一种埋地油气管网防电网入地过电流成套装置及方法与流程

1.本发明属于电力工程技术领域，具体涉及一种埋地油气管网防电网入地过电流成套装置及方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国经济的高速发展，社会生产和居民生活对石油、天然气等化石一次能源以及电力能源的需求不断增长，而我国能源分布与消费在地理空间上的错位使得大规模、远距离的能源输送成为必需。在这个背景下我国建设了众多输电线路和油气传输油气管道，而出于对国土资源的有效利用，这些输电线路和油气管道之间必然存在共用公共走廊的情况，大量电力输送通道和油气管道并行乃至出现跨越的情况。
3.当输电杆塔遭受雷击或者输电线路发生接地故障时，会产生较大的入地电流，该电流进入浅表层土壤中后很可能会流向附近的埋地油气管道乃至形成电弧放电通道，对油气管道造成威胁；并且，由于较大电流在土壤中分布，土壤电位会得到显著的提升，可能在油气管道内外壁之间形成较大的电位差，导致油气管道表面防腐层被击穿。上述情况如发生都将对油气管道造成安全隐患，引发化石能源泄露乃至更大的安全事故。
4.申请号为cn202110472231.2的中国发明专利“埋地油气管网针对电网接地故障或雷击的防护方法”提出了通过沿油气管道的长度方向并联铺设接地排流铜排，的方法来平衡油气管道电位和附近的地电位，只规定了铜排的粗略长度范围和大致布置位置，并不涉及将铜排尺寸和布置方式与油气管道半径、土壤电阻率、最大入地电流、入地过电流持续时间、油气管道与杆塔接地装置间距离等因素进行关联分析，未实现根据实际情况调整

技术实现要素：
具体实施方法；且在较大入地电流的情况下仅铺设铜排对油气管道的防护效果不明显，未形成对油气管道的系统性保护方案。
发明内容
5.本发明的目的在于提供一种埋地油气管网防电网入地过电流成套装置，可以解决现有技术中因输电杆塔遭受雷击或输电线路发生接地故障导致埋地油气管道受到破坏的问题。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种埋地油气管网防电网入地过电流成套装置，包括油气管道，在油气管道朝向输电杆塔接地装置一侧的油气管道表面经由绝缘底座安装若干排流针，并沿管道轴向设置有第一铜排，通过第一铜排将排流针形成电气连接，在远离输电杆塔接地装置方向的油气管道外侧设置有排流网，排流网通过第二铜排连接第一铜排。
7.进一步的，排流针一端固定在靠近输电杆塔接地装置的油气管道侧表面，另一端的针尖朝向输电杆塔接地装置与油气管道最接近的垂直射线末端。
8.进一步的，油气管道外侧套设有抱箍，抱箍采用玻璃纤维增强环氧树脂材料制成，绝缘底座一体成型设置在抱箍上，排流针通过绝缘底座固定在油气管道表面。
9.进一步的，排流针长度l（m）大于被保护油气管道半径r。
10.进一步的，排流针在油气管道整体延伸方向上相邻两根排流针之间的距离d满足2l≤d≤7.5l。
11.进一步的，排流网为矩形，并水平铺设在油气管道背离输电杆塔接地装置一侧的斜下方，排流网长度方向与油气管道延伸方向保持平行，且排流网与油气管道底部垂直最小距离大于2m，水平最小距离大于4m。
12.进一步的，排流网长度a满足，宽度b满足，其中n为连接至该排流网的排流针的个数，ρ为土壤干燥时电阻率（ω*m），l为排流针长度。
13.进一步的，在土壤电阻率大于300ω*m时，在排流网远离油气管道一侧的两个顶点处加焊排流网放射线，方向沿与油气管道延伸方向垂直。
14.进一步的，排流网由长度和宽度方向上的各四根导体等间距排列、组合而成。
15.进一步的，铜排的截面积根据电网可能出现的最大入地电流及排流针与输电杆塔接地网最小距离进行核算。
16.进一步的，排流针和排流网均采用镀铜钢材料。
17.进一步的，各连接处采用放热焊接工艺。
18.一种埋地油气管网防电网入地过电流成套装置的导流铜排截面积核算方法，输电杆塔接地装置四角均有接地装置放射线，输电杆塔接地装置入地电流i
