装置100。

在一种可能的实施方式中，请结合参阅图10，接地装置200可以包括用于埋设在深井钻孔210内，并通过接地连接线220与直流干扰排流装置100连接的深井接地极230，深井接地极230由通过金属连接头连接的接地钢管235组成，并且还可以包括填充在接地钢管周围的排流增效剂240，接地钢管235上开设有增效剂排出孔250，以在排流增效剂240施放时通过增效剂排出孔250与深井钻孔210内的土壤接触。

详细地，可以根据场地土层结构情况，针对测试桩所在地质为泥岩、砂岩和泥质砂岩，干旱季节表层亲水性较差。通过在地网附近进行深井钻孔，以埋设的深井接地极，填充排流增效剂，从而可以在接地钢管周围形成潮湿层，能够聚集水分，同时在深井周围形成一个低电阻率区域的大面积散流通道，以降低电阻。

此外，采用镀锌钢管通过金属连接头连接组成整条深井接地极，通过在接地钢管的管壁预先开设增效剂排出孔，以利于接地钢管内增效剂在施放过程中形成气孔260，从而充分与土壤进行接触。

如此，通过该接地装置200的设计，能够尽可能减小接地电阻值，使得电流的排流通道更为顺畅，能够快速地将电流泄放到大地中，同时节约用地，减少征地费用。

下面结合图11对本申请实施例的技术方案进行示例性说明。

参阅图11，当接地极以阴极方式单极运行时，也就是接地极从大地吸收电流时，接地极会将方圆数十公里范围内的地电位降低。由于埋地金属管道本身导电性非常好，本身电位接近大地远方电位，当附近埋地金属管道靠近接地极时，被迫从埋地金属管道表面流出电流，管地电位向正向偏移，引起阴极保护欠保护，导致管体发生腐蚀。这时埋地金属管道与接地装置200的电压差(例如阈值设置为正负2v)大于2v时，排流控制电路110启动直流排流电路120进行排流，并能将电压控制在2v。直流排流电路120排流范围在0-20a，放电极放电增加时超过直流排流电路120排流能力时，如果电压差为2.1v时，控制启动处于故障电流范围的电流排流电路，这时排流能力能过达到200a以上，同时控制电压由2.1v降低到1.6v。当接地极以阳极单极运行时，直流输电线路负载电流从接地极流向大地，将抬升接地极方圆数十公里内的地电位。当埋地金属管道靠近接地极时，会被迫吸收电流，引起管地电位负向偏移，这使得排流控制电路110启动，同阴极放电一样完成排流任务，将电流直接泄放到接地装置200中，当埋地金属管道中的电流越大时，对接地装置200的电阻要求越高，对埋地金属管道受到的直流干扰缓解效果就越明显。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”一词不排除其他组成部分，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他电路可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。