油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统及方法
【专利摘要】本发明油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统及方法涉及一种用于缓解油气长输管道高压/特高压直流干扰的系统及方法。其目的是为了提供一种经济有效的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统及方法。本发明中的缓解系统包括缓解地床(1)、电缆(2)、智能双向强制排流器(3)和控制参比电极(4)。本发明中的缓解方法包括如下步骤：(1)对油气长输管道和高压/特高压直流输电系统的接地极进行现场调研；(2)测试油气长输管道的管地电位偏移量；(3)根据测试结果，在管地电位偏移量较大位置安装缓解系统；(4)缓解系统安装完毕后，进行开机前的检查，确认无误后，启动智能双向强制排流器。
【专利说明】
油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及油气长输管道领域，特别是涉及一种用于缓解油气长输管道高压/特高压直流干扰的系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着“一带一路”、“京津冀协同发展”以及“长江经济带”等一系列国家重大战略的提出，石油天然气管道、高压/特高压直流输电线路步入了大规模建设时期。与高压交流输电线路不同，高压/特高压直流输电系统包含直流接地极，且有双极运行和单极运行两种运行方式。
[0003]通常情况下，高压/特高压直流输电系统采用双极运行。双极运行方式是利用正负两极导线和两端换流站的正负两极相连，构成直流回路。正常运行时，直流电流的路径为正负两根极线。但实际运行中，正负两极线中的电流大小往往存在一定的差异，从而导致部分电流从正向接地极经过大地流回负向接地极。若接地极附近存在油气长输管道，则会对管道造成直流干扰。当高压/特高压直流输电线路发生故障时，则会自动开启单极运行模式。在单极运行情况下，一根导线和大地构成直流的单极回路。这种方式下大地相当于直流输电线路的一根导线，流经它的电流为直流输电工程的运行电流，因此入地杂散电流数值是输电线路中的输出电流，在实际过程中该电流可达数千安培。该电流对油气长输管道的影响强度大、影响范围广，严重影响埋地管道阴极保护系统的正常运行，极大增加了油气长输管道防腐层剥离、氢脆、腐蚀泄露甚至爆炸等风险。因此，油气长输管道高压/特高压直流干扰的缓解刻不容缓。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种经济有效的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统及方法，从而降低油气长输管道直流干扰风险，提高油气长输管道及附近高压/特高压直流输电系统等公共设施的安全性，打造出绿色环保、舒适安全的能源通道。
[0005]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，包括缓解地床、电缆、智能双向强制排流器和控制参比电极，所述缓解地床通过电缆与智能双向强制排流器的阳极接线柱连接，所述油气长输管道通过电缆与智能双向强制排流器的阴极接线柱连接，所述控制参比电极通过电缆与智能双向强制排流器的控制参比电极接线柱连接，所述智能双向强制排流器的零位接阴接线柱通过电缆与零位接阴连接。
[0006]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，其中所述缓解地床的形式为水平锌带地床、分布式地床、深井地床或接地网。
[0007]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，其中所述缓解地床的材料为锌阳极、镁阳极、镀锌扁铁或废钢管。
[0008]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，其中所述控制参比电极设为3个，所述智能双向强制排流器的控制参比电极接线柱也设为3个，3个控制参比电极分别通过电缆与3个控制参比电极接线柱一一对应连接。
[0009]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，其中所述控制参比电极的电位波动幅值不超过± 5mV。
[0010]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解方法，包括如下步骤:
