CN107893231B - 限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法及埋地系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法及埋地系统，该防护方法包括以下步骤：S100：预先设定接地极和金属管道的相对位置关系；S200：确定土壤、接地极和金属管道的基本参数；S300：将接地极和金属管道的相对位置关系信息以及各种基本参数输入仿真软件；S400：设置拟采用的一组防护参数，所述防护参数包括金属管道分段数量以及金属管道与接地极的最近垂直距离；S500：生成计算模型；S600：进行迭代求解，计算管地电位；S700：判断管地电位是否满足防护要求，如果满足，则执行步骤S800，否则返回步骤S400，设置另一组防护参数；S800：输出计算结果。本发明可评估直流接地极对埋地金属管道的腐蚀影响，优化直流接地极和埋地金属的建设方案。

Description

限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法及埋地系统

技术领域

本发明涉及输电工程防护技术领域，尤其是涉及一种限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法及埋地系统。

背景技术

特高压/高压直流输电工程是我国西电东送战略的主要应用技术，具有输送距离远、输送容量大、损耗小、功率可控等诸多优点。当前我国已有±1100kV、±800kV、±660kV、±500kV等多个电压等级序列、多回特高压/高压直流工程投入运行和正在建设中。直流接地极是特高压/高压直流输电工程中的一个重要组成部分，它的作用体现在：一是在直流输电系统单极大地运行时作为直流返回通路的一部分，直接为直流系统输送电力，提高系统运行的可靠性和可用率；二是钳制换流站中性点电位，避免两极对地电压不平衡而损害设备。当直流输电系统单极大地运行时，将有电流(最大可为直流系统额定电流大小)经直流接地极流入大地，经大地留向对侧换流站的接地极，从而形成电流通路。而当较大的电流从地中流过时，会对周围的埋地金属设施产生影响。其中受影响的主要设施包括埋地的金属管道，如天然气管道和石油管道等，将导致埋地金属管道电位升高，长期作用下，容易腐蚀。

对于直流接地极对埋地金属的干扰问题，目前尚未有成熟的防护措施，主要采取措施体现在下面几个方面：(1)加强设备巡检频次，设备安全临时防护措施，如对管道上测试桩、固态去耦合器、恒电位仪等设施损坏，暂时采取更换措施。对易烧蚀部位进行重点巡视和检查，加大检测绝缘卡套频次，及时更换损坏设备；排查阀室内引压管等相关设施，间距小于1cm的引压管需要缠绕绝缘胶带。(2)增设管道腐蚀监测设备，如在干扰范围内的管道安装腐蚀速率监测探头，对管道的腐蚀速率和干扰电压进行在线监控。(3)增加干扰段管道开挖频次，如加强干扰段防腐层检漏，加密管道开挖，密切关注管道腐蚀和防腐层剥离风险。(4)断开干扰段内进出站跨接电缆，如通过断开干扰段内进出站的跨接电缆，将管道的电连通段缩短，有利用降低管道干扰电压。综上可知，上述针对直流接地极干扰的防护措施，都是通过增加一些监测设施、进行加强巡视等措施，运维工作量增加、运维成本增高，且无法从根本上解决干扰的问题。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法及埋地系统，其可评估直流接地极对埋地金属管道的腐蚀影响，优化直流接地极和埋地金属的建设方案，减少埋地金属管道的腐蚀现象。

其技术方案如下：

一种限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，包括以下步骤：

S100：预先设定接地极和金属管道的相对位置关系；

S200：确定土壤的基本参数、接地极的基本参数和金属管道的基本参数；

S300：将接地极和金属管道的相对位置关系信息、土壤的基本参数、接地极的基本参数和金属管道的基本参数输入仿真软件；

S400：在仿真软件中设置拟采用的一组防护参数，所述防护参数包括金属管道分段数量、每段子管段的长度以及金属管道与接地极的最近垂直距离，同时设置相邻两个子管段之间设有一个绝缘接头，每个子管段对应配备至少一个阴极保护装置，所述绝缘接头和所述阴极保护装置均位于阀室内；

