一种油气管道杂散电流干扰检测方法、装置及可存储介质与流程

1.本发明涉及管道电流干扰检测技术领域，更具体的说是涉及一种油气管道杂散电流干扰检测方法、装置及可存储介质。


背景技术：

2.我国油、气管道大多是钢制管道，腐蚀对于管道是重点防护的对象。腐蚀分为自然腐蚀和电化学腐蚀。自然腐蚀，也就是钢制管道暴露在环境中自然形成的物理、化学分解。电化学腐蚀，则是由于人类的工业生产活动在大地中形成了大量的电流分布(这种电流简称杂散电流)，这种杂散电流流窜至钢制管道上导致刚才发生了电化学分解，会极大加速钢制材料的分解。国内和国际对于管道上的杂散电流干扰都规定了多种指标及限值，评判管道上的杂散电流分布水平以及可能受到的影响程度，进而采取不同的防护措施进行应对。
3.但是，在现有技术中同类的杂散电流干扰监测装置，能够对常见的杂散电流干扰指标进行监测，如：管道对地电位、管道通电电位、管道断电电位、通过电流、交流电位等。但是存在以下几个问题：1、没有滤波功能：监测点附近往往存在一些工业民用等生产生活设施，很容易在空间或大地中产生明显的电磁干扰，进而耦合进到测试数据中，对评判管道上的真正杂散电流干扰产生影响。2、不具备随时自检功能。造成在现场使用过程中，由于人为或客观环境导致参比电极失效，对测试数据也会发生明显影响。3、不能集成土壤电阻率的测试功能。往往需要现场携带单独的测试设备，需要多个人员配合，降低工作效率。4、不具备对交流数据处理功能。不能对交流数据进行有效值的处理，从而造成测试数据由于采样率较低，仅给出瞬时数据，不能很好地给出交流波形的有效数值。对测试的分析和评判产生影响。
4.因此，如何提供一种油气管道杂散电流干扰检测方法、装置及可存储介质是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种油气管道杂散电流干扰检测方法、装置及可存储介质，以解决现有技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一方面，本发明提供一种油气管道杂散电流干扰检测方法，基于油气管道杂散电流干扰测试器件实现，所述油气管道杂散电流干扰测试器件包括一参比电极，包括以下步骤：
8.s100：通过油气管道杂散电流干扰测试器件获取油气管道杂散电流的测试数据；
9.s200：对所述测试数据进行处理及分析，得到检测结果；
10.s300：输出并显示检测结果。
11.优选的，所述s100油气管道杂散电流的测试数据包括：土壤电阻率、管道自然电位、管道通电电位、管道断电电位以及管道交流干扰电压。
12.优选的，所述s200对所述油气管道杂散电流测试数据进行处理包括：
13.s210：利用贝赛尔函数对所述油气管道杂散电流测试数据进行低通滤波干扰隔离，其中，低通频率设置为1hz，阶次设置为20阶；
14.s220：对油气管道杂散电流测试数据进行带通滤波，并进行有效值化处理，其中，有效值化处理中均方根计算时间设置为0.5秒。
15.优选的，在所述s100之前还包括对所述油气管道杂散电流干扰测试器件进行自检，具体过程包括：
16.s101：构建测试回路前对所述参比电极的性能进行检测；
17.获取内部参比电极和稳定性参比电极之间的极化电位差，根据所述极化电位差判断是否需要更换参比电极器件；
18.s102：构建测试回路时对所述参比电极埋置状态检测：
19.通过参比电极获取内部参比电极和极化试片之间的电阻值，根据所述电阻值判断是否需要更换参比电极器件；
20.s103：构建测试回路后，在测试环境下的参比电极工作状态检测；
21.获取当前参比电极与稳定性参比电极间的极化电位差，并与前一次极化电位差做差，得到当前极化电位差与前一次极化电位差之间的绝对值，根据所述绝对值判断是否需要更换参比电极器件。
