油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統及方法
【專利摘要】本發明油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統及方法涉及一種用于緩解油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾的系統及方法。其目的是為了提供一種經濟有效的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統及方法。本發明中的緩解系統包括緩解地床(1)、電纜(2)、智能雙向強制排流器(3)和控制參比電極(4)。本發明中的緩解方法包括如下步驟：(1)對油氣長輸管道和高壓/特高壓直流輸電系統的接地極進行現場調研；(2)測試油氣長輸管道的管地電位偏移量；(3)根據測試結果，在管地電位偏移量較大位置安裝緩解系統；(4)緩解系統安裝完畢后，進行開機前的檢查，確認無誤后，啟動智能雙向強制排流器。
【專利說明】
油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及油氣長輸管道領域，特別是涉及一種用于緩解油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾的系統及方法。
【背景技術】
[0002]隨著“一帶一路”、“京津冀協同發展”以及“長江經濟帶”等一系列國家重大戰略的提出，石油天然氣管道、高壓/特高壓直流輸電線路步入了大規模建設時期。與高壓交流輸電線路不同，高壓/特高壓直流輸電系統包含直流接地極，且有雙極運行和單極運行兩種運行方式。
[0003]通常情況下，高壓/特高壓直流輸電系統采用雙極運行。雙極運行方式是利用正負兩極導線和兩端換流站的正負兩極相連，構成直流回路。正常運行時，直流電流的路徑為正負兩根極線。但實際運行中，正負兩極線中的電流大小往往存在一定的差異，從而導致部分電流從正向接地極經過大地流回負向接地極。若接地極附近存在油氣長輸管道，則會對管道造成直流干擾。當高壓/特高壓直流輸電線路發生故障時，則會自動開啟單極運行模式。在單極運行情況下，一根導線和大地構成直流的單極回路。這種方式下大地相當于直流輸電線路的一根導線，流經它的電流為直流輸電工程的運行電流，因此入地雜散電流數值是輸電線路中的輸出電流，在實際過程中該電流可達數千安培。該電流對油氣長輸管道的影響強度大、影響范圍廣，嚴重影響埋地管道陰極保護系統的正常運行，極大增加了油氣長輸管道防腐層剝離、氫脆、腐蝕泄露甚至爆炸等風險。因此，油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾的緩解刻不容緩。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種經濟有效的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統及方法，從而降低油氣長輸管道直流干擾風險，提高油氣長輸管道及附近高壓/特高壓直流輸電系統等公共設施的安全性，打造出綠色環保、舒適安全的能源通道。
[0005]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，包括緩解地床、電纜、智能雙向強制排流器和控制參比電極，所述緩解地床通過電纜與智能雙向強制排流器的陽極接線柱連接，所述油氣長輸管道通過電纜與智能雙向強制排流器的陰極接線柱連接，所述控制參比電極通過電纜與智能雙向強制排流器的控制參比電極接線柱連接，所述智能雙向強制排流器的零位接陰接線柱通過電纜與零位接陰連接。
[0006]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，其中所述緩解地床的形式為水平鋅帶地床、分布式地床、深井地床或接地網。
[0007]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，其中所述緩解地床的材料為鋅陽極、鎂陽極、鍍鋅扁鐵或廢鋼管。
[0008]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，其中所述控制參比電極設為3個，所述智能雙向強制排流器的控制參比電極接線柱也設為3個，3個控制參比電極分別通過電纜與3個控制參比電極接線柱一一對應連接。
[0009]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，其中所述控制參比電極的電位波動幅值不超過± 5mV。
[0010]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解方法，包括如下步驟:
