CN111856109A - 埋地管道电位升实验系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种埋地管道电位升实验系统，包括短路电流产生装置、接地装置、第一示波器、实验管道和第二示波器。所述短路电流产生装置用于产生短路电流，所述接地装置与所述短路电流产生装置的输出端电连接。所述第一示波器与所述接地装置电连接，用于显示所述接地装置的电压信号。所述第二示波器电连接于所述接地装置和所述实验管道之间，用于显示所述接地装置和所述实验管道之间的电压信号。本申请提供的埋地管道电位升实验系统通过计算可以得到所述实验管道的电位升，能够对仿真计算结果进行验证。

Description

埋地管道电位升实验系统

技术领域

本申请涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种埋地管道电位升实验系统。

背景技术

随着我国经济的持续高速增长，对各类能源的需求不断增大，尤其是电力能源以及石油、天然气等化石能源。由于我国人口分布和能源分布不平衡，需要将电力能源和化石能源进行远距离的输送，因此，高压输电线路和输油输气管道都在快速建设发展中。高压输电线路与埋地的输油输气管道在城市建设中受限于稀缺的土地资源，两者在传输路径的选择上通常较为相似。高压输电线路的接地装置与埋地的输油输气管道之间的间隔距离往往不满足安全间隔距离的要求。当高压输电线路发生短路故障时，短路电流会通过接地装置入地，在靠近接地装置的输油输气管道上会感应到耦合电压，即，输油输气管道上会有电位升。电位升过高会对输油输气管道造成一定的危害。

传统技术中，可以通过仿真计算方法计算输油输气管道上电位升，来判断电位升是否在安全范围内。然而，工作人员无法判断通过仿真计算方法计算的电位升是否准确，因此，需要一种埋地管道电位升实验系统测量输油输气管道的电位升，以验证仿真计算结果。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种埋地管道电位升实验系统。

一方面，本申请实施例提供了一种埋地管道电位升实验系统，包括：

短路电流产生装置，用于产生短路电流；

接地装置，与所述短路电流产生装置的输出端电连接；

第一示波器，与所述接地装置电连接，用于显示所述接地装置的电压信号；

实验管道；

第二示波器，电连接于所述接地装置和所述实验管道之间，用于显示所述接地装置和所述实验管道之间的电压信号。

在其中一个实施例中，还包括：

电流测量装置，所述短路电流产生装置包括输出端和回流端，所述电流测量装置与所述短路电流产生装置的输出端或所述短路电流产生装置的回流端电连接。

在其中一个实施例中，所述电流测量装置包括：

罗氏线圈，设置于所述短路电流产生装置的输出端或所述电流产生装置的回流端，用于感应所述短路电流产生装置产生的所述短路电流；

电流测量组件，与所述罗氏线圈电连接。

在其中一个实施例中，还包括：

第三示波器，与所述罗氏线圈电连接，用于显示短路电流信号。

在其中一个实施例中，还包括：

回流极，与所述接地装置间隔设置，且与所述短路电流产生装置的回流端电连接。

在其中一个实施例中，所述回流极为金属圆环。

在其中一个实施例中，还包括：

回流铜排，电连接于所述回流极与所述短路电流产生装置之间。

在其中一个实施例中，还包括：

环形夹具，夹设于所述第二示波器和所述实验管道。

在其中一个实施例中，还包括：

架空铜排，电连接于所述短路电流产生装置和所述接地装置之间。

在其中一个实施例中，所述接地装置的接地体的材料为镀锌圆钢、铜包钢或石墨。

本申请实施例提供的埋地管道电位升实验系统包括短路电流产生装置、接地装置、第一示波器、实验管道和第二示波器。所述短路电流产生装置用于产生短路电流。所述第一示波器与所述接地装置电连接，所述第二示波器电连接于所述接地装置和所述金属管道之间。本申请实施例提供的所述埋地管道电位升实验系统根据所述第一示波器可以确定所述接地装置的电压值，根据所述第二示波器可以确定所述接地装置和所述金属管道之间的电压值，根据这两个电压值可以确定所述实验管道的电位升，从而可以与通过仿真计算方法得到的电位升进行对比，以验证通过仿真计算得到的电位升的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，对于本领域不同技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例提供的埋地管道电位升实验系统的结构示意图；