地
通过接地装置放射线流出，将接地装置放射线端点作为点电流源，则对于单根排流针，认为单根排流针只受到指向油气管道侧两根接地装置放射线入地电流的影响，根据入地电流得出针尖电位v；根据排流网埋深h和铜排长度l
铜排
，得出整个排流装置接地电阻r近似值；得出针尖电位v和电阻r近似值后，再根据接地导体材料的热稳定系数和入地过电流持续时间，从而计算出铜排最小截面积s。
19.进一步的，针尖电位v的计算公式为，其中r为针尖到指向油气管道侧两根接地装置放射线端点平均距离，ρ为土壤干燥时电阻率，i
地
为输电杆塔接地装置入地电流。
20.进一步的，电阻r近似值计算公式为，其中a为排流网长度，b为排流网宽度，l
铜排
为铜排长度，h为排流网埋深度。
21.进一步的，铜排截面积s计算公式为，其中c为接地导体材料的热稳定系数，tj为入地过电流持续时间，v为针尖电位，r为整个排流装置接地电阻近似值，根据此式计算得到的铜排最小截面积s，单位为mm2。
22.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：在不影响埋地油气管道和输电杆塔接地装置的情况下，通过在油气管道上设置排流针，并配以铜排和排流网将过电流引流、排放至远离油气管道的更深层土壤中，避免过电流对油气管道造成电位抬升及直接破坏作用，合理限制入地过电流流向埋地油气管道，并起到降低油气管道附近土壤电位的作用，可极大避免入地过电流引起的埋地油气管道破坏的情况发生，现场实用性及可推广性强。
附图说明
23.图1为本发明结构示意图；图2为本发明油气管道和抱箍配合示意图；图中：1.油气管道、2.输电杆塔接地装置、3.第一铜排、4.第二铜排、5.排流针、6.排流网、7.排流网放射线、8.接地装置放射线、9.抱箍、10.绝缘底座。
具体实施方式
24.参照图1-2，一种埋地油气管网防电网入地过电流成套装置，包括油气管道1，在油气管道1朝向输电杆塔接地装置2一侧的油气管道1表面经由绝缘底座10安装若干排流针5，并沿管道轴向设置有第一铜排3，通过第一铜排将排流针5形成电气连接，在远离输电杆塔接地装置2方向的油气管道1外侧设置有排流网6，排流网6通过第二铜排4连接第一铜排3。本发明在不影响埋地油气管道1和输电杆塔接地装置的情况下，通过在油气管道1上设置排流针，并配以铜排和排流网将过电流引流、排放至远离油气管道1的更深层土壤中，避免过电流对油气管道1造成电位抬升及直接破坏作用，合理限制入地过电流流向埋地油气管道1，并起到降低油气管道1附近土壤电位的作用，可极大避免入地过电流引起的埋地油气管道1破坏的情况发生，现场实用性及可推广性强。
25.其中，排流针5一端固定在靠近输电杆塔接地装置2的油气管道1侧表面，另一端的针尖朝向输电杆塔接地装置2与油气管道1最接近的垂直射线末端。
26.其中，油气管道1外侧套设有抱箍9，抱箍9采用玻璃纤维增强环氧树脂材料制成，绝缘底座10一体成型设置在抱箍9上。
27.其中，排流针5长度l（m）大于被保护油气管道1半径r。
28.其中，排流针5在油气管道1整体延伸方向上相邻两根排流针5之间的距离d满足2l≤d≤7.5l。
29.其中，排流网6为矩形，并水平铺设在油气管道1背离输电杆塔接地装置2一侧的斜下方，排流网6长度方向与油气管道1延伸方向保持平行，且排流网与油气管道1底部垂直最小距离大于2m，水平最小距离大于4m。
30.其中，排流网6长度a满足，宽度b满足，其中n为连接至该排流网6的排流针5的个数，ρ为土壤干燥时电阻率（ω*m），l为排流针长度。
31.其中，在土壤电阻率大于300ω*m时，在排流网6远离油气管道1一侧的两个顶点处加焊排流网放射线7，方向沿与油气管道1延伸方向垂直。
32.其中，排流网6由长度和宽度方向上的各四根导体等间距排列、组合而成。
33.其中，铜排的截面积根据电网可能出现的最大入地电流及排流针5与输电杆塔接地网最小距离进行核算。