[0011](I)對油氣長輸管道和高壓/特高壓直流輸電系統的接地極進行現場調研，弄清接地極和管道之間的相對位置、周圍環境、接地極工作參數、管道基礎資料及其干擾情況；
[0012](2)測試油氣長輸管道的管地電位偏移量；
[0013](3)根據測試結果，在管地電位偏移量較大位置安裝權利要求1-5任一項所述的緩解系統；
[0014](4)所述緩解系統安裝完畢后，進行開機前的檢查，確認無誤后，啟動智能雙向強制排流器，緩解系統進入正常運行狀態。
[0015]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解方法，其中所述步驟(3)中，所述緩解系統在安裝時，選定緩解地床的形式和材料后，根據步驟(I)的調研結果，對油氣長輸管道和接地極進行數學建模和物理建模，利用數值模擬計算技術開展高壓/特高壓直流干擾的緩解設計，從而確定緩解地床的數量和具體安裝位置，根據高壓/特高壓直流干擾的緩解設計結果，選取電纜和智能雙向排流器型號。
[0016]本發明油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統及方法填補了目前國內外高壓/特高壓直流干擾緩解領域的空白，且緩解效率高，經濟可行，對于確保油氣長輸管道及附近高壓/特高壓直流輸電系統等公共設施的安全具有非常重要的意義。同時，也能緩解高壓/特高壓直流輸電工程建設與油氣長輸管道建設之間的矛盾。
[0017]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統的結構示意圖；
[0019]圖2為本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統安裝位置的選取示意圖(輸電系統接地極處于受干擾管道的絕緣裝置一側)；
[0020]圖3為本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統安裝位置的選取示意圖(輸電系統接地極處于受干擾管道的中間段)。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統包括緩解地床1、電纜2、智能雙向強制排流器3和控制參比電極4，所述緩解地床I通過電纜2與智能雙向強制排流器3的陽極接線柱8連接，所述油氣長輸管道通過電纜2與智能雙向強制排流器3的陰極接線柱6連接，所述控制參比電極4通過電纜2與智能雙向強制排流器3的控制參比電極接線柱5連接，所述智能雙向強制排流器3的零位接陰接線柱7通過電纜2與零位接陰連接。
[0022]為了確保緩解系統的安全性，電纜2的額定負載電流必須超過高壓/特高壓直流輸電系統接地極放電時緩解地床I的最大輸出電流。
[0023]所述緩解地床I的形式為水平鋅帶地床、分布式地床、深井地床或接地網。所述緩解地床I的材料為鋅陽極、鎂陽極、鍍鋅扁鐵或廢鋼管。
[0024]所述控制參比電極4設為3個，所述智能雙向強制排流器3的控制參比電極接線柱5也設為3個，3個控制參比電極4分別通過電纜2與3個控制參比電極接線柱5——對應連接。所述控制參比電極4的電位波動幅值不超過± 5mV，壽命在20年以上。
[0025]由于高壓/特高壓直流輸電系統接地極放電方向的不確定性，導致受干擾管段某一位置既可能發生正向偏移也可能發生負向偏移。為了確保管道對地電位一直能處于安全范圍內，智能雙向強制排流器3可以根據電位反饋情況自動進行正向和負向雙向輸出。
[0026]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解方法，包括如下步驟:
[0027](I)對油氣長輸管道和高壓/特高壓直流輸電系統的接地極進行現場調研，弄清接地極和管道之間的相對位置、周圍環境、接地極工作參數、管道基礎資料及其干擾情況；
[0028](2)測試油氣長輸管道的管地電位偏移量；
[0029](3)根據測試結果，在管地電位偏移量較大位置安裝本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統；
[0030](4)所述緩解系統安裝完畢后，進行開機前的檢查，確認無誤后，啟動智能雙向強制排流器3，緩解系統進入正常運行狀態。
[0031]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解方法，其中所述步驟(3)中，所述緩解系統在安裝時，選定緩解地床I的形式和材料后，根據步驟(I)的調研結果，對油氣長輸管道和接地極進行數學建模和物理建模，利用數值模擬計算技術開展高壓/特高壓直流干擾的緩解設計，從而確定緩解地床I的數量和具體安裝位置，根據高壓/特高壓直流干擾的緩解設計結果，選取電纜2和智能雙向排流器3型號。
