CN108646079B - 一种不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法，其包括：在水平方向沿同一直线上设置第一探测点、第二探测点和第三探测点，第一探测点和第二探测点沿第一待测管道的轴向对称设置；根据第一探测点和第二探测点处竖直方向的磁场强度差得到外界磁场在竖直方向的磁场强度；根据第一探测点或第二探测点处竖直方向的磁场强度公式得到第一待测管道中的杂散电流和第二待测管道中的杂散电流的第一关系式；根据第三探测点处竖直方向的磁场强度公式得到第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流的第二关系式；根据第一关系式和第二关系式得到第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流大小。可实现不同埋深管道中杂散电流的同时检测。

Description

一种不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法

技术领域

本发明涉及埋地管道中杂散电流检测技术领域，特别涉及一种不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法。

背景技术

当前，输配电线路逐渐增加，电气化铁路、地铁等轨道交通线路迅速发展，使大地中杂散电流水平大大增加，对埋地金属管线产生了严重的电化学腐蚀。为有效评估埋地金属管线中杂散电流水平和变化情况，管道中杂散电流检测尤为重要。但管道埋入地下后难以开挖，并且埋地管道覆盖面广，传统的电流检测方法难以应用于埋地管道杂散电流的检测。

通常，管地电位、土壤电位梯度等参数的检测被用于间接反映埋地管道受杂散电流的干扰水平。但这些参数只能简单反映杂散电流的影响，无法直接定量评估管道中杂散电流水平。其方法为取一段长度管道校准其纵向电阻后，取该两点电位可以反映管道中杂散电流大小。该方法简单直接，但检测时需要与管道有预先设置电气连接点，无法便携的对各个位置管道中的电流进行检测。同时，已埋入地下的管道开挖复杂，该方法测试时工作量大。由于管道直径大且不易开挖，相关的霍尔电流传感器无法有效应用到管道交直流电流检测中。

除此之外，利用管道中电流的电磁效应也可以对管道中的杂散电流进行检测。但利用该方法存在以下问题：

(1)在检测管道中杂散电流产生的磁场同时，周边还会存在地磁场、其他稳定磁场等干扰，这会影响杂散电流产生磁场的准确性，如何避免周边电磁场的干扰是准确检测管道中电流的关键。

(2)单一磁力仪探测点无法准确、有效的检测到管道中电流产生的磁场，传感器的阵列方式及阵列方式下杂散电流电磁场的准确计算方法待提出。

(3)很多情况下，管道并不是单根存在，当在同一管线走廊中不同埋深管道共存时，杂散电流的检测方法有待提出。

其中，《埋地管道埋深及杂散电流大小方向和地磁方位角的测量方法》(申请号：201110097516.9)的发明专利中提出了利用四个磁饱和磁力仪探测点检测埋地管道杂散电流的方法，但该发明中，未考虑地磁垂直分量对杂散电流检测磁场的影响。同时，该方法只是针对单根管道存在时管中杂散电流检测，不能实现不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测，管道杂散电流非接触式检测时忽略了地磁分量及其他外界磁场的干扰，检测存在误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法。采用如下技术方案：

一种不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法，其包括：

在水平方向沿同一直线上设置第一探测点、第二探测点和第三探测点，所述第一探测点和第二探测点沿第一待测管道的轴向对称设置；

根据所述第一探测点和第二探测点处竖直方向的磁场强度差得到外界磁场在竖直方向的磁场强度；

根据所述第一探测点或第二探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道中的杂散电流和第二待测管道中的杂散电流的第一关系式；

根据所述第三探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流的第二关系式；

根据所述第一关系式和第二关系式得到所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流大小。

作为本发明的进一步改进，根据所述第一探测点和第二探测点处竖直方向的磁场强度差得到外界磁场在竖直方向的磁场强度，具体包括：

根据公式H_av＝H_1av+H_2av-H_ow、H_bv＝H_1av+H_2av+H_ow、H_1av+H_2av＝H_1bv+H_2bv；其中，H_av和H_bv分别为所述第一探测点和第二探测点处竖直方向的磁场强度，H_1av和H_2av分别为所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流在所述第一探测点处产生的竖直方向磁场强度，H_1bv和H_2bv分别为所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流在所述第二探测点处产生的竖直方向磁场强度，H_ow为外界磁场在竖直方向的磁场强度，得到：

作为本发明的进一步改进，根据所述第一探测点或第二探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道中的杂散电流和第二待测管道中的杂散电流的第一关系式，具体包括：

根据长直载流导体周边切线方向上磁场强度与载流大小关系计算公式得到：

和其中，H_1bv和H_2bv分别为第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流在所述第二探测点处产生的竖直方向磁场强度，I₁和I₂分别为所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流，r_1b、r_2b分别为所述第一待测管道和第二待测管道至所述第二探测点的距离，l为所述第一探测点和第二探测点之间的距离，d₁为所述第一待测管道至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离，d₂为第二待测管道至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离；