[0011](I)对油气长输管道和高压/特高压直流输电系统的接地极进行现场调研，弄清接地极和管道之间的相对位置、周围环境、接地极工作参数、管道基础资料及其干扰情况；
[0012](2)测试油气长输管道的管地电位偏移量；
[0013](3)根据测试结果，在管地电位偏移量较大位置安装权利要求1-5任一项所述的缓解系统；
[0014](4)所述缓解系统安装完毕后，进行开机前的检查，确认无误后，启动智能双向强制排流器，缓解系统进入正常运行状态。
[0015]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解方法，其中所述步骤(3)中，所述缓解系统在安装时，选定缓解地床的形式和材料后，根据步骤(I)的调研结果，对油气长输管道和接地极进行数学建模和物理建模，利用数值模拟计算技术开展高压/特高压直流干扰的缓解设计，从而确定缓解地床的数量和具体安装位置，根据高压/特高压直流干扰的缓解设计结果，选取电缆和智能双向排流器型号。
[0016]本发明油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统及方法填补了目前国内外高压/特高压直流干扰缓解领域的空白，且缓解效率高，经济可行，对于确保油气长输管道及附近高压/特高压直流输电系统等公共设施的安全具有非常重要的意义。同时，也能缓解高压/特高压直流输电工程建设与油气长输管道建设之间的矛盾。
[0017]下面结合附图对本发明作进一步说明。
【附图说明】
[0018]图1为本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统的结构示意图；
[0019]图2为本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统安装位置的选取示意图(输电系统接地极处于受干扰管道的绝缘装置一侧)；
[0020]图3为本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统安装位置的选取示意图(输电系统接地极处于受干扰管道的中间段)。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统包括缓解地床1、电缆2、智能双向强制排流器3和控制参比电极4，所述缓解地床I通过电缆2与智能双向强制排流器3的阳极接线柱8连接，所述油气长输管道通过电缆2与智能双向强制排流器3的阴极接线柱6连接，所述控制参比电极4通过电缆2与智能双向强制排流器3的控制参比电极接线柱5连接，所述智能双向强制排流器3的零位接阴接线柱7通过电缆2与零位接阴连接。
[0022]为了确保缓解系统的安全性，电缆2的额定负载电流必须超过高压/特高压直流输电系统接地极放电时缓解地床I的最大输出电流。
[0023]所述缓解地床I的形式为水平锌带地床、分布式地床、深井地床或接地网。所述缓解地床I的材料为锌阳极、镁阳极、镀锌扁铁或废钢管。
[0024]所述控制参比电极4设为3个，所述智能双向强制排流器3的控制参比电极接线柱5也设为3个，3个控制参比电极4分别通过电缆2与3个控制参比电极接线柱5——对应连接。所述控制参比电极4的电位波动幅值不超过± 5mV，寿命在20年以上。
[0025]由于高压/特高压直流输电系统接地极放电方向的不确定性，导致受干扰管段某一位置既可能发生正向偏移也可能发生负向偏移。为了确保管道对地电位一直能处于安全范围内，智能双向强制排流器3可以根据电位反馈情况自动进行正向和负向双向输出。
[0026]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解方法，包括如下步骤:
[0027](I)对油气长输管道和高压/特高压直流输电系统的接地极进行现场调研，弄清接地极和管道之间的相对位置、周围环境、接地极工作参数、管道基础资料及其干扰情况；
[0028](2)测试油气长输管道的管地电位偏移量；
[0029](3)根据测试结果，在管地电位偏移量较大位置安装本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统；
[0030](4)所述缓解系统安装完毕后，进行开机前的检查，确认无误后，启动智能双向强制排流器3，缓解系统进入正常运行状态。
[0031]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解方法，其中所述步骤(3)中，所述缓解系统在安装时，选定缓解地床I的形式和材料后，根据步骤(I)的调研结果，对油气长输管道和接地极进行数学建模和物理建模，利用数值模拟计算技术开展高压/特高压直流干扰的缓解设计，从而确定缓解地床I的数量和具体安装位置，根据高压/特高压直流干扰的缓解设计结果，选取电缆2和智能双向排流器3型号。