S500：在仿真软件中生成计算模型；

S600：根据计算模型进行迭代求解，计算得出金属管道的管地电位；

S700：判断计算得出的管地电位是否满足金属管道防护要求，如果满足防护要求则执行步骤S800，否则返回步骤S400，并在仿真软件中设置拟采用的另一组防护参数；

S800：输出计算结果，采用该组防护参数制定防护方案。

在其中一个实施例中，步骤S300具体包括以下步骤：

S301：在仿真软件的地图软件模块中输入拟定的金属管道的走向数据信息和接地极的位置数据信息；

S302：在所述地图软件模块中绘出接地极和金属管道的相对位置图；

S303：在所述地图软件模块中对接地极和金属管道的信息进行编辑，并导入仿真软件的计算软件模块中；

S304：在所述计算软件模块中输入土壤的基本参数、接地极的基本参数和金属管道的基本参数。

在其中一个实施例中，所述土壤的基本参数包括接地极处土壤的分层情况、每层的土壤电阻率以及金属管道沿线的土壤电阻率；所述接地极的基本参数包括接地极的额定入地电流、接地极的埋深以及接地极的极环半径信息；所述金属管道的基本参数包括金属管道的埋深、金属管道的半径、金属管道的腐蚀层厚度。

在其中一个实施例中，在步骤S400中，设置相邻两个子管段之间共用一个阴极保护装置，每个阴极保护装置和一个所述绝缘接头对应设于一个所述阀室内。

在其中一个实施例中，在仿真软件中设置拟采用的另一组防护参数具体为：增加金属管道分段数量、缩短每段金属管道的长度和增加金属管道与接地极的最近垂直距离。

在其中一个实施例中，所述防护参数还包括阴极保护装置的额定排流电流和额定功率；所述在仿真软件中设置拟采用的另一组防护参数具体为：增加金属管道分段数量、缩短每段金属管道的长度、增加阴极保护装置的额定排流电流和额定功率以及增加金属管道与接地极的最近垂直距离。

在其中一个实施例中，在步骤S400和步骤S500之间还包括步骤：

S450：对所输入的参数进行校验，当校验无误后执行步骤S500。

本技术方案还提供了一种埋地系统，包括接地极和金属管道，所述接地极和所述金属管道采用上述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法建设而成。

本发明上述技术方案的有益效果在于：

本发明所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，根据工程输入条件、土壤、接地极及埋地金属管道的基本参数以及拟采用的防护参数，建立计算模型，通过不断迭代优化，可以评估直流接地极对埋地金属管道的腐蚀影响以及当前埋地系统的防护效果。通过反复拟定防护参数代入计算，从而确定符合防护要求的防护参数，进而确定最优的金属管道防护方案，为实际建设提供重要的指导意义。本发明无需增加监测设施和实施加强巡视等措施，减少了运维工作量和运维成本，且从根本上解决了干扰的问题。

本发明所述的埋地系统，可解决工程中经常会遇到的直流接地极干扰埋地金属管道的问题，减少埋地金属管道的腐蚀现象，对直流接地极工程与埋地石油管道、埋地输气管道的工程建设规划设计具有重要的指导意义。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法的流程图；

图2为步骤S300的具体流程图；

图3为本发明另一实施例所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法的流程图；

图4为本发明一实施例所述的计算模型的示意图。

附图标记说明：

100、接地极，200、金属管道，210、子管段，300、绝缘接头，400、阴极保护装置，500、阀室。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明一实施例所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，包括以下步骤：