图2为本申请一个实施例提供的埋地管道电位升实验系统的结构示意图；

图3为本申请一个实施例提供的埋地管道电位升实验系统的结构示意图；

图4为本申请一个实施例提供的埋地管道电位升实验系统的结构示意图；

图5为本申请一个实施例提供的埋地管道电位升实验系统的结构示意图。

附图标记说明：

10、埋地管道电位升实验系统；

100、短路电流产生装置；

110、架空铜排；

120、回流铜排；

200、接地装置；

300、第一示波器；

400、实验管道；

500、第二示波器；

600、电流测量装置；

610、罗氏线圈；

620、电流测量组件；

630、第三示波器；

700、回流极；

800、环形夹具。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

本申请提供的埋地管道电位升实验系统用于模拟实际场景中短路电流置入地底，对输油输气管道的电位升的影响，以对实际环境中输油输气管道的电位升的仿真计算结果进行验证。输油输气管道的电位升是由于在高压输电线路发生短路故障时，短路电流会通过高压输电线路的接地装置入地，靠近高压输电线路的接地装置的输油输气管道会感应到耦合电压，输油输气管道上会产生电位升。本申请提供的埋地管道电位升实验系统通过模拟实际环境中短路电流对输油输气管道造成的电位升现象，计算埋地管道的电位升，对仿真计算结果进行验证

请参见图1，本申请一个实施例提供一种埋地管道电位升实验系统10，所述埋地管道电位升实验系统10包括短路电流产生装置100、接地装置200、第一示波器300、实验管道400和第二示波器500。

所述短路电流产生装置100用于产生短路电流，所述短路电流产生装置100包括输出端和回流端。在本实施例中，通过所述短路电流产生装置100产生的所述短路电流来模拟实际场景中高压输电线路发生短路时的电流。所述短路电流是指在电力系统中，相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接(即短路)时流过的电流。高压输电线路分别由A、B和C三相，在A相和B相之间发生短路时会产生电流，该电流的电流值远远大于额定电流值，并且，该电流的大小还与输电线路发生短路的点距离电源的电气距离有关。短路电流的性质与普通电流的性质十分相似，因此，使用所述短路电流产生装置100产生的所述短路电流的电流值与实际场景中输电线路发生短路时的电流值可以相同，也可以不同，即，使用所述短路电流产生装置100产生的所述短路电流的电流值可以比实际场景中的短路电流的电流值小。本实施例对所述短路电流产生装置100的具体结构不作任何限制，只要能够实现其功能即可。在一个具体的实施例中，所述短路电流产生装置100为工频电压控制台，利用工频电压控制台可以产生频率在45Hz-55Hz范围内，电流值为50安培的短路电流。

所述接地装置200与所述短路电流产生装置100的输出端电连接，在本实施中，使用所述接地装置200模拟实际场景中的高压输电线路的杆塔接地装置。所述接地装置200可以包括接地体和接地线，接地极是指埋入地底并直接与大地接触的金属导体，接地线是指连接电力设备应接地部位接地体之间的金属导体，也称接地引下线。所述短路电流产生装置100的输出端与所述接地装置200的接地引下线电连接，产生的所述短路电流通过所述接地装置200入地。本实施例对所述接地装置200的具体结构和导体材料等不作任何限制，只要能够实现其功能即可。

所述第一示波器300与所述接地装置200电连接，用于显示所述接地装置200的电压信号。具体的，所述第一示波器300与所述接地装置200在地上的注流点电连接，即，所述短路电流输入所述接地装置200的接地引下线靠近接地体的一端。示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，示波器能够把肉眼看不见的电信号变换成可以看得见的图像，以便于使用者研究各种电现象的变换过程。示波器利用狭窄的，由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等。所述接地装置200的电压信号的幅值会随着时间的变化而变化，使用所述第一示波器300可以显示出所述接地装置200的电压信号的波形曲线。使用者根据所述第一示波器300得波形曲线可以得到所述接地装置200的电压值。在一个具体的实施例中，若所述接地装置200的电压值较高，则可以在所述第一示波器300和所述接地装置200之间连接分压器，利用分压器将高电压值变换为低电压值，在使用所述第一示波器300显示通过分压器后的电压信号，使用者根据第一示波器300以及分压器的分压比可以得到所述接地装置200的电压值。分压器的使用可以避免输入所述第一示波器300的电压信号的电压值超过所述第一示波器300的最大量程，对所述第一示波器300造成损伤。