34.其中，排流针5和排流网6均采用镀铜钢材料。
35.其中，各连接处采用放热焊接工艺。
36.一种埋地油气管网防电网入地过电流成套装置的导流铜排截面积核算方法，输电杆塔接地装置2四角均有接地装置放射线8，输电杆塔接地装置入地电流i
地
通过接地装置放射线8流出，将接地装置放射线8端点作为点电流源，则对于单根排流针5，认为单根排流针只受到指向油气管道1侧两根接地装置放射线8入地电流的影响，根据入地电流得出针尖电位v；根据排流网6埋深h和铜排长度l
铜排
，得出整个排流装置接地电阻r近似值；得出针尖电位v和电阻r近似值后，再根据接地导体材料的热稳定系数和入地过电流持续时间，从而计算出铜排最小截面积s。
37.其中，针尖电位v的计算公式为，其中r为针尖到指向油气管道1侧两根接地装置放射线8端点平均距离，ρ为土壤干燥时电阻率，i
地
为输电杆塔接地装置入地电流。
38.其中，电阻r近似值计算公式为，其中a为排流网长度，b为排流网宽度，l
铜排
为铜排长度，h为排流网埋深度。
39.其中，铜排截面积s计算公式为，其中c为接地导体材料的热稳定系数，tj为入地过电流持续时间，v为针尖电位，r为整个排流装置接地电阻近似值，根据此式计算得到的铜排最小截面积s，单位为mm2。
40.为不占用地面生产和生活空间，输送油气的油气管道1大部分都埋于地下，深度在0.5m~1m的范围内，施工人员常在金属的油气管道1表面添加防腐层以防止油气管道1长期埋于地下被土壤中的酸碱物质腐蚀破坏，且由于防腐层一般为绝缘材料，还能起到一定的防护入侵电压波的作用。在一个实施例中，某段输气油气管道1与电网某500kv输电线路并行铺设且油气管道1与输电杆塔接地装置2的最小水平距离仅约为6.5m。该段油气管道1在投入运行仅不足一年后，经运行维护人员检测发现油气管道1表面防腐层相较其它段油气管道1出现明显的被侵蚀和破损现象，严重影响到油气管道1的安全稳定运行。经调查和分析认定由输电线路遭雷击或发生接地故障引发的过大入地电流是该段油气管道1防腐层被侵蚀的主要原因。为防护电网入地过电流，在对防腐层进行修补后，在该段输气油气管道1安装布置本发明基于针-网结构的埋地油气管网防电网入地过电流装置。为更好验证该装置运用在工程中的实际保护效果，只对该段油气管道1中长度为100m的一部分安装防护装置。
41.该段油气管道1管径为1219mm，延伸方向与输电线路几近平行，埋深约为0.7m，输电杆塔接地装置2埋深约为0.5m。首先，通过玻璃纤维增强环氧树脂材料制成的抱箍9配合一体成型设置在抱箍9上的绝缘底座10将排流针5等间距地布置在油气管道1上，如图2所示，排流针5与绝缘底座10连接处距油气管道1表面0.25m；排流针5选择直径为8mm，主体长为0.75m，针尖长0.2m，表面镀铜厚度为200μm，排流针5彼此间隔为4m，共安装24根排流针5。然后，在油气管道1背离输电线路一侧水平铺设排流网6（排流网6长度方向与油气管道1延伸方向平行），排流网6长度为4.5m，宽度为2.5m，埋深为4m，与油气管道1水平最小距离为4.5m。将所有排流针5通过第一铜排3形成电气连接，再将第一铜排3通过第二铜排4与排流网6连接，铜排规格选择为15mm*3mm，各连接处采用放热焊接工艺。经过3个月后对该段油气管道1再进行检测发现，安装布置了本发明的防护装置的部分油气管道1表面防腐层相比未防护部分更完好，没有明显损伤，证明本发明提出的针-网结构的埋地油气管网防电网入地过电流装置具有明显的有益效果。
42.在另一个实施例中，由于油气管道1所处的土壤电阻率较高且电网的最大入地电流更大，为保证防护效果，增加并联的排流网6数量，增大引流铜排规格为10mm*6mm，且在排流网6远离油气管道1一侧的两个顶点处加焊排流网放射线7，方向沿与油气管道1延伸方向垂直，如图1中所示。
43.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。