22.另一方面，本发明还提供了一种油气管道杂散电流干扰检测方法装置，包括：
23.自检模块，用于对所述油气管道杂散电流干扰测试器件进行自检；
24.检测模块，与所述自检模块连接，用于通过油气管道杂散电流干扰测试器件获取油气管道杂散电流的测试数据；
25.处理模块，与所述检测模块连接，用于对所述测试数据进行处理及分析，得到检测结果；
26.输出模块，与所述处理模块连接，用于输出并显示检测结果。
27.再一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现上述的一种油气管道杂散电流干扰检测方法。
28.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种油气管道杂散电流干扰检测方法、装置及可存储介质，能够对油气管道杂散电流干扰进行准确检测，并最大化提高测试效率、降低测试所需人力成本和时间成本，具体的：
29.1)通过对气管道杂散电流测试数据进行低通滤波处理，提高了对于数据的处理能力和对管道测试的专用性，进一步提高检测准确性；
30.2)通过对气管道杂散电流测试数据中的对交流干扰数据进行带通滤波处理，给出对交流干扰数据有效值判定，解决了以往测试中仅给出瞬时值，且采样率较低，导致存在测试结果受交流波形影响的误差和无法对应交流干扰限值的问题；
31.3)对测试所依靠的关键器件(参比电极)进行自检，能够对参比电极的测试状态和稳定状态进行监测，从而真正保障测试数据的可靠性，扫除了以往测试的盲点。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
33.图1为本发明提供的油气管道杂散电流干扰检测方法流程示意图；
34.图2为本发明实施例提供油气管道杂散电流干扰检测装置结构示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.参见附图1所示，本发明实施例公开了一种油气管道杂散电流干扰检测方法，基于油气管道杂散电流干扰测试器件实现，油气管道杂散电流干扰测试器件包括一参比电极，包括以下步骤：
37.s100：通过油气管道杂散电流干扰测试器件获取油气管道杂散电流的测试数据；
38.s200：对测试数据进行处理及分析，得到检测结果；
39.s300：输出并显示检测结果。
40.在一个具体实施例中，s100油气管道杂散电流的测试数据包括：土壤电阻率、管道自然电位、管道通电电位、管道断电电位以及管道交流干扰电压。
41.在一个具体实施例中，s200对油气管道杂散电流测试数据进行处理包括：
42.s210：利用贝赛尔函数对油气管道杂散电流测试数据进行低通滤波干扰隔离，其中，低通频率设置为1hz，阶次设置为20阶；
43.s220：对油气管道杂散电流测试数据进行带通滤波，并进行有效值化处理，其中，有效值化处理中均方根计算时间设置为0.5秒。
44.具体的，根据实测数据统计，对瞬时采样数据进行分析时，数据中往往包含较多非直流分量成分，这是由于受到周边大量民用、工业电气设备的干扰导致；根据数据统计结果，一般此类干扰分量往往分布在2hz及以上范围，而直流杂散电流的频率分量主要是直流0hz以及极低频0.1hz以下频率范围，因此需要对测试结果进行低通滤波，根据测试经验选择1hz的低通滤波最符合现场频率分布情况；
45.更具体的，选用贝塞尔函数作为低通滤波函数，是因为在众多常用滤波函数中，贝赛尔(bessel)滤波器是具有最大平坦的群延迟(线性相位响应)的线性过滤器。贝赛尔滤波器常用在音频天桥系统中。模拟贝赛尔滤波器描绘为几乎横跨整个通频带的恒定的群延迟，因而在通频带上保持了被过滤的信号波形，具有向其截止频率以下的所有频率提供等量延时的特性。