[0032]在對油氣長輸管道和接地極進行數學建模和物理建模時，是通過Beasy軟件和CDEGS軟件實現的，即將步驟(I)中調研得到的結果輸入到上述兩種軟件中進行建模，該兩種軟件為本領域的常用軟件，具體使用過程在此不予贅述。
[0033]本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解方法，其中所述步驟(2)中，在測試油氣長輸管道的管地電位偏移量以便確定管地電位偏移量的較大位置(即緩解系統的安裝位置)時，如果輸電系統接地極與受干擾管道的相對位置發生變化，那么管地電位偏移量較大位置也會相應地發生變化。
[0034]如圖2所示，當輸電系統接地極處于受干擾管道的絕緣裝置一側時，測試得到管地電位沿受干擾管道里程的變化規律，此變化規律適用于輸電系統接地極陰極放電的情況，受干擾管道沿線對地電位會發生正向偏移或負向偏移，且存在一個電位偏移方向的分界點a，此時需分別在分界點a前后段(分別為A段和B段)管道對地電位偏移量較大位置(分別如圖2中的b點和c點)處安裝緩解系統。
[0035]如圖3所示，當輸電系統接地極處于受干擾管道的中間段時，測試得到管地電位沿受干擾管道里程的變化規律，此變化規律適用于輸電系統接地極陰極放電的情況，受干擾管道沿線對地電位也會發生正向偏移或負向偏移，但與上一種情況不同的是，此時會存在兩個電位偏移方向分界點，分別為a和b，此時需分別在分界點a和b的前后段管道(分別為A段和C段)以及兩者中間段(B段)管道對地電位偏移量較大的位置(分別如圖3中的c點、d點以及e點)安裝緩解系統。
[0036]本發明中的高壓/特高壓直流緩解方法適用于油氣長輸管道的高壓/特高壓直流干擾的緩解。在進行高壓/特高壓直流緩解前，先對管道和高壓/特高壓直流輸電系統的接地極進行詳細的現場調研，弄清接地極和管道之間的相對位置、周圍環境、接地極工作參數、管道基礎資料及其干擾情況等。若接地極處于受干擾管道的絕緣裝置一側，如圖2所述，此時需要根據現場測試數據，在管地電位偏移量較大位置(分別如圖2中的b點和c點)進行高壓/特高壓直流干擾的緩解設計。若接地極處于被干擾管道的中間段，如圖3所示，此時需要根據現場測試結果，在管地電位偏移量較大位置(分別為圖3中的c點、d點以及e點)進行高壓/特高壓直流干擾的緩解設計。高壓/特高壓直流干擾的設計包括緩解地床I形式的選擇、緩解地床材料的選取、緩解地床數量及安裝位置的確定、電纜2及智能雙向排流器3型號的選擇等。
[0037]其中所述緩解地床I形式的選擇需要綜合考慮管道所處環境及不同緩解地床I的緩解效果;緩解地床I材料的選取需要結合緩解地床I的設計壽命和經濟性兩方面。選定緩解地床I形式和材料后，根據現場測試結果，進行數學建模和物理建模，利用數值模擬計算技術開展高壓/特高壓直流干擾的緩解設計，從而確定緩解地床I的數量、具體安裝位置。同時，根據高壓/特高壓直流干擾緩解設計結果，選取電纜2和智能雙向排流器3的型號。然后，按照緩解方案進行施工。緩解地床I施工完成后，將緩解地床I通過電纜2與智能雙向強制排流器3的陽極接線柱8連接，將油氣長輸管道通過電纜2與智能雙向強制排流器3的陰極接線柱6連接，將控制參比電極4通過電纜2與智能雙向強制排流器3的控制參比電極接線柱5連接，將智能雙向強制排流器3的零位接陰接線柱7通過電纜2與零位接陰連接。連接完成后，進行開機前的檢查。檢查無誤后，開啟智能雙向強制排流器3，進行高壓/特高壓直流緩解系統的正常運行。
[0038]下面通過一實例來詳細闡明本發明中的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解方法:
[0039]I)經過前期現場調研發現一段長50km的輸油管道，埋深3m，3PE防腐涂層，壁厚10mm，遭受±500kV高壓直流輸電系統的干擾，高壓直流輸電線路接地極直徑lkm，處于該管道里程3km位置，距管道垂直距離為5km，最大放電電流4.21^\，一年放電10次，每次放電I小時。測試管道的管地電位偏移量后得到管地電位偏移量較大位置處于管道里程3km處和20km 處；
[0040]2)根據現場測試結果，在管道里程3km處和20km處安裝高壓直流緩解系統。由于管道沿線處于山區，不易開挖，初步選取深井地床，地床材料選用混合金屬氧化物(MMO)陽極；
[0041]3)按照現場調研結果，對管道和高壓直流輸電線路接地極進行數學建模和物理建模，利用數值模擬計算技術開展緩解地床的設計計算；
[0042]4)根據數模計算結果，在管道里程3km處打7 口深井，井深100m，活性段長度(即陽極長度)70m，直徑30mm ；在20km處打5 口深井，井深80m，活性段長度50m，直徑30mm ；