[0032]在对油气长输管道和接地极进行数学建模和物理建模时，是通过Beasy软件和CDEGS软件实现的，即将步骤(I)中调研得到的结果输入到上述两种软件中进行建模，该两种软件为本领域的常用软件，具体使用过程在此不予赘述。
[0033]本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解方法，其中所述步骤(2)中，在测试油气长输管道的管地电位偏移量以便确定管地电位偏移量的较大位置(即缓解系统的安装位置)时，如果输电系统接地极与受干扰管道的相对位置发生变化，那么管地电位偏移量较大位置也会相应地发生变化。
[0034]如图2所示，当输电系统接地极处于受干扰管道的绝缘装置一侧时，测试得到管地电位沿受干扰管道里程的变化规律，此变化规律适用于输电系统接地极阴极放电的情况，受干扰管道沿线对地电位会发生正向偏移或负向偏移，且存在一个电位偏移方向的分界点a，此时需分别在分界点a前后段(分别为A段和B段)管道对地电位偏移量较大位置(分别如图2中的b点和c点)处安装缓解系统。
[0035]如图3所示，当输电系统接地极处于受干扰管道的中间段时，测试得到管地电位沿受干扰管道里程的变化规律，此变化规律适用于输电系统接地极阴极放电的情况，受干扰管道沿线对地电位也会发生正向偏移或负向偏移，但与上一种情况不同的是，此时会存在两个电位偏移方向分界点，分别为a和b，此时需分别在分界点a和b的前后段管道(分别为A段和C段)以及两者中间段(B段)管道对地电位偏移量较大的位置(分别如图3中的c点、d点以及e点)安装缓解系统。
[0036]本发明中的高压/特高压直流缓解方法适用于油气长输管道的高压/特高压直流干扰的缓解。在进行高压/特高压直流缓解前，先对管道和高压/特高压直流输电系统的接地极进行详细的现场调研，弄清接地极和管道之间的相对位置、周围环境、接地极工作参数、管道基础资料及其干扰情况等。若接地极处于受干扰管道的绝缘装置一侧，如图2所述，此时需要根据现场测试数据，在管地电位偏移量较大位置(分别如图2中的b点和c点)进行高压/特高压直流干扰的缓解设计。若接地极处于被干扰管道的中间段，如图3所示，此时需要根据现场测试结果，在管地电位偏移量较大位置(分别为图3中的c点、d点以及e点)进行高压/特高压直流干扰的缓解设计。高压/特高压直流干扰的设计包括缓解地床I形式的选择、缓解地床材料的选取、缓解地床数量及安装位置的确定、电缆2及智能双向排流器3型号的选择等。
[0037]其中所述缓解地床I形式的选择需要综合考虑管道所处环境及不同缓解地床I的缓解效果;缓解地床I材料的选取需要结合缓解地床I的设计寿命和经济性两方面。选定缓解地床I形式和材料后，根据现场测试结果，进行数学建模和物理建模，利用数值模拟计算技术开展高压/特高压直流干扰的缓解设计，从而确定缓解地床I的数量、具体安装位置。同时，根据高压/特高压直流干扰缓解设计结果，选取电缆2和智能双向排流器3的型号。然后，按照缓解方案进行施工。缓解地床I施工完成后，将缓解地床I通过电缆2与智能双向强制排流器3的阳极接线柱8连接，将油气长输管道通过电缆2与智能双向强制排流器3的阴极接线柱6连接，将控制参比电极4通过电缆2与智能双向强制排流器3的控制参比电极接线柱5连接，将智能双向强制排流器3的零位接阴接线柱7通过电缆2与零位接阴连接。连接完成后，进行开机前的检查。检查无误后，开启智能双向强制排流器3，进行高压/特高压直流缓解系统的正常运行。
[0038]下面通过一实例来详细阐明本发明中的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解方法:
[0039]I)经过前期现场调研发现一段长50km的输油管道，埋深3m，3PE防腐涂层，壁厚10mm，遭受±500kV高压直流输电系统的干扰，高压直流输电线路接地极直径lkm，处于该管道里程3km位置，距管道垂直距离为5km，最大放电电流4.21^\，一年放电10次，每次放电I小时。测试管道的管地电位偏移量后得到管地电位偏移量较大位置处于管道里程3km处和20km 处；
[0040]2)根据现场测试结果，在管道里程3km处和20km处安装高压直流缓解系统。由于管道沿线处于山区，不易开挖，初步选取深井地床，地床材料选用混合金属氧化物(MMO)阳极；
[0041]3)按照现场调研结果，对管道和高压直流输电线路接地极进行数学建模和物理建模，利用数值模拟计算技术开展缓解地床的设计计算；
[0042]4)根据数模计算结果，在管道里程3km处打7 口深井，井深100m，活性段长度(即阳极长度)70m，直径30mm ；在20km处打5 口深井，井深80m，活性段长度50m，直径30mm ；