46.更具体的，选取20阶作为贝塞尔函数滤波阶次，是因为虽然贝塞尔滤波器在它的通频带内提供平坦的幅度和线性相位(即一致的群延时)响应，但它的选择性比同阶(或极数)的巴特沃斯(butterworth)滤波器或切比雪夫(chebyshev)滤波器要差。因此，为了达到特定的阻带衰减水平，需要设计更高阶的贝塞尔滤波器。结合试验数据进行反复对比，得出选择20阶作为滤波阶次。
47.具体的，是为了获取交流50hz及主要谐波分量，避免低频和直流偏移分量对测试结果的影响。
48.更具体的，对交流数据进行有效值处理：
49.根据gb/t 50698-2011《埋地钢制管道交流干扰防护技术标准》和tb/t2832-1997《交流电气化铁道对油(气)管道(含油库)的影响容许值及防护措施》中规定的交流干扰电压限值，均是指交流测试有效值，即均方根值rms数值。
50.交流电压幅值随时间变化的波形具有上下波动的特点，如下图所示。在一个交流电周期内不同采样点得到的数值会有较大差异性，而既有测试装置中往往只对采集到的交流瞬时数据进行分析，这一方面会导致采集到的数据收到波形上下浮动的影响，另一方面也与标准中的规定不吻合。
51.具体的，将有效值，即均方根值计算时间设置为0.5秒，是根据根据国内交流电能质量中对交流电压有效值的测试定义，我国对交流电压均方根值rms所采取的计算时间是0.5秒，欧洲标准采用的是0.2秒。因此结合我国标准情况采用0.5秒作为有效值处理时间。
52.具体的，油气管道杂散电流的测试数据进行分析包括：
53.(1)土壤电阻率
54.测量方法采用四极法测试，根据现场情况选取四极法中的等间距法或不等间距法进行测量。
55.被测场地土壤中的电流场深度，也就是被测土壤的深度，与测试电极间的距离有密切关系。测试过程中选用直径不小于1.5cm的圆钢或者是25*25*4mm的角钢作为测试电极，长度不小于40cm。在四极等距法中，两电极之间的距离不应小于电极埋设深度的20倍。
56.调整测试方法中的测试间距，对不同深度范围的土壤电阻率进行测试，判断一定地下范围内的土质环境。
57.接地电阻测试仪通过测试外侧电流极之间的试验电流和内侧两个电位极间的电位差，得到测试电阻，然后通过下列公式换算得到被测场地的视在土壤电阻率。
58.四极等距法：ρ＝2πar；
59.四极非等距法：
60.式中:
61.ρ——测量点从地表至深度a土层的平均土壤电阻率，ω
·
m；
62.a——电流极与电位极之间的距离，m；
63.b——电位极之间的距离，m；r——接地电阻仪示值，ω。
64.(2)直流杂散电流干扰
65.直流杂散电流干扰涉及两方面测试内容，即直流杂散电流干扰通电电位、断电电位、牺牲阳极输出电流。
66.测试方法依据gb/t 21246-2020《埋地钢制管道阴极保护参数测量方法》
67.测试读数间隔统一设定为每秒1次。现场测试过程中，结合现场条件选取合适措施尽可能消除土壤ir降对于管地电位测试结果的影响。采用数据记录仪对管道周边测试点进行电位测试，参比电极选取固态参比电极。采样间隔设定为1个/秒，记录时间为24h倍数。
68.1、自然电位
69.按以下步骤进行测量：a)测量前，应确认管道是处于没有施加阴极保护、没有受到电干扰影响以及不存在异种金属连接的状态下，对已实施过阴极保护的管道宜在完全断电24h后进行；b)测量时，将参比电极放置在管道上方地表旳潮湿土壤上，应保证参比电极底部与土壤接触；c)将电压表与管道及参比电极相连接；d)将电压表调至适宜的量程上，读取数据，应记录管地电位值、温度及极性，注明该电位值的名称。
70.2、通电电位
71.测得的电位应为包括管道极化后的电位与测量回路中其他所有电压降之和。适用于施加阴极保护电流时，管道对电解质(土壤)电位的测量。
