CN109085407B - 一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法 - Google Patents

一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力技术领域，具体涉及一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法。该方法为：停运待测范围内金属管线接地测试桩内的恒地电位仪；参比电极放置在金属管线附近地表的土壤内；采集器的公共端连接至参比电极，采集器测量通道用测试线连接相邻的金属管线接地桩，测量每个接地桩上的电压时序信号；依次测量后续多个接地桩；取其中一次测量为基准，以相邻两次测量的公共端信号为基准进行数据拟合，得到长距离管线的多个接地桩管地电压时序信号；分析判断金属管线电位的危害以及管线的电路属性。本发明的有益效果：成本低；测量效率高；测量方法和数据处理方法简单；测量结果准确。

Description

一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法
技术领域
本发明属于电力技术领域，具体涉及一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法。
背景技术
邻近交流输电线路的埋地金属管道，在线路正常运行时，线路电压和电流会通过磁耦合在管道上产生纵向感应电动势，使得金属管道的对地电压升高。一方面，该电压可能对维修或测量人员造成电击危害；另一方面，在管道防腐涂层漏点处，感应的交流电流泄露到大地中，造成管道的交流腐蚀。通常管道上交流腐蚀速率比直流腐蚀速率大很多，在很短的时间内便会使管道穿孔泄露，造成财产损失及人员伤亡。
高压交流输电线路发生故障时，在故障位置会有很大的瞬时电流，根据交流输电线路的等级不同，瞬时电流大小不等，电流大时能达到几万安培。故障电流入地会使地电位抬升，击穿附近埋地管道防腐层或管体，击伤管道上正在维护维修的工作人员；若防腐层有漏点，电流流入管道可能损害管道设施，如绝缘法兰、绝缘接头或恒电位仪等。
当埋地输油气管道与高压交流输电线路接近、交叉或平行时，交流输电线路对埋地管道的耦合影响分为三类：电感性耦合、电阻耦合和电容性耦合。
电感性耦合。导体中的电感性干扰来自或多或少与之相平行的导体中流过的交流电流。这一干扰的水平随着两导体之间距离和夹角的减小而增强，也随着土壤电阻率、通电导体中流过电流的幅值和频率的增加而增大。在稳态条件下，电感性干扰是主要干扰。在电力线路换位处或油气管线拐离共用走廊处，没有采取缓解措施的被感应金属线路(如油气管线)中的感应电压可达几百伏。电力线路中有几百安培的电流流过时，即使有很大的接地系统与之相连，被感应管线的电感性干扰电位仍可达几十伏。这一感应电压会对人员及设备产生危险。
阻性耦合。输电线路发生单相接地故障时，会有很大的故障电流经故障结构(包括线路杆塔和电站接地系统)流向大地，附近土壤的电位会升高。如果油气管线的防腐层的电阻率很高，这样感应管线和大地之间就存在电位差，这种电位差称作传导耦合干扰。传导耦合的大小受土壤电阻率的影响很大，传导耦合的幅值随着离开故障结构距离的增加而衰减，但是衰减的速度取决于土壤的结构。通常，油气管线将同时承受电感性耦合和传导性耦合。
电容性耦合。电容性耦合是交流输电线路和其平行的金属管道之间，由于静电场产生的。静电场引起管道电压升高，尤其当管道与交流输电线路平行较长距离是产生。这种现象只发生在管道建设期间，管道已在地面焊接好并做防腐处理，但是尚未下沟。一般通过临时的接地措施即可解决电容耦合的影响。如果管道埋于地中，电容性干扰就可以忽略不计。
高压输电线路对管道的交流干扰分为稳态干扰和故障干扰两类。稳态干扰情况下，如果在管道上感应电压超过一定值不但威胁人身安全，引起交流干扰腐蚀，甚至导致阴极保护系统运行无法工作。故障干扰情况下，当输电线路杆塔被雷击中时，通过杆塔接地电极，雷电流向大地散流，此时将在附近的管道及其绝缘层上产生不同的电势差。当超过绝缘层的耐受冲击电压时，会引起管道绝缘击穿。