将H_1bv和H_2bv相加，得到：化简得到所述第一关系式：

作为本发明的进一步改进，根据所述第三探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流的第二关系式，具体包括：

根据长直载流导体周边切线方向上磁场强度与载流大小关系计算公式得到：和

其中，H_1cv和H_2cv分别为第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流在所述第三探测点处产生的竖直方向磁场强度，I₁和I₂分别为所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流，r_1c、r_2c分别为所述第一待测管道和第二待测管道至所述第三探测点的距离，l为所述第一探测点和第二探测点之间的距离，m为所述第三探测点至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离，d₁为所述第一待测管道至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离，d₂为第二待测管道至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离；

将H_1cv和H_2cv相加，得到：

进而得到所述第二关系式：

作为本发明的进一步改进，所述

作为本发明的进一步改进，所述第二探测点设于所述第一探测点和第三探测点之间，或者，所述第三探测点设于所述第一探测点和第二探测点之间，或者，第一探测点设于所述第二探测点和第三探测点之间。

作为本发明的进一步改进，利用磁饱和磁力仪探头对所述第一探测点、第二探测点和第三探测点进行探测得到磁场强度。

本发明的有益效果：

本发明不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法通过探测三个探测点处的磁场强度来实现管道杂散电流检测时外界磁场干扰的消除，同时，利用探测点实现不同埋深管道中杂散电流的同时检测，并且消除了不同埋深管道杂散电流互相之间的影响，检测精度高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例中不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法的原理图；

图2是本发明实施例中不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本实施例中不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法的原理图。其包括第一待测管道x和第二待测管道y，第一待测管道x设于第二待测管道y上方，第一待测管道x的上方在水平方向沿同一直线上设置有第一探测点a、第二探测点b和第三探测点c，第一探测点a和第二探测点b沿第一待测管道x的轴向对称设置，第一探测点a和第二探测点b之间的距离为l，第一探测点a和第二探测点b的中心点为点o，第三探测点c至点o的距离为m，第一待测管道x至点o的距离为d₁，第二待测管道y至点o的距离为d₂，H_a、H_b、H_c分别为第一探测点a、第二探测点b和第三探测点c处的磁场强度，H_av、H_bv、H_cv分别为第一探测点a、第二探测点b和第三探测点c处竖直方向的磁场强度，H_ah、H_bh、H_ch分别为第一探测点a、第二探测点b和第三探测点c处水平方向的磁场强度，H_ow为外界磁场在竖直方向的磁场强度，

如图2所示，为本实施例中不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法的流程图。该方法包括以下步骤：

步骤S110、在水平方向沿同一直线上设置第一探测点、第二探测点和第三探测点，所述第一探测点和第二探测点沿第一待测管道的轴向对称设置；

具体的，如图1所示，在水平方向沿同一直线上设置第一探测点a、第二探测点b和第三探测点c，第一探测点a和第二探测点b沿第一待测管道x的轴向对称设置；

步骤S120、根据所述第一探测点和第二探测点处竖直方向的磁场强度差得到外界磁场在竖直方向的磁场强度；

具体的，由于第一探测点a和第二探测点b对称，第一待测管道x和第二待测管道y中的杂散电流在第一探测点a和第二探测点b产生的磁场强度大小相同，在磁场强度分解后，其垂直分量的大小相同，方向相反。可得公式H_av＝H_1av+H_2av-H_ow、H_bv＝H_1av+H_2av+H_ow、H_1av+H_2av＝H_1bv+H_2bv；其中，H_1av和H_2av分别为第一待测管道x和第二待测管道y中的杂散电流在第一探测点a处产生的竖直方向磁场强度，H_1bv和H_2bv分别为第一待测管道x和第二待测管道y中的杂散电流在第二探测点处b产生的竖直方向磁场强度，可以得到如下公式：

步骤S130、根据所述第一探测点或第二探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道中的杂散电流和第二待测管道中的杂散电流的第一关系式；

具体的，根据长直载流导体周边切线方向上磁场强度与载流大小关系计算公式得到：

和其中，I₁和I₂分别为第一待测管道x和第二待测管道y中的杂散电流；

将H_1bv和H_2bv相加，得到：化简得到I₁和I₂第一关系式：

其中，本实施例选取第二探测点b处竖直方向的磁场强度公式来计算，在本发明的另一实施例中，通过选取第一探测点a处竖直方向的磁场强度公式来计算，其计算过程相同。

步骤S140、根据所述第三探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流的第二关系式；

具体的，同样根据长直载流导体周边切线方向上磁场强度与载流大小关系计算公式得到：和

其中，H_1cv和H_2cv分别为第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流在第三探测点c处产生的竖直方向磁场强度，r_1c、r_2c分别为第一待测管道x和第二待测管道y至第三探测点c的距离，m为第三探测点c至点o的距离，d₁为第一待测管道x至点o的距离，d₂为第二待测管道y至点o的距离；