72.按以下步骤进行测量：a)测量前，应确认阴极保护运行正常，管道已充分极化；b)测量时，将参比电极放置在管道上方地表的潮湿土壤上，应保证参比电极底部与土壤接触良好；c)将电压表与管道及参比电极相连接；d)将电压表调至适宜的量程上，读取数据，做好管地电位值、温度及极性记录，注明该电位值的名称；
73.3、断电电位
74.断电电位是消除了由保护电流所引起的ir降后的管地电位。不适用于存在多组牺牲阳极、牺牲阳极与管道直接连接、不能被中断的外部强制电流设备等保护电流不能同步中断或受直流杂散电流干扰的管道。
75.1)断电电位的常规测试方法
76.能够将外部强制电流设备的保护电流在测试过程中进行同步中断的情况下，按照常规方法进行测试。
77.按以下步骤进行测量：a)在测量之前，应确认阴极保护正常运行，管道已充分极化；b)存在冲击电压、阴极保护电源设备的响应、电流断续器同步性的影响时，应使用脉冲示波器或高速记录仪进行测量，核实影响大小和持续时间；c)测量时，对测量区间有影响的阴极保护电源应安装电流同步断续器，并设置合理的通/断周期同步误差宜小于0.1s；d)合理的通/断周期和断电时间设置原则是：断电时间应有足够长的时间在消除冲击电压影响后采集数据，读取平缓的断电电位，同时应避免过度去极化；管道上设置有用于干扰防护的电容类元件的去耦合装置时，应考虑设置较长的断电时间。测试过程中应保持设备输出电流的稳定，当发现相同测试点各通/断周期断电电位出现持续衰减现象，应调整通/断周期；e)将参比电极放置在管道方地表的潮湿土壤上，应保证参比电极底部与土壤接触良好；f)将电压表与管道及参比电极相连接；g)记录通电电位和断电电位，以及相对于参比电极的极性。所测得的断电电位为参比电极安放处消除了由保护电流所引起的ir降后的管地电位。
78.2)断电电位的极化探头测试法
79.适用于受杂散电流干扰或无法同步中断保护电流的管道，用极化探头法测量埋设位置处管道保护电位。
80.按以下步骤进行测量：a)极化探头埋设环境宜与管道相同。长效型极化探头进行埋设，极化试片裸露面不应面向管道，应保证极化试片与周边土壤接触良好；b)在测量之前，应对极化探头内参比电极进行校核，极化试片的自然电位测量应在极化试片与管道连通前进行；c)保护电位测量前应确认阴极保护运行正常，极化探头的极化试片与管道已连
通，管道和极化试片充分极化，一般建议保持24h时间；d)测量中，将直流数字电压表的正接线柱接探头的极化试片，负接线柱接探头的参比电极；e)测量并记录极化试片的通电电位；f)将极化试片与管道断开，立即测量并记录极化试片的断电电位。所测得的断电电位，代表埋设点附近管道防腐层破损点面积与极化试片裸露面积相近的管道保护状况；g)探头中极化试片裸露面积尺寸应与调查区域中可能产生的防腐层最大缺陷接近，裸露面积宜为1cm2～100cm2。
81.(3)交流干扰电位
82.对管道电位进行长时间监测，分析管道直流干扰电压中的交流干扰电压。可利用管道现有测试桩进行测试，测试点在干扰复杂区段应加密测试点。测试点之间的间隔不应超过1km，且应和土壤电阻率的测点选取在同一区域。
83.测试时间应按照24h或24h倍数的长度进行连续测试，在确定有明显交流干扰源时应能确立和干扰源负载变化的对应关系。测试设备的采样间隔选取1个/秒。
84.交流干扰电压的每个采样数值按照有效值进行处理，最终取测试数值的平均值作为测试结果。测试方法和直流干扰电压的测试方法相同。
85.在一个具体实施例中，在s100之前还包括对油气管道杂散电流干扰测试器件进行自检，具体过程包括：
86.(1)进行管道杂散电流干扰测试之前的检测
87.1、检测指标及判断限值
88.a)获取方式：通过钼化物填料的长效参比电极技术数据，以及实验室内稳定性实验结果统计得到。