埋地金属管道与高压输电线路相邻铺设时，相关管段上会产生交流干扰电压。管道感应的交流电压的大小，主要取决于输电线路不平衡电流的大小、平行于输电线路的管道长度、输电线路和管道之间的距离、管道绝缘层电阻和土壤电阻率等。因此，利用计算方法来确定埋地管道对地电位涉及到的因素较多，很难用一个公式完全表达，所以一般采用试验的方法。测量管道某点的对地电位，实际操作是测量管道某点与参比电极之间的电位差。现有的测量方法是将硫酸铜电极(即参比电极)放置在管道上方地表的潮湿土壤上，保证硫酸铜电极底部与土壤接触良好，将电压表的一端与管道测试桩连接，另一端与参比电极相连，调整合适量程后读出管地电位，由于油气管道的测试桩之间相距大概1公里左右，所以很难多个测试桩同时测量。另外电压表测量也无法获得各测试桩的管地电位的相位信息。在实际中，电力系统的负荷随时间变化导致输电线路的电流也在不断改变，从而影响在管道上产生的感应电压，现有的测量方法无法获得同一时刻管道沿线对地电压。
为了研究架空线路对油气管道的影响，还需要知道油气管道附近的地电位梯度的分布情况，而为了油气管道施工人员的人身安全，需要确定土壤电阻率、接触电压和跨步电压。现有的测量方法需要使用大型地网接地特性测量系统，存在仪器造价昂贵、使用条件苛刻等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、准确、高效、低成本的架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法，该方法包括：
S1：停运待测范围内金属管线接地测试桩内的恒地电位仪；
S2：参比电极放置在金属管线附近地表的土壤内；
S3：采集器的公共端连接至参比电极，所述采集器测量通道用测试线连接相邻的金属管线接地桩，测量每个接地桩上的电压时序信号；
S4：依次测量后续多个接地桩，以此方式测量输电线沿线金属管线各个接地桩的管地电压时序信号；
S5：取其中一次测量为基准，以相邻两次测量的公共端信号为基准进行数据拟合，得到长距离管线的多个接地桩管地电压时序信号；
S6：分析判断金属管线电位的危害以及管线的电路属性。
进一步的，输电线路与埋地金属管线平行或近似平行适用该方法。
进一步的，S1中的采集器为便携式多通道采集器；便携式多通道采集器使用公共端电位悬浮的电源供电。
进一步的，S2中的测试线为屏蔽测试线。
进一步的，所述S3中接地桩上的电压为埋地金属管线的电压。
进一步的，步骤S4中，依次测量时下一次测量选择上次测量的最后一个接地桩作为两次测量的共同测量接地桩。
本发明还提供另一种测量方法：一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法，该方法包括：
S1：停运待测范围内金属管线接地测试桩内的恒地电位仪；
S2：5个参比电极以十字形放置在金属管线附近地表的土壤内；其中，十字形的四个端点分别设置4个参比电极，十字中心设置1个参比电极；
S3：多通道采集器的公共端连接十字中心的参比电极作公共电位，十字端部的四个参比电极连接所述多通道采集器的四个通道；
S4：测量后计算得到金属管线垂直和平行方向地电位差，再分别除以垂直和平行方向两测量点间的距离，得地电位梯度。
进一步的，输电线路与埋地金属管线垂直或近似垂直适用该方法。
进一步的，S2中，4个端部电极距离十字中心为50m～100m的等间距设置。
进一步的，3个参比电极所在直线与埋地金属管线中心的水平距离≤2m。
与现有技术相比，本发明提供的一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法的优点在于：
(1)测量仪器为常用仪器，无需另外配置；
(2)测量效率高；
(3)测量方法和数据处理方法简单；
(4)测量结果准确；
(5)成本低。
附图说明
图1是本发明一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法实施例1测量方法示意图。
图2是本发明一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法实施例2参比电极布置示意图。
图3是本发明一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法实施例2测量方法示意图。