将H_1cv和H_2cv相加，得到：

将和代入，进而得到I₁和I₂第二关系式：

步骤S150、根据所述第一关系式和第二关系式得到所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流大小；

具体的，联立第一关系式：和第二关系式：得到二元一次方程组，由于除了I₁和I₂之外的其他未知数均可通过测量得到，通过解二元一次方程组可得到I₁和I₂。

其中，第二探测点b设于第一探测点a和第三探测点c之间，或者，第三探测点c设于第一探测点a和第二探测点b之间，或者，第一探测点a设于第二探测点b和第三探测点c之间。

优选的，选取可方便计算。

优选的，本发明利用磁饱和磁力仪探头对第一探测点a、第二探测点b和第三探测点c进行探测得到磁场强度，在第一探测点a、第二探测点b和第三探测点c均设有磁饱和磁力仪探头进行同步探测。

本发明的有益效果：

本发明不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法通过探测三个探测点处的磁场强度来实现管道杂散电流检测时外界磁场干扰的消除，同时，利用探测点实现不同埋深管道中杂散电流的同时检测，并且消除了不同埋深管道杂散电流互相之间的影响，检测精度高。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法，其特征在于，包括：

在水平方向沿同一直线上设置第一探测点、第二探测点和第三探测点，所述第一探测点和第二探测点关于第一待测管道的轴向对称设置；

根据所述第一探测点和第二探测点处竖直方向的磁场强度差得到外界磁场在竖直方向的磁场强度；

根据所述第一探测点或第二探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道中的杂散电流和第二待测管道中的杂散电流的第一关系式；

根据所述第三探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流的第二关系式；

根据所述第一关系式和第二关系式得到所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流大小。

2.如权利要求1所述的不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法，其特征在于，根据所述第一探测点和第二探测点处竖直方向的磁场强度差得到外界磁场在竖直方向的磁场强度，具体包括：

根据公式H_av＝H_1av+H_2av-H_ow、H_bv＝H_1av+H_2av+H_ow、H_1av+H_2av＝H_1bv+H_2bv；其中，H_av和H_bv分别为所述第一探测点和第二探测点处竖直方向的磁场强度，H_1av和H_2av分别为所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流在所述第一探测点处产生的竖直方向磁场强度，H_1bv和H_2bv分别为所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流在所述第二探测点处产生的竖直方向磁场强度，H_ow为外界磁场在竖直方向的磁场强度，得到：

3.如权利要求2所述的不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法，其特征在于，根据所述第一探测点或第二探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道中的杂散电流和第二待测管道中的杂散电流的第一关系式，具体包括：

根据长直载流导体周边切线方向上磁场强度与载流大小关系计算公式得到：

和其中，H_1bv和H_2bv分别为第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流在所述第二探测点处产生的竖直方向磁场强度，I₁和I₂分别为所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流，r_1b、r_2b分别为所述第一待测管道和第二待测管道至所述第二探测点的距离，l为所述第一探测点和第二探测点之间的距离，d₁为所述第一待测管道至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离，d₂为第二待测管道至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离；

将H_1bv和H_2bv相加，得到：化简得到所述第一关系式：

4.如权利要求2所述的不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法，其特征在于，根据所述第三探测点处竖直方向的磁场强度公式得到所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流的第二关系式，具体包括：

根据长直载流导体周边切线方向上磁场强度与载流大小关系计算公式得到：和

其中，H_1cv和H_2cv分别为第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流在所述第三探测点处产生的竖直方向磁场强度，I₁和I₂分别为所述第一待测管道和第二待测管道中的杂散电流，r_1c、r_2c分别为所述第一待测管道和第二待测管道至所述第三探测点的距离，l为所述第一探测点和第二探测点之间的距离，m为所述第三探测点至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离，d₁为所述第一待测管道至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离，d₂为第二待测管道至所述第一探测点与第二探测点连线的中心点的距离；

将H_1cv和H_2cv相加，得到：

进而得到所述第二关系式：

5.如权利要求4所述的不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法，其特征在于，所述

6.如权利要求1所述的不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法，其特征在于，所述第二探测点设于所述第一探测点和第三探测点之间，或者，所述第三探测点设于所述第一探测点和第二探测点之间，或者，第一探测点设于所述第二探测点和第三探测点之间。

7.如权利要求1-6任一所述的不同埋深管道共存下杂散电流非接触式检测方法，其特征在于，利用磁饱和磁力仪探头对所述第一探测点、第二探测点和第三探测点进行探测得到磁场强度。