[0043]5)選取YJV 12/20kV I X70mm2電纜，其額定電壓為12/20kV;選取智能雙向強制排流器恒電位輸出控制范圍為-1OV?+10V，恒電流輸出控制范圍為-100A?+ 100A，采用3個控制參比電極綜合反饋的智能控制算法實現雙向輸出；選取的控制參比電極壽命為20年，電位波動幅值為土 5mV ；
[0044]6)選定好設備后，按照料單進行采購；
[0045]7)按照設計方案，分別在管道里程3km處和20km進行深井地床的施工，施工完畢后，按照圖1進行連線:用電纜2將緩解地床I連接到智能雙向強制排流器3的陽極接線柱8;用電纜2將管道連接到智能雙向強制排流器3的陰極接線柱6;用電纜將零位接陰連接到智能雙向強制排流器3的零位接陰接線柱7;將3個控制參比電極4分別通過電纜2與智能雙向強制排流器3的3個控制參比電極接線柱5—一對應連接；
[0046]8)連接完畢后，進行開機前的檢查。確認無誤后，啟動智能雙向強制排流器3，進入正常服務階段。
[0047]為了確保油氣長輸管道及附近高壓/特高壓輸電系統等公共設施及人員的安全，本發明借鑒了普通直流干擾的緩解技術，提出了油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾的緩解技術。雖然該高壓/特高壓直流干擾緩解技術借鑒于普通直流干擾的緩解技術，但其技術要求與普通直流干擾的緩解完全不同。該高壓/特高壓直流干擾緩解裝置安裝位置的選取較普通直流干擾更嚴格，其緩解地床的類型及地床材料更加多樣化，且其排流設備必須具備正向和負向雙向輸出的功能。
[0048]以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，其特征在于:包括緩解地床(I)、電纜(2)、智能雙向強制排流器(3)和控制參比電極(4)，所述緩解地床通過電纜與智能雙向強制排流器的陽極接線柱(8)連接，所述油氣長輸管道通過電纜與智能雙向強制排流器的陰極接線柱(6)連接，所述控制參比電極通過電纜與智能雙向強制排流器的控制參比電極接線柱(5)連接，所述智能雙向強制排流器的零位接陰接線柱(7)通過電纜與零位接陰連接。2.根據權利要求1所述的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，其特征在于:所述緩解地床(I)的形式為水平鋅帶地床、分布式地床、深井地床或接地網。3.根據權利要求2所述的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，其特征在于:所述緩解地床(I)的材料為鋅陽極、鎂陽極、鍍鋅扁鐵或廢鋼管。4.根據權利要求3所述的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，其特征在于:所述控制參比電極(4)設為3個，所述智能雙向強制排流器(3)的控制參比電極接線柱(5)也設為3個，3個控制參比電極分別通過電纜(2)與3個控制參比電極接線柱一一對應連接。5.根據權利要求4所述的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解系統，其特征在于:所述控制參比電極(4)的電位波動幅值不超過± 5mV。6.—種油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)對油氣長輸管道和高壓/特高壓直流輸電系統的接地極進行現場調研，弄清接地極和管道之間的相對位置、周圍環境、接地極工作參數、管道基礎資料及其干擾情況； (2)測試油氣長輸管道的管地電位偏移量； (3)根據測試結果，在管地電位偏移量較大位置安裝權利要求1-5任一項所述的緩解系統； (4)所述緩解系統安裝完畢后，進行開機前的檢查，確認無誤后，啟動智能雙向強制排流器，緩解系統進入正常運行狀態。7.根據權利要求6所述的油氣長輸管道高壓/特高壓直流干擾緩解方法，其特征在于:所述步驟(3)中，所述緩解系統在安裝時，選定緩解地床的形式和材料后，根據步驟(I)的調研結果，對油氣長輸管道和接地極進行數學建模和物理建模，利用數值模擬計算技術開展高壓/特高壓直流干擾的緩解設計，從而確定緩解地床的數量和具體安裝位置，根據高壓/特高壓直流干擾的緩解設計結果，選取電纜和智能雙向排流器型號。
【文檔編號】H01R4/66GK106099410SQ201610495447
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】羅春平, 沈李滬, 潘友生, 梁建超, 沙振華, 高翔, 柳良啟, 肖強榮, 傅軍杰, 陳亮, 汪華明
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石化銷售有限公司華東分公司