地铁与油气管道之间耦合关系的检测方法

技术领域

本发明属于电磁兼容技术领域，具体涉及一种地铁与油气管道之间耦合关系的检测方法。

背景技术

随着我国经济高速发展，我国城市地铁网分布越来越广，由于地铁牵引供电系统采用钢轨和大地作为回流路径，正常运行时就存在地中杂散电流。供电系统同时可以通过空间的电磁耦合和通过大地的阻性耦合对邻近埋地管道产生干扰。当直流输电系统或地铁运行时，如果有一部分电流流入大地，此时会引起地表电位分布的改变，对油气管线的阴极保护系统造成干扰，严重时将造成管道绝缘涂层破坏并造成管道壁金属腐蚀。交流系统同样能在管道上产生感应电压，影响阴极保护系统的正常运行，并同样有可能造成管道绝缘涂层破坏。近年来，地铁附近的油气管道上测得有直流或低频偏置电压，对管道系统的稳定运行、经济效益和人员安全都造成了不良影响。但目前仍缺乏测量评估方法对地铁与油气管道之间的耦合程度进行评估。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种地铁与油气管道之间耦合关系的检测方法，其能对地铁与油气管道之间的耦合关系进行检测。

为了解决上述问题，本发明采用以下方案实现：

一种地铁与油气管道之间耦合关系的检测方法，包括步骤：

获取地铁与油气管的参数；

选取管道电压测试桩作为耦合关系的第一检测点和第二检测点，并在第一检测点、第二检测点各设置一个硫酸铜参比电极；

以第一检测点做一条地铁线路的垂线，以第二检测点做一条地铁线路的垂线；在两条垂线的反方向延长线上分别布置辅助电压极，分别布置第一检测点、第二检测点到辅助电压极的电压测量引线；

获取辅助电压极到管道电压测试桩的第一电压、第二电压，获取测试桩到硫酸铜参比电极的第三电压、第四电压；

在第一时间段内，筛选出若干个最大的第一电压、若干个最大的第二电压，计算第一电压的第一平均值、第二电压的第一平均值，通过第一电压的第一平均值、第二电压的第一平均值计算油气管第一实际感应电压；

在第二时间段内，筛选出若干个最大的第一电压、若干个最大的第二电压，计算第一电压的第二平均值、第二电压的第二平均值，通过第一电压的第二平均值、第二电压的第二平均值计算油气管第二实际感应电压；

在第二时间段内，获取牵引变电站的最大负荷电流，根据最大负荷电流、油气管第一实际感应电压和油气管第二实际感应电压，计算地铁与油气管线之间的感应耦合系数；

在第一时间段内，筛选出若干个最大的第三电压、若干个最大的第四电压，计算第三电压的第一平均值、第四电压的第一平均值；

在第二时间段内，筛选出若干个最大的第三电压、若干个最大的第四电压，计算第三电压的第二平均值、第四电压的第二平均值；

根据第三电压的第二平均值、第四电压的第二平均值，计算油气管道绝缘涂层承受电压的耦合系数。

作为本发明的进一步改进，参数包括：地铁与油气管道的位置、油气管道的埋设深度、地铁线路隧道的埋设深度，在地图上标出地铁线路与油气管道、油气管道到地铁最近点的位置。

作为本发明的进一步改进，所述选取管道电压测试桩作为耦合关系的第一检测点和第二检测点，并在第一检测点、第二检测点各设置一个硫酸铜参比电极的步骤，包括如下步骤：

从油气管道离地铁最近点向两侧查找，在两侧各找出油气管道距地铁间距为1公里的位置点，每个位置点各选取附近的一个管道电压测试桩作为耦合关系检测的第一检测点、第二检测点；

在第一检测点、第二检测点1米以内各布置一个硫酸铜参比电极。

作为本发明的进一步改进，采用录波装置，获取辅助电压极到管道电压测试桩的第一电压、第二电压，获取测试桩到硫酸铜参比电极的第三电压、第四电压。

作为本发明的进一步改进，当油气管道垂直于地铁线路时，第一测点、第二测电到辅助电压极的电压测量引线与油气管道夹角为45°，且设置在远离地铁线路的方向，长度大于等于1km。

作为本发明的进一步改进，牵引变电站的最大负荷电流为：第二时间段内，若干个最大的第一电压值、若干个第二电压值对应时间的牵引变电站的最大负荷电流。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：可以获取地铁牵引电流与油气管道上干扰电压的关系，不仅可以测量现阶段地铁对油气管线的干扰程度，还可以用于估算地铁不同负荷下在油气管道上产生的干扰电压。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为实施例1所述检测方法的测量布线图；

图2为实施例1中一段油气与地铁线路并行区段示意图；

图3为图2中区间管道上的感应电压分布图；

图4为图2中区间管道处地电位分布图；

图5为图2中区间管道涂层承受电压分布图。

标记说明：1、铁路线路；2、油气管道；3、距离地铁线路1km的界限；4、电压测试桩；5、硫酸铜参比电极；6、辅助电压极；7、电压测量引线；8、录波装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

