CN114089126A - 用于电网下方埋地管道安全评估的土壤击穿场强试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电网下方埋地管道安全评估的土壤击穿场强试验装置，采用土壤击穿场强试验装置进行试验来确定管道所在土壤的击穿场强，所述土壤击穿场强试验装置包括土壤容器、填充在土壤容器中的试验土壤、埋设于试验土壤中的埋地管道模型、插入试验土壤中的针电极，以及与针电极连接的雷电冲击电压发生器，通过雷电冲击电压发生器产生波头/波尾时间为1.2/50us的负极性冲击电压波形，并经过针电极施加到试验土壤，所述针电极连接有分压器，分压器连接示波器。本发明采用土壤击穿场强试验装置对不同电阻率的土壤进行了冲击试验，得到的土壤平均击穿场强，以进一步结合接地体地电位升，来判断土壤放电通道是否会到达管道处。
Description
本发明申请是基于申请人于2021年9月28日提交的中国专利号2021111412522，专利名称电网在雷击或接地短路故障条件下管道安全评估方法提出的分案申请。
技术领域
本发明涉及电力工程技术，具体涉及输电网对管道安全的影响评估技术。
背景技术
电网在雷击或接地短路故障条件下，对管道产生的威胁分为两种方式：
(1)大幅值的入地电流使杆塔接地体周围的土壤被击穿，电弧的放电通道到达管道表面，直接对管道造成威胁。
(2)雷击和接地故障条件下，管道防腐层外的土壤和管道内壁的金属之间存在较大的电位差，若防腐层电压过高，可能会使防腐层被击穿。
综上所述，为了评估管道是否安全，需从两方面进行评价：
(1)土壤放电通道是否会到达管道处，可结合接地体地电位升和土壤击穿场强来判断；
(2)防腐层电压是否超过防腐层的耐受值，具体又包括防腐层的冲击耐压值和工频耐压值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种用于电网下方埋地管道安全评估的土壤击穿场强试验装置，通过进行试验来确定管道所在土壤的击穿场强。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：用于电网下方埋地管道安全评估的土壤击穿场强试验装置，采用土壤击穿场强试验装置进行试验来确定管道所在土壤的击穿场强，所述土壤击穿场强试验装置包括土壤容器、填充在土壤容器中的试验土壤、埋设于试验土壤中的埋地管道模型、插入试验土壤中的针电极，以及与针电极连接的雷电冲击电压发生器，通过雷电冲击电压发生器产生波头/波尾时间为1.2/50us的负极性冲击电压波形，并经过针电极施加到试验土壤，所述针电极连接有分压器，分压器连接示波器。
优选的，埋地管道模型使用直径3cm的空心钢管，针电极为直径15mm的铜棒，土壤容器为1m×1m×3m的木质长方体箱，试验土壤的电阻率通过均匀加水和加盐来改变。
优选的，采用锡箔包裹埋地管道模型，若试验土壤被击穿并对管道模型放电，锡箔上会出现熔融的孔洞，以此断定击穿是否发生，击穿电压波形由示波器显示和保存。
本发明采用的技术方案，采用土壤击穿场强试验装置对不同电阻率的土壤进行了冲击试验，得到的土壤平均击穿场强，以进一步结合接地体地电位升，来判断土壤放电通道是否会到达管道处。
本发明采用的具体技术方案及其带来的有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图中予以详细的揭露。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为土壤击穿场强试验装置的试验原理图；
图2为冲击耐压试验装置的试验原理图；
图3为工频耐压试验装置的试验原理图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
为了评估管道是否安全，首先就需要通过试验来确定土壤的击穿场强，防腐层的冲击耐压值以及防腐层的工频耐压值。
电网在雷击或接地短路故障条件下管道安全评估方法，包括如下步骤：
通过试验来确定管道所在土壤的击穿场强；
通过试验来确定管道防腐层的冲击耐压值以及防腐层的工频耐压值；
最后，结合接地体地电位升和土壤击穿场强来判断土壤放电通道是否会到达管道处，根据防腐层的冲击耐压值和工频耐压值确定防腐层电压是否超过防腐层的耐受值。