使用时，所述实验管道400埋设于地底，与所述接地装置200间隔设置。所述实验管道400与所述接地装置200之间间隔的大小可以与实际场景中输油输气管道与高压输电线路的杆塔接地装置之间的间隔相同，也可以成等比关系，即将输油输气管道与高压输电线路的杆塔接地装置之间的间隔大小等比缩小设置为所述实验管道400与所述接地装置200之间间隔的大小。所述实验管道400为金属管道。本实施例对所述实验管道400与所述接地装置200之间间隔的大小不作任何限制，且对所述实验管道400的材料和长度等不作任何限制。在一个具体的实施例中，所述实验管道400可以采用实际场景中常用的钢制金属管道，所述实验管道400的长度根据实验场地的大小进行选择。

所述第二示波器500电连接于所述接地装置200和所述实验管道400之间，用于显示所述接地装置200和所述实验管道400之间的电压信号。所述第二示波器500与所述接地装置200的连接可以是所述第二示波器500与所述接地装置200的注流点电连接。对于所述第二示波器500的具体描述可以参考上述对所述第一示波器300的描述，在此不再赘述。

本申请实施例提供的埋地管道电位升实验系统10的工作原理如下：

在本实施例中，使用所述短路电流产生装置100产生的短路电流和所述接地装置200模拟实际场景中的高压输电线路发生后短路故障时产生的短路电流和高压输电线路的杆塔接地装置，使用所述金属管道400模拟实际场景中的输油输气管道。使用所述第一示波器300显示所述接地装置200的电压信号，使用所述第二示波器500显示所述接地装置200和所述金属管道400之间的电压信号。根据所述第一示波器300可以确定所述接地装置200的电压值，根据所述第二示波器500可以确定所述接地装置200和所述金属管道400之间的电压值。根据所述接地装置200的电压值和所述接地装置200和所述金属管道400之间的电压值之间的差值可以确定所述金属管道400的电位升，将其与仿真计算结果进行对比，可以验证仿真计算结果的准确性。

本申请实施例提供的埋地管道电位升实验系统10包括短路电流产生装置100、接地装置200、第一示波器300、实验管道400和第二示波器500。所述短路电流产生装置100用于产生短路电流。所述第一示波器300与所述接地装置200电连接，所述第二示波器500电连接于所述接地装置200和所述金属管道400之间。本申请实施例提供的所述埋地管道电位升实验系统10根据所述第一示波器300可以确定所述接地装置200的电压值，根据所述第二示波器500可以确定所述接地装置200和所述金属管道400之间的电压值，根据这两个电压值可以确定所述实验管道400的电位升，从而可以与通过仿真计算方法得到的电位升进行对比，以验证通过仿真计算得到的电位升的准确性。并且，根据所述实验管道400的电位升能够为输油输气管道制定切实可行的防护措施，提高电力系统的安全性。

请参见图2，在一个实施例中，所述埋地管道电位升实验系统10还包括回流极700。所述回流极700与所述接地装置200间隔设置，且与所述短路电流产生装置100的回流端连接。所述回流极700需要设置在所述接地装置200的接地网的范围外，所述回流极700与所述接地装置200之间的间隔的大小与所述接地装置200的接地网范围相关，若接地网范围较大，则所述回流极700与所述接地装置200之间的间隔较大，反之，间隔较小。这样可以防止所述回流极700的设置对所述接地装置200的电压产生影响。所述短路电流输出所述接地装置200后，所述回流极700通过土壤可以接收到所述短路电流，所述短路电流通过回流极700返回至所述短路电流产生装置100中，这样可以形成一个回路，能够防止进入地面的所述短路电流在地面传输，对工作人员造成伤害，并且将所述短路电流回流至所述短路电流产生装置100，可以重复使用，能够节省能源。本实施例对所述回流极700的具体结构和材料等不作任何限制，只要能够实现其功能即可。在一个具体的实施例中，所述回流极700可以是一组并联成阵列的金属杆。