依据GB/T 50698-2011《埋地钢质管道交流干扰防护技术标准》第4.1.1条“当管道与高压交流输电线路、交流电气化铁路的间隔距离大于1000m时，不需要进行干扰调查测试；当管道与110kV及以上高压交流输电线路靠近时，是否需要进行干扰调查测试可按管道与高压交流输电线路的极限接近段长度与间距相对关系图确定”。因此本实施例用于检测油气管道与地铁线路间距1000m以内部分的耦合系数。

通过研究发现，交流输电线路对埋地金属管道的电磁影响从机理上可分为感性耦合影响、阻性耦合影响和容性耦合影响三类。

感性耦合是指：当输电线路中流过交流电流时，将在导线周围产生交变磁场，该磁场同时存在于空气和大地中。当埋地金属管道和输电线路接近时，交变磁场通过电磁感应，将在管道上产生纵向电动势。

阻性耦合是指：输电线路若发生对地短路，一部分短路电流会流入大地。电流在土壤中向无穷远扩散，经过埋地金属管道时，管道上也会产生一定的电位升。

容性耦合是指：高压交流输电线路导线上施加有电压，其周围存在电场。由于静电感应或容性耦合作用，管道上会感应出对地电位。

考虑到地铁线路位于地下，土壤能导电，对电场具有良好的屏蔽作用，因此本发明中忽略了地铁与油气管道之间的容性耦合影响，只考虑地铁与油气管道之间的感性耦合与阻性耦合，检测油气管道上的由地铁引起的感应电压和涂层上承受电压，并计算感应电压耦合系数K

本实施例实现上述目的的技术原理是利用油气管道上感应电压的分布规律，以及涂层上承受电压的产生机理。

本实施例的一种地铁与油气管道之间耦合关系的检测方法，包括步骤：

S1、获取地铁与油气管的参数，其中，参数包括：地铁与油气管道的位置、油气管道的埋设深度、地铁线路隧道的埋设深度，在地图上标出地铁线路与油气管道、油气管道到地铁最近点的位置，本实施例中，地铁与油气管道并行长度为600m，左侧逐渐远离地铁线路，右侧垂直于地铁线路，油气管道到地铁最近点为600m并行段。

S2、选取管道电压测试桩作为耦合关系的第一检测点和第二检测点，并在第一检测点、第二检测点各设置一个硫酸铜参比电极。

具体地，如图1所示，从油气管道离地铁最近点向两侧查找，在两侧各找出油气管道距地铁间距为1公里的位置点，每个位置点各选取附近的一个管道电压测试桩作为耦合关系检测的第一检测点、第二检测点；在第一检测点、第二检测点1米以内各布置一个硫酸铜参比电极。

在图1中已画出距地铁间距为1公里的线，该线与油气管道有两个交点，左侧交点为本实施例的第一检测点，右侧为本实施例的第二检测点，在两个检测点旁1m位置各布置一个硫酸铜参比电极。

S3、如图2所示(图中纵坐标为管道上的感应电压，单位为：V，横坐标为以图1中管道左端为0点作为，右侧管道到0点位置的长度，单位：m)，以第一检测点做一条地铁线路的垂线，以第二检测点做一条地铁线路的垂线；在两条垂线的反方向延长线上距离第一检测点、第二检测点1公里处分别布置辅助电压极，分别布置第一检测点、第二检测点到辅助电压极的电压测量引线；其中，辅助电压极为长度不少于40cm，直径不小于1.2cm的金属探针，打入大地的深度不少于20cm。

当油气管道垂直于地铁线路时，第一测点、第二测电到辅助电压极的电压测量引线与油气管道夹角为45°，且设置在远离地铁线路的方向，长度大于等于1km。

S4、获取辅助电压极到管道电压测试桩的第一电压U

在步骤S4中，可采用录波装置，获取辅助电压极到管道电压测试桩的第一电压U

各录波装置通过卫星授时，各台录波装置的时钟误差不大于1ms，采用的录波装置要求能连续记录电压波形，测量带宽≥20M，记录采样频率不小4kHz，记录通道不少于2通道，记录存储时间不小于24小时，采用的电压衰减探头的带宽≥20M，能满足采样频率不小4kHz时的需求，耐压等级不小于2000V。

S5、在6：00～23：00时间段内，筛选出三个最大的第一电压U

在本实施例中，

S6、在1：00～4：00时间段内，筛选出若干个最大的第一电压U

在本实施例中，

S7、在1：00～4：00时间段内，获取牵引变电站的最大负荷电流I，根据最大负荷电流I、油气管第一实际感应电压U

K

牵引变电站的最大负荷电流I为：通过查找当天地铁运行资料，1：00～4：00时间段内，三个最大的第一电压值U

在本实施例中牵引变电站的最大负荷电流I＝1200A，计算得到感应耦合系数K

S8、在6：00～23：00时间段内，筛选出若干个最大的第三电压U

S9、在1：00～4：00时间段内，筛选出三个最大的第三电压U

S10、根据第一平均值U

K

通过上式计算得到K

通过上述方法，可以直接检测油气管道与地铁线路之间的耦合系数，以及地铁线路在油气管道中产生的电磁干扰强度，包括在油气管道上产生的感应电压幅值，以及由地铁引起的油气管道壁绝缘层上承受的电压幅值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。