图4是本发明一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法实施例1测量数据与仿真结果对比图。
图5是本发明一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法实施例2测量的地电位梯度。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制发明的范围。
结合图1～图4，
一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法，该方法包括：
S1：停运待测范围内金属管线接地测试桩内的恒地电位仪；
S2：参比电极放置在金属管线附近地表的土壤内；
S3：采集器的公共端连接至参比电极，所述采集器测量通道用测试线连接相邻的金属管线接地桩，测量每个接地桩上的电压时序信号；
S4：依次测量后续多个接地桩，以此方式测量输电线沿线金属管线各个接地桩的管地电压时序信号；
S5：取其中一次测量为基准，以相邻两次测量的公共端信号为基准进行数据拟合，得到长距离管线的多个接地桩管地电压时序信号。
S6：分析判断金属管线电位的危害以及管线的电路属性。
进一步的，输电线路与埋地金属管线平行或近似平行适用该方法。
进一步的，S1中的采集器为便携式多通道采集器；便携式多通道采集器使用公共端电位悬浮的电源供电。
进一步的，S2中的测试线为屏蔽测试线。
进一步的，所述S3中接地桩上的电压为埋地金属管线的电压。
进一步的，步骤S4中，依次测量时下一次测量选择上次测量的最后一个接地桩作为两次测量的共同测量接地桩。
本发明还提供另一种测量方法：一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法，该方法包括：
S1：停运待测范围内金属管线接地测试桩内的恒地电位仪；
S2：5个参比电极以十字形放置在金属管线附近地表的土壤内；其中，十字形的四个端点分别设置4个参比电极，十字中心设置1个参比电极；
S3：多通道采集器的公共端连接十字中心的参比电极作公共电位，十字端部的四个参比电极连接所述多通道采集器的四个通道；
S4：测量后计算得到金属管线垂直和平行方向地电位差，再分别除以垂直和平行方向两测量点间的距离，得地电位梯度。
进一步的，输电线路与埋地金属管线垂直或近似垂直适用该方法。
进一步的，S2中，4个端部电极距离十字中心为50m～100m的等间距设置。
进一步的，3个参比电极所在直线与埋地金属管线中心的水平距离≤2m。
实施例1
参考图1和图4，
输电线路与埋地金属管线平行或近似平行时，一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法：
停运待测范围内金属管线接地测试桩内的恒地电位仪；
参比电极放置在金属管线附近地表的土壤内；
便携式四通道采集器的公共端连接至参比电极，便携式四通道采集器使用公共端电位悬浮的电源供电，便携式多通道采集器测量通道用屏蔽测试线连接相邻的金属管线接地桩，测量每个接地桩(C1～C4)上的电压时序信号；
依次测量后续多个接地桩，下一次测量选择上次测量的最后一个接地桩作为两次测量的共同测量接地桩，即第2次测量的测量点C5与第一次测量的测量点C4为同一个接地桩，第X次测量的测量点CX与上一次测量的测量点CX-1为同一个接地桩，以此方式测量输电线沿线金属管线各个接地桩的管地电压时序信号；
取其中一次测量为基准，以相邻两次测量的公共端信号为基准进行数据拟合，得到长距离管线的多个接地桩管地电压时序信号。
分析判断金属管线电位的危害以及管线的电路属性。
实施例2
参考图2、图3和图5，
输电线路与埋地金属管线垂直或近似垂直时，一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法：
停运待测范围内金属管线接地测试桩内的恒地电位仪。
5个参比电极以十字形放置在金属管线附近地表的土壤内；其中，十字形的四个端点分别设置4个参比电极，十字中心设置1个参比电极；4个端部电极距离十字中心为50m～100m的等间距设置；3个参比电极所在直线与埋地金属管线中心的水平距离≤2m。
多通道采集器的公共端连接十字中心的参比电极作公共电位，十字端部的四个参比电极连接所述多通道采集器的四个通道。