在一个实施例中，所述回流极700为金属圆环。金属圆环的所述回流极700环绕设置于所述接地装置200四周。通常所述接地装置200的接地网是以所述接地装置200为中心向四周扩散的，因此，使用金属圆环型的所述回流极700可以更好的使置入所述接地装置200的所述短路电流回流，从而能够提高所述埋地管道电位升实验系统10的安全性。

请继续参见图2，在一个实施例中，所述埋地管道电位升实验系统10还包括电流测量装置600。所述电流测量装置600与所述短路电流产生装置100的输出端电连接，可以测量所述短路电流产生装置100输出的所述短路电流的电流值。所述电流测量装置600与所述短路电流产生装置100的回流端电连接，可以测量所述回流极700回流至所述短路电流产生装置100的短路电流的电流值。所述短路电流产生装置100、所述接地装置200和所述回流极700会形成一个回路，则所述短路电流产生装置100的输出端和所述短路电流产生装置100的回流端的电流值是相同的，则所述电流测量装置600检测所述短路电流产生装置100产生的所述短路电流时，可以与所述短路电流产生装置100的输出端电连接，也可以与所述短路电流产生装置100的回流端电连接。所述电流测量装置600可以是电流检测仪等其他可以检测电流值的器件。本实施例对所述电流测量装置600的种类不作任何限制，只要能够实现其功能即可。在本实施例中，使用电流测量装置600可以验证所述短路电流产生装置100产生的所述短路电流是否符合要求，从而提高了所述埋地管道电位升实验系统10的可靠性。在一个具体的实施例中，根据所述第一示波器300确定的所述接地装置200的电压值和所述电流测量装置600检测的所述短路电流的电流值的比值，可以得到所述接地装置200的接地电阻。

请参见图3，在一个实施例中，所述电流测量装置600包括罗氏线圈610和电流测量组件620。

所述罗氏线圈610设置于所述短路电流产生装置100的输出端或所述短路电流产生装置100的回流端，用于感应所述短路电流产生装置100产生的所述短路电流。所述罗氏线圈610又叫电流测量线圈，是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。所述罗氏线圈610的工作原理是线圈骨架围绕被测导体，导体周围的磁场会随着导体中电流的改变而改变，骨架上的漆包线会因此感应出电动势，根据数学推导，可以得到电流值。一个完整的所述罗氏线圈610应该包括一个线圈和一个积分器。所述罗氏线圈610不含铁磁性材料，无磁滞效应，相位误差几乎为零；无磁饱和现象，可以测量数安培到数倍千安培范围内的电流值。并且所述罗氏线圈610的结构简单，与所述短路电流产生装置100的输出端或者所述短路电流产生装置100的回流端没有直接的连接。所述罗氏线圈610具有测量范围宽、精度高和稳定可靠等优点。

请继续参见图3，在一个实施例中，所述埋地管道电位升实验系统10还包括架空铜排110。所述架空铜排110电连接于所述短路电流产生装置100和所述接地装置200之间。铜排又称铜母排或铜汇流排，是由铜材质制作的，截面为矩形或倒角(圆角)矩形的长导体，在电路中起输送电流和连接电气设备的作用。将铜排架空，可以防止所述短路电流经过铜排置入地，影响所述第一示波器300显示的所述接地装置200的电压信号和所述第二示波器500显示的所述接地装置200和所述金属管道400之间的电压信号。所述罗氏线圈610设置于所述短路电流产生装置100的输出端，即，所述罗氏线圈610套设在所述架空铜排110上，与所述架空铜排110不直接连接。在一个具体的实施例中，所述架空铜排110使用圆角铜排，可以避免产生尖端放电。

请继续参见图3，在一个实施例中，所述埋地管道电位升系统10还包括回流铜排120，所述回流铜排120电连接于所述回流极700与所述短路电流产生装置100之间，即，所述回流极700通过所述回流铜排120与所述短路电流产生装置100电连接。所述罗氏线圈610设置于所述短路电流产生装置100的回流端，即，所述罗氏线圈610套设在所述回流铜排120上，与所述回流铜排120不直接连接。对所述回流铜排120的具体描述可以参考对所述架空铜排110的描述，在此不再赘述。