89.b)判断指标：在导电溶液中的环境状态下，参比电极对稳定性参比电极之间的极化电位差u。
90.c)指标限值：如表1所示：
91.表1极化点位差对应参比电极埋设状态
92.极化电位差u参比电极埋设状态u《0.5mv参比电极极化电位稳定性良好0.5mv≤u《1mv可使用，有条件状态下建议检查1mv≤u《3mv建议对参比电极进行调整或更换u≥3mv参比电极极化电位稳定性失效
93.2、判断步骤以及判断指标如下：
94.a)将参比电极放置在水溶液、淡盐水溶液、或是空旷环境下的湿润土壤中，通过参比电极上的动能选择键选择自检选项，电极内部装置测试内部参比电极和稳定性参比电极之间的极化电位差，然后将测试结果传输至电压比较单元；
95.b)当电位差u小于0.5mv时，会显示绿色led灯光，表示参比电极自身极化稳定性状态良好；
96.c)当电位差u在0.5mv及以上，并且小于1mv时，会进行黄色led闪灯提醒使用者注意参比电极的极化稳定性性能状态，可以继续使用，但应保持注意；
97.d)当电位差u在1mv及以上，并且小于3mv时，会进行持续黄色led亮灯警示，提醒使用者进行参比电极状态检查，有条件情况下进行更换；
98.e)当电位差u达到3mv及以上时，会进行红色led亮灯以及蜂鸣器声音持续警示，提醒使用者应尽快进行参比电极更换；
99.(2)构建测试回路时的参比电极埋置状态检测
100.1、检测指标及判断限值
101.a)获取方式：通过野外大量实测数据统计得到。
102.b)判断指标：在埋置土壤中的环境状态下，参比电极自身对地电阻r。
103.c)指标限值：如表2所示：
104.表2对地电阻对应参比电极埋设状态
105.参比电极对地电阻r参比电极埋设状态r≤1kω良好1kω《r≤10kω可使用，有条件状态下建议调整10kω《r≤1mω需要进行埋置状态调整r》1mω埋置状态失效
106.2、判断步骤如下：
107.a)将参比电极埋置于土壤中，埋置深度在接近参比电极顶部状态。埋置前在参比电极下方浇入一定水分，保持一定稀泥状态，从而使参比电极下方的云母片与土壤之间保证接触良好。然后将参比电极周边土壤压实。
108.b)通过参比电极上的动能选择键选择自检选项，电极内部装置测试内部参比电极和极化试片之间的电阻(该电阻包括各自与土壤之间的接触电阻，以及二者之间的土壤路径电阻)；并将测试结果传送至电极内部的计算电路单元；
109.c)当电阻r小于1kω时，会显示绿色led灯光提醒使用者注意参比电极的性能状态，可以继续使用，但应保持注意；
110.d)当电阻r超过1kω但不超过10kω时，会进行黄色led闪灯提醒使用者注意参比电极的性能状态，可以继续使用，但应保持注意；
111.e)当电阻r超过10kω但不超过1mω时，会进行持续黄色led亮灯警示，提醒使用者进行参比电极状态检查，有条件情况下进行更换；
112.f)当电阻r超过1mω时，会进行红色led亮灯以及蜂鸣器声音持续警示，提醒使用者应尽快进行参比电极更换；
113.(3)构建测试回路后，长期测试环境下的参比电极状态检测
114.1、检测指标及判断限值
115.a)获取方式：通过野外大量实测数据统计得到。
116.b)判断指标：
117.每5分钟获取一次参比电极与稳定性参比电极间的极化电位差un，并与前一次极化电位差u
n-1
相减，得到二者差值的绝对值|δu|；
118.每天凌晨01点至03点期间，在极化试片不参与测试情况下，测试一次参比电极与极化试片之间的电阻r1，以及参比电极与稳定性参比电极之间的电阻r2；
119.c)指标限值：如表3以及表4所示：
120.表3相邻两次极化电位差测试结果的绝对误差对应参比电极埋设
[0121][0122]