S100：预先设定接地极100和金属管道200的相对位置关系。

预先设定的意思是在仿真优化之前初步确定接地极100和金属管道200的相对位置关系，需根据后面计算结果进行优化，从而确定最终的建设方案，可包括以下几种情况：

1、在金属管道200已建好，接地极100待选址情况下，可根据实际工况拟定接地极100的位置，金属管道200采用已建好的走向。

2、在接地极100已建好，金属管道200待选址情况下，可根据实际工况拟定金属管道200的走向，接地极100采用已建好的位置。

3、在金属管道200和接地极100均未选址的情况下，可根据实际工况拟定接地极100的位置和金属管道200的走向。

S200：确定土壤的基本参数、接地极100的基本参数和金属管道200的基本参数。

所述土壤的基本参数包括接地极100处土壤的分层情况、每层的土壤电阻率以及金属管道200沿线的土壤电阻率等；所述接地极100的基本参数包括接地极100的额定入地电流、接地极100的埋深以及接地极100的极环半径信息等；所述金属管道200的基本参数包括金属管道200的埋深、金属管道200的半径、金属管道200的腐蚀层厚度。确定的方法可以是现场测定或收集已有参数。

S300：将接地极100和金属管道200的相对位置关系信息、土壤的基本参数、接地极100的基本参数和金属管道200的基本参数输入仿真软件。

“输入”相关信息的方式可以是在输入框中输入、选择框选择、设置选项中设置以及在图形界面中书写绘画等其他方式。

本实施例中，如图2所示，步骤S300具体包括以下步骤：

S301：在仿真软件的地图软件模块中输入拟定的金属管道200的走向数据信息(也即金属管道200的路径信息)和接地极100的位置数据信息。

S302：在地图软件模块中绘出接地极100和金属管道200的相对位置图。

S303：在地图软件模块中对接地极100和金属管道200的信息进行编辑，并导入仿真软件的计算软件模块中。

S304：在计算软件模块中输入土壤的基本参数、接地极100的基本参数和金属管道200的基本参数。

可选地，所述仿真软件采用国际上通用的接地仿真软件CDEGS。CDEGS软件是由加拿大SES公司开发而成的，CDEGS是电流分布(Current Distribution)、电磁场(Electromagnetic Fields)、接地(Grounding)和土壤结构分析(Soil StructureAnalysis)英文首字母的缩写。它是解决电力系统接地、电磁场和电磁干扰等工程问题的工具软件。它可在正常、故障、雷电和暂态条件下，计算地上或地下任意位置的带电导线组成的网状结构产生的接地电位、导线电位和电磁场。需要说明的是，在其他实施例中，也可根据实际需要选择其他通用的仿真软件。

S400：在仿真软件(计算软件模块)中设置拟采用的一组防护参数，所述防护参数具体包括金属管道200分段数量、每段子管段210的长度以及金属管道200与接地极100的最近垂直距离；同时设置相邻两个子管段210之间设有一个绝缘接头300，每个子管段210对应配备至少一个阴极保护装置400，所述绝缘接头300和所述阴极保护装置400均位于阀室500内。

本实施例中，相邻两个子管段210之间采用绝缘接头300隔离，相互之间金属管道200绝缘，可有效地减少电腐蚀影响。同时阴极保护装置400向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，通过阴极保护装置400可将金属管道200的电位强制钳制在-0.8V～-1.2V之间，对管道提供保护，达到防腐蚀的效果。所述阴极保护装置400设于对应的所述阀室500内。

可选地，请结合图3，设置相邻两个子管段210之间共用一个阴极保护装置400，也即，相邻两个子管段210在接头处设置一个阴极保护装置400，每个阴极保护装置400和一个所述绝缘接头300对应设于一个所述阀室500内。这样在直流接地极100入地电流对管道电位产生干扰的情况下，两端设置的阴极保护能够对子管段210的电位起到较好的钳制作用，比传统的一端设置阴极保护的方案具有更好的防护效果。需要说明的是，在其他实施例中，也可在子管段210的仅一端设置阴极保护装置400。

本实施例中，步骤S400和步骤S500之间还可包括步骤S450：对所输入的参数进行校验，当校验无误后执行步骤S500。需要说明的是，在其他实施例中，也可省去步骤S450。