所述电流测量组件620与所述罗氏线圈610电连接，用于检测所述短路电流。所述电流测量组件620可以是直流电流表等可以检测电流的器件。本实施例对所述电流测量组件620的种类等不作任何限制，使用者可以根据实际需求自行选择。在一个具体的实施例中，可以在所述电流测量组件620和所述罗氏线圈610之间连接分流器，利用分流器可以对所述短路电流进行分流，在使用所述电流测量组件620测量时，可以防止电流值超过所述电流测量组件620的最大量程，对所述电流测量组件620造成损伤。

请参见图4，在一个实施例中，所述埋地管道电位升实验系统10还包括第三示波器630。所述第三示波器630与所述罗氏线圈610电连接，用于显示短路电流信号。所述短路电路信号的幅值会随着时间的变换而变化，则使用所述第三示波器630可以显示出所述短路电路信号的波形曲线。使用者根据所述第一示波器300的波形曲线可以得到所述短路电流的电流值。对于所述第三示波器630的具体描述可以参考上述实施例中对所述第一示波器300的描述，在此不再赘述。

请参见图5，在一个实施例中，所述埋地管道电位升实验系统10还包括环形夹具800。所述环形夹具800夹设于所述第二示波器500和所述实验管道400，用于将所述第二示波器500和所述实验管道400紧密连接。所述环形夹具800采用金属材质，通过所述环形夹具800可以实现所述第二示波器500和所述实验管道400电连接。在本实施例中，使用金属材质的所述环形夹具800既可以保证所述第二示波器500和所述实验管道400的电连接，也可以使其连接更加紧密，能够防止在实验过程中所述第二示波器500和所述实验管道400断开，能够提高所述埋地管道电位升实验系统10的可靠性。

在一个实施例中，所述接地装置200的接地体的材料为镀锌圆钢、铜包钢或石墨。使用者可以根据实际需求选择镀锌圆钢、铜包钢和石墨中的任意一种。其中，铜包钢材料的接地体防腐性能较好，适用于环境湿润、盐碱、酸性土壤等特别的环境，石墨属于非金属导电体，不生锈、耐高低温、接地电阻稳定、使用不受环境、气候条件的限制，且无需电气焊、省时省工，能够缩短施工周期。

以上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申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种埋地管道电位升实验系统，其特征在于，包括：

短路电流产生装置，用于产生短路电流；

接地装置，与所述短路电流产生装置的输出端电连接；

第一示波器，与所述接地装置电连接，用于显示所述接地装置的电压信号；

实验管道；

第二示波器，电连接于所述接地装置和所述实验管道之间，用于显示所述接地装置和所述实验管道之间的电压信号。

2.根据权利要求1所述的埋地管道电位升实验系统，其特征在于，还包括：

电流测量装置，所述短路电流产生装置包括输出端和回流端，所述电流测量装置与所述短路电流产生装置的输出端或所述短路电流产生装置的回流端电连接。

3.根据权利要求2所述的埋地管道电位升实验系统，其特征在于，所述电流测量装置包括：

罗氏线圈，设置于所述短路电流产生装置的输出端或所述短路电流产生装置的回流端，用于感应所述短路电流产生装置产生的所述短路电流；

电流测量组件，与所述罗氏线圈电连接。

4.根据权利要求3所述的埋地管道电位升实验系统，其特征在于，还包括：

第三示波器，与所述罗氏线圈电连接，用于显示短路电流信号。

5.根据权利要求1所述的埋地管道电位升实验系统，其特征在于，还包括：

回流极，与所述接地装置间隔设置，且与所述短路电流产生装置的回流端电连接。

6.根据权利要求5所述的埋地管道电位升实验系统，其特征在于，所述回流极为金属圆环。

7.根据权利要求5所述的埋地管道电位升实验系统，其特征在于，还包括：

回流铜排，电连接于所述回流极与所述短路电流产生装置之间。

8.根据权利要求1所述的埋地管道电位升实验系统，其特征在于，还包括：

环形夹具，夹设于所述第二示波器和所述实验管道。

9.根据权利要求1所述的埋地管道电位升实验系统，其特征在于，还包括：

架空铜排，电连接于所述短路电流产生装置和所述接地装置之间。

10.根据权利要求1所述的埋地管道电位升实验系统，其特征在于，所述接地装置的接地体的材料为镀锌圆钢、铜包钢或石墨。

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