表4极间电阻对应参比电极埋设
[0123]
极间电阻r1或r2参比电极埋设状态r1且r2≤1kω良好1kω《r1或r2≤10kω可使用，有条件状态下建议调整10kω《r1或r2≤1mω需要进行埋置状态调整r1或r2》1mω埋置状态失效
[0124]
2、判断步骤如下：
[0125]
a)在长期测试环境下，每5分钟获取一次参比电极与稳定性参比电极间的极化电位差un，并与前一次极化电位差u
n-1
相减，得到二者差值的绝对值|δu|；
[0126]
b)当连续3次|δu|》3mv时，表明参比电极受到外界过大干扰，应及时调整测试位置或增加数据滤波处理；
[0127]
c)每天凌晨01点至03点期间，在极化试片不参与测试情况下，测试一次参比电极与极化试片之间的电阻r1，以及参比电极与稳定性参比电极之间的电阻r2；
[0128]
由电极内部的内置程序设定，使电极内部装置分别测试参比电极和稳定性参比电极之间的电阻r1，以及参比电极与极化试片之间的电阻r2(该电阻包括各自与土壤之间的接触电阻，以及二者之间的土壤路径电阻)；并将测试结果传送至电极内部的计算电路单元；
[0129]
d)当电阻r1、r2同时小于1kω时，会显示绿色led灯光提醒使用者注意参比电极的性能状态，可以继续使用，但应保持注意；
[0130]
e)当电阻r1或r2超过1kω小于10kω时，会进行黄色led闪灯提醒使用者注意参比电极的性能状态，可以继续使用，但应保持注意；
[0131]
f)当电阻r1或r2超过10kω小于1mω时，会进行持续黄色led亮灯警示，提醒使用者进行参比电极状态检查，有条件情况下进行更换；
[0132]
g)当电阻r1或r2超过1mω时，会进行红色led亮灯以及蜂鸣器声音持续警示，提醒使用者应尽快进行参比电极更换。
[0133]
另一方面，参见附图2所示，本发明实施例还公开了一种油气管道杂散电流干扰检测方法装置，包括：
[0134]
自检模块，用于对油气管道杂散电流干扰测试器件进行自检；
[0135]
检测模块，与自检模块连接，用于通过油气管道杂散电流干扰测试器件获取油气管道杂散电流的测试数据；
[0136]
处理模块，与检测模块连接，用于对测试数据进行处理及分析，得到检测结果；
[0137]
输出模块，与处理模块连接，用于输出并显示检测结果。
[0138]
再一方面，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，程序被处理器执行时实现上述的一种油气管道杂散电流干扰检测方法。
[0139]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种油气管道杂
散电流干扰检测方法、装置及可存储介质，能够对油气管道杂散电流干扰进行准确检测，并最大化提高测试效率、降低测试所需人力成本和时间成本，具体的：
[0140]
1)通过对气管道杂散电流测试数据进行低通滤波处理，提高了对于数据的处理能力和对管道测试的专用性，进一步提高检测准确性；
[0141]
2)通过对气管道杂散电流测试数据中的对交流干扰数据进行带通滤波处理，给出对交流干扰数据有效值判定，解决了以往测试中仅给出瞬时值，且采样率较低，导致存在测试结果受交流波形影响的误差和无法对应交流干扰限值的问题；
[0142]
3)对测试所依靠的关键器件(参比电极)进行自检，能够对参比电极的测试状态和稳定状态进行监测，从而真正保障测试数据的可靠性，扫除了以往测试的盲点。
[0143]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0144]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。