S500：在计算软件模块中生成计算模型，计算模型如图4所示。

所述计算模型包括所述金属管道200、所述接地极100以及若干个所述绝缘接头300、若干个所述阴极保护装置400和若干个所述阀室500。所述金属管道200分割为若干个子管段210，相邻两个子管段210之间设有一个所述绝缘接头300，每个所述子管段210的两端均设有所述阴极保护装置400以及所述阀室500，相邻两个子管段210之间共用一个阴极保护装置400，阴极保护装置400和绝缘接头300设于对应的所述阀室500内。图中仅示意出了两段管道，长度分别为L1和L2，实际应用中根据金属管道200的参数和长度，可划分为多段管道。直流接地极100与金属管道200的最近垂直距离为d。本发明所述计算模型，充分考虑了直流接地极100单极大地运行的时间较短的特征和管道腐蚀的累积效应。

S600：根据计算模型进行迭代求解，计算得出金属管道200的管地电位(管地电位是管道与其相邻土壤的电位差)。

S700：判断计算得出的管地电位是否满足金属管道200防护要求，如判断管地电位是否在-0.8V～-1.2V之间，如果满足防护要求则执行步骤S800，否则返回步骤S400，并在仿真软件(计算软件模块)中设置拟采用的另一组防护参数，如可增加金属管道200分段数量、缩短每段金属管道200的长度和增加金属管道200与接地极100的最近垂直距离等，重复步骤S400～S700；

S800：输出计算结果，采用该组防护参数制定防护方案，该最终防护方案中，确定了金属管道200的分段数量、每段金属管道200的长度和金属管道200与接地极100的最近垂直距离，也即确定了接地极100和金属管道200的相对位置关系。

本实施例所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，根据工程输入条件、土壤、接地极100及埋地金属管道200的基本参数以及拟采用的防护参数，建立计算模型，通过不断迭代优化，可以评估直流接地极100对埋地金属管道200的腐蚀影响以及当前埋地系统的防护效果。通过反复拟定防护参数代入计算，从而确定符合防护要求的防护参数，进而确定最优的金属管道200防护方案，为实际建设过程中限制直流接地极100对埋地金属管道200影响提供重要的指导意义。

上一个实施例所述的防护方案主要是对金属管道200的分段情况以及金属管道200与接地极100的最近垂直距离等进行优化设定，具体建设过程中，管道的防护装置(如阴极保护装置400等)的相关工作参数则可根据常用的设计方案进行设定。而在另一个实施例中，如图3所示，具体可参看步骤S400，还可对防护装置的工作参数进行优化，相应地，所设置的防护参数除了包括金属管道200分段数量、每段子管段210的长度以及金属管道200与接地极100的最近垂直距离以外，还包括所述阴极保护装置400的额定排流电流和额定功率。对应地，当计算得出的管地电位不满足金属管道200防护要求而需要设置拟采用的另一组防护参数时，则可增加金属管道200分段数量、缩短每段金属管道200的长度、增加金属管道200与接地极100的最近垂直距离以及增加阴极保护装置400的额定排流电流和额定功率、改变绝缘接头300和阀室500的地理位置等。最终得到的防护方案除了确定了金属管道200的分段数量、每段金属管道200的长度和金属管道200与接地极100的最近垂直距离外，也确定了阴极保护装置400的额定排流电流和额定功率、绝缘接头300和阀室500的地理位置等。本发明实施例从金属管道200整体防护出发，优化管道的分段情况以及防护装置的工作情况，为金属管道200建设提供全面保护措施。

综上可知，本发明为限制埋地金属管道200受直流接地极100入地电流的影响，可以采用以下措施：保证直流接地极100与埋地金属管道200之间有足够的防护距离，管道方面可采取合适的分段绝缘措施，同时设置足够的阴极保护等。本发明在实际应用时的效果如下：在金属管道200已建好，接地极100待选址情况下，可以得出接地极100址与管道的建议最小距离；接地极100已建好，金属管道200待设计情况下，得出金属管道200路径选择、阀室500设置以及阴极保护装置400的配置建议方案；在金属管道200与接地极100均正在建设的情况下，可以得出金属管道200与接地极100的合理相对位置选择，以及金属管道200的阀室500、阴极保护装置400的设计建议；在管道与接地极100均已建好投运的情况下，可以得出埋地系统的加装防护方案，从而根据优化结果对相应的参数进行调整。