测量后计算得到金属管线垂直和平行方向地电位差，再分别除以垂直和平行方向两测量点间的距离，得地电位梯度。
1#、2#、3#4#参比电极的距0#参比电极等间距布置，其中1#参比电极和3#参比电极应与管道平行，电极间距宜为100m。当受到环境限制时可适当缩短，但应使电压表有明显的指示。1#参比电极，0#参比电极和3#参比电极所在直线与油气管道大致重合，0#～4#参比电极为5个饱和硫酸铜参比电极，1#～4#参比电极均距0#参比电极为50m，0#参比电极作为示波器的公共端，1#～4#参比电极接采集器4个通道，则U13＝U1-U3；U24＝U2-U4。1#参比电极，0#参比电极，3#参比电极，1’#参比电极，0’#参比电极，3’#参比电极，…，所在直线与油气管道大致重合，第一次测量0#～4#参比电极位置，第二次测量0’#～4’#参比电极位置，其中0#参比电极和1’#参比电极、3#参比电极和0’#参比电极重合，通过(相关系数)拟合U03和U1’0’，可以得到1#～4#参比电极对0#参比电极的电位差和波形，以及0’#、2’#、3’#和4’#参比电极对0#参比电极的电位差和波形，测量完整条管道后，可以得到所有测点对0的电位差和波形，也可以得到任何2点间电位差和波形，进而计算地电位梯度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法，该方法包括：
S1：停运待测范围内金属管线接地桩内的恒地电位仪；
S2：参比电极放置在金属管线附近地表的土壤内；
S3：采集器的公共端连接至参比电极，所述采集器测量通道用测试线连接相邻的金属管线接地桩，测量每个接地桩上的电压时序信号；所述的采集器为便携式多通道采集器；便携式多通道采集器使用公共端电位悬浮的电源供电；所述的测试线为屏蔽测试线；所述接地桩上的电压为埋地金属管线的电压；
S4：依次测量后续多个接地桩，依次测量时下一次测量选择上次测量的最后一个接地桩作为两次测量的共同测量接地桩，以此方式测量输电线沿线金属管线各个接地桩的管地电压时序信号；
S5：取其中一次测量为基准，以相邻两次测量的公共端信号为基准进行数据拟合，得到长距离管线的多个接地桩管地电压时序信号；
S6：分析判断金属管线电位的危害以及管线的电路属性。
2.根据权利要求1所述的一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法，其特征在于：输电线路与埋地金属管线平行或近似平行适用该方法。
3.一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法，该方法包括：
S1：停运待测范围内金属管线接地桩内的恒地电位仪；
S2：5个参比电极以十字形放置在金属管线附近地表的土壤内；其中，十字形的四个端点分别设置4个参比电极，十字中心设置1个参比电极；所述的四个端点处电极距离十字中心为50m～100m等间距设置；
所述的5个参比电极为0#参比电极和1#～4#参比电极；
S3：多通道采集器的公共端连接十字中心的参比电极作公共电位，十字端点的四个参比电极连接所述多通道采集器的四个通道；
所述的0#参比电极作公共端，1#～4#参比电极接多通道采集器的4个通道，则U13＝U1-U3；U24＝U2-U4；1#参比电极、0#参比电极、3#参比电极、1’#参比电极、0’#参比电极、3’#参比电极，在一条线上，并且与埋地金属管线大致重合；
第一次测量0#～4#参比电极位置，第二次测量0’#～4’#参比电极位置，其中0#参比电极和1’#参比电极重合、3#参比电极和0’#参比电极重合；
通过拟合U03和U1’0’，得到1#～4#参比电极对0#参比电极的电位差和波形，以及0’#参比电极、2’#参比电极、3’#参比电极和4’#参比电极对0#参比电极的电位差和波形，依次测量完整条埋地金属管线后，得到所有测点对0#参比电极的电位差和波形及得到任何2点间电位差和波形；
S4：测量后计算得到金属管线垂直和平行方向地电位差，再分别除以垂直和平行方向两测量点间的距离，得地电位梯度。
4.根据权利要求3所述的一种架空输电线路对埋地金属管线的电磁影响的测量方法，其特征在于：输电线路与埋地金属管线垂直或近似垂直适用该方法。
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