[0043]5)选取YJV 12/20kV I X70mm2电缆，其额定电压为12/20kV;选取智能双向强制排流器恒电位输出控制范围为-1OV?+10V，恒电流输出控制范围为-100A?+ 100A，采用3个控制参比电极综合反馈的智能控制算法实现双向输出；选取的控制参比电极寿命为20年，电位波动幅值为土 5mV ；
[0044]6)选定好设备后，按照料单进行采购；
[0045]7)按照设计方案，分别在管道里程3km处和20km进行深井地床的施工，施工完毕后，按照图1进行连线:用电缆2将缓解地床I连接到智能双向强制排流器3的阳极接线柱8;用电缆2将管道连接到智能双向强制排流器3的阴极接线柱6;用电缆将零位接阴连接到智能双向强制排流器3的零位接阴接线柱7;将3个控制参比电极4分别通过电缆2与智能双向强制排流器3的3个控制参比电极接线柱5—一对应连接；
[0046]8)连接完毕后，进行开机前的检查。确认无误后，启动智能双向强制排流器3，进入正常服务阶段。
[0047]为了确保油气长输管道及附近高压/特高压输电系统等公共设施及人员的安全，本发明借鉴了普通直流干扰的缓解技术，提出了油气长输管道高压/特高压直流干扰的缓解技术。虽然该高压/特高压直流干扰缓解技术借鉴于普通直流干扰的缓解技术，但其技术要求与普通直流干扰的缓解完全不同。该高压/特高压直流干扰缓解装置安装位置的选取较普通直流干扰更严格，其缓解地床的类型及地床材料更加多样化，且其排流设备必须具备正向和负向双向输出的功能。
[0048]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，其特征在于:包括缓解地床(I)、电缆(2)、智能双向强制排流器(3)和控制参比电极(4)，所述缓解地床通过电缆与智能双向强制排流器的阳极接线柱(8)连接，所述油气长输管道通过电缆与智能双向强制排流器的阴极接线柱(6)连接，所述控制参比电极通过电缆与智能双向强制排流器的控制参比电极接线柱(5)连接，所述智能双向强制排流器的零位接阴接线柱(7)通过电缆与零位接阴连接。2.根据权利要求1所述的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，其特征在于:所述缓解地床(I)的形式为水平锌带地床、分布式地床、深井地床或接地网。3.根据权利要求2所述的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，其特征在于:所述缓解地床(I)的材料为锌阳极、镁阳极、镀锌扁铁或废钢管。4.根据权利要求3所述的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，其特征在于:所述控制参比电极(4)设为3个，所述智能双向强制排流器(3)的控制参比电极接线柱(5)也设为3个，3个控制参比电极分别通过电缆(2)与3个控制参比电极接线柱一一对应连接。5.根据权利要求4所述的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解系统，其特征在于:所述控制参比电极(4)的电位波动幅值不超过± 5mV。6.—种油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)对油气长输管道和高压/特高压直流输电系统的接地极进行现场调研，弄清接地极和管道之间的相对位置、周围环境、接地极工作参数、管道基础资料及其干扰情况； (2)测试油气长输管道的管地电位偏移量； (3)根据测试结果，在管地电位偏移量较大位置安装权利要求1-5任一项所述的缓解系统； (4)所述缓解系统安装完毕后，进行开机前的检查，确认无误后，启动智能双向强制排流器，缓解系统进入正常运行状态。7.根据权利要求6所述的油气长输管道高压/特高压直流干扰缓解方法，其特征在于:所述步骤(3)中，所述缓解系统在安装时，选定缓解地床的形式和材料后，根据步骤(I)的调研结果，对油气长输管道和接地极进行数学建模和物理建模，利用数值模拟计算技术开展高压/特高压直流干扰的缓解设计，从而确定缓解地床的数量和具体安装位置，根据高压/特高压直流干扰的缓解设计结果，选取电缆和智能双向排流器型号。
【文档编号】H01R4/66GK106099410SQ201610495447
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】罗春平, 沈李沪, 潘友生, 梁建超, 沙振华, 高翔, 柳良启, 肖强荣, 傅军杰, 陈亮, 汪华明
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石化销售有限公司华东分公司