由于最后一个步骤现有技术已有记载，本实施方式主要通过试验来确定土壤的击穿场强，防腐层的冲击耐压值以及防腐层的工频耐压值。
土壤击穿场强的确定
当线路遭受雷击或发生接地短路故障时，会有大电流流过杆塔的接地装置，使杆塔接地体附近的土壤被击穿。由于雷电流的幅值可能高达上百千安，相比于工频接地短路的情况，具有更远的土壤击穿放电距离，因此主要考虑雷击条件下，电弧的放电通道会不会发展到达管道处。
采用土壤击穿场强试验装置进行试验来确定管道所在土壤的击穿场强，如图1所示，土壤击穿场强试验装置包括土壤容器、填充在土壤容器中的试验土壤、埋设于试验土壤中的埋地管道模型、插入试验土壤中的针电极，以及与针电极连接的雷电冲击电压发生器，通过雷电冲击电压发生器产生波头/波尾时间为1.2/50us的负极性冲击电压波形，并经过针电极施加到试验土壤，所述针电极连接有分压器，分压器连接示波器。
其中，埋地管道模型使用直径3cm的空心钢管，针电极为直径15mm的铜棒，端部采用倒角处理；试验土壤使用砂质土壤，盛装在一1m×1m×3m的木质长方体箱内，土壤的电阻率可以通过均匀加水和加盐来改变。
为了确信针电极击穿土壤对管道放电，采用锡箔包裹埋地管道，这样若土壤被击穿并对管道放电，锡箔上就会有熔融的孔洞，以此可断定击穿是否发生；击穿电压波形由示波器显示和保存。
通过土壤击穿场强试验装置对不同电阻率的土壤进行了冲击试验，得到的土壤平均击穿场强。
防腐层的冲击耐压试验
采用冲击耐压试验装置进行试验来确定管道防腐层的冲击耐压值，如图2所示，冲击耐压试验装置包括高压冲击电压发生器、容纳有绝缘油的试验容器、管道防腐层试片、电极、分压器、与分压器连接的示波器，管道防腐层试片放置于绝缘油中，电极插入绝缘油中与管道防腐层试片接触，并且电极连接高压冲击电压发生器和分压器。
在实验室中，采用高压冲击电压发生器对管道防腐层试品施加负极性雷电冲击电压。通过调整回路中的参数，使得施加在管道防腐层试品上的电压波形为1.2/50μs的标准负极性雷电压波形。实验中的试品材料是从实际管道上进行切割加工而成，试片的直径约为10cm，形状近似为圆盘(略有弧度)。圆盘的底座部分为管道的金属管壁，厚度约为6～8mm，金属底座的表面即为管道的防腐层涂层。
采用上述冲击耐压试验装置对不同厚度的防腐层开展耐压试验，得到对应的冲击耐压值。
防腐层的工频耐压试验
采用工频耐压试验装置进行试验来确定管道防腐层的工频耐压值，如图3所示，工频耐压试验装置包括工频电压源、管道防腐层试片、电极、容纳有绝缘油的试验容器、分压器、与分压器连接的示波器，管道防腐层试片放置于绝缘油中，电极插入绝缘油中与管道防腐层试片接触，并且电极连接工频电压源和分压器。
在实验室中，利用工频电源对管道防腐层试品施加电压，采用分压比为10000:1的分压器，通过同轴电缆，将电压信号传输至示波器，实现对试品两端工频电压的测量。
采用上述的工频耐压试验装置，对不同厚度的防腐层开展耐压试验，得到对应的工频耐压值。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (3)
1.用于电网下方埋地管道安全评估的土壤击穿场强试验装置，采用土壤击穿场强试验装置进行试验来确定管道所在土壤的击穿场强，其特征在于，所述土壤击穿场强试验装置包括土壤容器、填充在土壤容器中的试验土壤、埋设于试验土壤中的埋地管道模型、插入试验土壤中的针电极，以及与针电极连接的雷电冲击电压发生器，通过雷电冲击电压发生器产生波头/波尾时间为1.2/50us的负极性冲击电压波形，并经过针电极施加到试验土壤，所述针电极连接有分压器，分压器连接示波器。
2.根据权利要求1所述的用于电网下方埋地管道安全评估的土壤击穿场强试验装置，其特征在于：埋地管道模型使用直径3cm的空心钢管，针电极为直径15mm的铜棒，土壤容器为1m×1m×3m的木质长方体箱，试验土壤的电阻率通过均匀加水和加盐来改变。
3.根据权利要求2所述的用于电网下方埋地管道安全评估的土壤击穿场强试验装置，其特征在于：采用锡箔包裹埋地管道模型，若试验土壤被击穿并对管道模型放电，锡箔上会出现熔融的孔洞，以此断定击穿是否发生，击穿电压波形由示波器显示和保存。
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