本发明又一实施例提供了一种埋地系统，该埋地系统包括接地极100和金属管道200，金属管道200上配备有绝缘接头300、阴极保护装置400和阀室500等。整个埋地系统根据上述防护方法得到的计算模型建设而成，其结构可参照图4所示的计算模型图建造而成。本实施例所述埋地系统可解决工程中经常会遇到的直流接地极100干扰埋地金属管道200的问题，减少埋地金属管道200的腐蚀现象，对直流接地极100工程与埋地石油管道、埋地输气管道的工程建设规划设计具有重要的指导意义。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：预先设定接地极和金属管道的相对位置关系；

S200：确定土壤的基本参数、接地极的基本参数和金属管道的基本参数；

S300：将接地极和金属管道的相对位置关系信息、土壤的基本参数、接地极的基本参数和金属管道的基本参数输入仿真软件；

S400：在仿真软件中设置拟采用的一组防护参数，所述防护参数包括金属管道分段数量、每段子管段的长度以及金属管道与接地极的最近垂直距离，同时设置相邻两个子管段之间设有一个绝缘接头，每个子管段对应配备至少一个阴极保护装置，所述绝缘接头和所述阴极保护装置均位于阀室内；

S500：在仿真软件中生成计算模型；

S600：根据计算模型进行迭代求解，计算得出金属管道的管地电位；

S700：判断计算得出的管地电位是否满足金属管道防护要求，如果满足防护要求则执行步骤S800，否则返回步骤S400，并在仿真软件中设置拟采用的另一组防护参数；

S800：输出计算结果，采用该组防护参数制定防护方案；

步骤S300具体包括以下步骤：

S301：在仿真软件的地图软件模块中输入拟定的金属管道的走向数据信息和接地极的位置数据信息；

S302：在所述地图软件模块中绘出接地极和金属管道的相对位置图；

S303：在所述地图软件模块中对接地极和金属管道的信息进行编辑，并导入仿真软件的计算软件模块中；

S304：在所述计算软件模块中输入土壤的基本参数、接地极的基本参数和金属管道的基本参数。

2.根据权利要求1所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，其特征在于，所述土壤的基本参数包括接地极处土壤的分层情况、每层的土壤电阻率以及金属管道沿线的土壤电阻率；所述接地极的基本参数包括接地极的额定入地电流、接地极的埋深以及接地极的极环半径信息；所述金属管道的基本参数包括金属管道的埋深、金属管道的半径、金属管道的腐蚀层厚度。

3.根据权利要求1所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，其特征在于，在步骤S400中，设置相邻两个子管段之间共用一个阴极保护装置，每个阴极保护装置和一个所述绝缘接头对应设于一个所述阀室内。

4.根据权利要求1所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，其特征在于，所述在仿真软件中设置拟采用的另一组防护参数具体为：

增加金属管道分段数量、缩短每段金属管道的长度和增加金属管道与接地极的最近垂直距离。

5.根据权利要求1所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，其特征在于，所述防护参数还包括阴极保护装置的额定排流电流和额定功率；所述在仿真软件中设置拟采用的另一组防护参数具体为：增加金属管道分段数量、缩短每段金属管道的长度、增加金属管道与接地极的最近垂直距离以及增加阴极保护装置的额定排流电流和额定功率。

6.根据权利要求1所述的限制直流接地极腐蚀埋地金属管道的防护方法，其特征在于，在步骤S400和步骤S500之间还包括步骤：

S450：对所输入的参数进行校验，当校验无误后执行步骤S500。

7.一种埋地系统，其特征在于，包括接地极和金属管道，所述接地极和所述金属管道采用权利要求1至6中任一项所述的防护方法建设而成。