一种考虑输电线路电磁干扰的油气管道接地系统设计方法

技术领域

本发明涉及油气管道接地技术领域，具体涉及一种考虑输电线路电磁干扰的油气管道接地系统设计方法。

背景技术

由于电能运输与石油、天然气运输的路径规划原则基本相同，则输电线路与埋地油气管道会不可避免地发生长距离平行或交叉跨越，由此线路会对管道存在一定的电磁耦合影响。随着能源运输工程的大力建设，输电线路对埋地油气管道形成交流干扰而导致管道腐蚀、油气泄漏等问题愈发常见。因此，如何做好油气管道的排流接地以最大程度的降低电磁干扰是目前亟需解决的问题。

输电线路对输油管道存在一定的电磁干扰，主要分为以下两个方面：一是长期存在着的输电线路运行电流通过空间磁场耦合，在邻近的金属管道上感应出纵向电动势，可能影响管道维护人员的安全作业，并在管道防腐层引起泄漏电流从而加速管道表面腐蚀；二是由于输电线路通过杆塔与大地相连，尤其在换流站附近存在较大的接地极，在输电线路遭受雷击或系统短路故障时较大的电流用过接地极流入大地，在邻近金属管线上产生的暂态感应电压，这对管道的安全稳定性造成一定的威胁。

现有技术设计的油气管道接地系统并未考虑伴行输电线路的电磁干扰，其安全性能难以保证，无法满足实际工程的安全需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种考虑输电线路电磁干扰的油气管道接地系统设计方法，能够综合考虑油气管道伴行输电线路的电磁干扰，使设计出的油气管道接地系统更加安全、可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种考虑输电线路电磁干扰的油气管道接地系统设计方法，包括如下步骤：

S1，收集整理输电线路和油气管道的结构参数、材料参数、电气参数以及输电线路沿线土壤电阻率参数；

S2，根据所述输电线路和油气管道的结构参数、材料参数，结合输电线路和油气管道的实际位置，对输电线路和油气管道进行三维建模，并将三维模型导入仿真分析软件；

S3，结合所述三维模型和所述输电线路和油气管道的电气参数，通过埋地管道感应电压计算公式，计算得出油气管道各位置的电磁感应电压值；

S4，将所述电磁感应电压值代入交流电流密度计算公式中，并根据实际接地极材料参数以及结构参数，结合工程实际规范中的电流密度安全阈值，初步确定油气管道的排流接地系统的布置形式；

S5，通过调整仿真软件中的接地极位置和数量，比较仿真结果，得出满足工程实际规范且接地极数量最少的布置方案作为最优方案，利用仿真软件输出结果报告；

S6，根据所述结果报告进行所述油气管道接地系统的设计。

进一步的，在步骤S1中，所述结构参数包括输电线路的高度、油气管道的外径和壁厚、油气管道的埋深；所述材料参数包括油气管道防腐层材料参数、输电线路的导线材料参数；所述电气参数包括输电线路的运行电流和电压参数、油气管道的相对磁导率。

进一步的，在步骤S2中，所述三维模型包括高压输电线路系统和埋地油气管道系统；

所述高压输电线路系统包括三相输电导线1和两根中性线2，所述中性线2两端通过接地线与大地相连接；

所述埋地油气管道系统包括油气管道3和排流接地系统4，所述排流接地系统4由接地极组成。

进一步的，在步骤S3中，所述埋地管道感应电压计算公式，具体如下：

式中，E

进一步的，在步骤S4中，所述交流电流密度计算公式，具体如下：

J

式中：J

进一步的，在步骤S4中，所述排流接地系统的布置形式具体包括接地极的布置位置和布置数量。

进一步的，在步骤S5中，所述满足工程实际规范具体为计算得出的油气管道交流电流密度值不大于所述电流密度安全阈值。

进一步的，在步骤S2中，所述输电线路和油气管道的实际位置具体包括五种情况：油气管道与直线输电线路水平并行、油气管道与直线输电线路倾斜并行、油气管道与输电线路交叉、输电线路与直线油气管道水平并行、输电线路与直线油气管道倾斜并行。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

综合考虑了油气管道的环境、设备、材料因素，模拟工程实际场景，基于埋地管道感应电压计算公式和交流电流密度公式初步确定排流接地系统的布置形式，然后结合仿真软件进一步设计和调整排流接地系统的布置方案，进而能够高效、准确地设计出满足埋地油气管道排流需求的最优布置方案。

附图说明

图1为本发明一种考虑输电线路电磁干扰的油气管道接地系统设计方法流程图；

图2为本发明实施例中仿真软件三维建模示意图；

图3为本发明实施例中输电线路材料参数设置示意图；

图4为本发明实施例中油气管道材料参数设置示意图；

图5为本发明实施例中输电线路电气参数设置示意图；

图6为本发明实施例中土壤参数设置示意图；

图7为本发明实施例中油气管道感应电压和电流仿真示意图。

图中：1、三相输电导线；2、中性线；3、油气管道；4、排流接地系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

一、一种考虑输电线路电磁干扰的油气管道接地系统设计方法

如图1所示，根据本发明实施的一种考虑输电线路电磁干扰的油气管道接地系统设计方法，具体包括如下步骤：

S1，收集整理输电线路和油气管道的结构参数、材料参数、电气参数以及输电线路沿线土壤电阻率参数；

S2，根据所述输电线路和油气管道的结构参数、材料参数，结合输电线路和油气管道的实际位置，对输电线路和油气管道进行三维建模，并将三维模型导入仿真分析软件(本实例为电力系统接地分析软件CDEGS中的SESCAD模块)；

S3，结合所述三维模型和所述输电线路和油气管道的电气参数，通过埋地管道感应电压计算公式，计算得出油气管道各位置的电磁感应电压值；

S4，将所述电磁感应电压值代入交流电流密度计算公式中，并根据实际接地极材料参数以及结构参数，结合工程实际规范中的电流密度安全阈值，初步确定油气管道的排流接地系统的布置形式；

S5，通过调整仿真软件中的接地极位置和数量，比较仿真结果，得出满足工程实际规范且接地极数量最少的布置方案作为最优方案，利用仿真软件输出结果报告；

S6，根据所述结果报告进行所述油气管道接地系统的设计。

进一步的，在步骤S1中，所述结构参数包括输电线路的高度、油气管道的外径和壁厚、油气管道的埋深；所述材料参数包括油气管道防腐层材料参数、输电线路的导线材料参数；所述电气参数包括输电线路的运行电流和电压参数、油气管道的相对磁导率。

如图2所示，所述三维模型包括高压输电线路系统和埋地油气管道系统；

所述高压输电线路系统包括三相输电导线1和两根中性线2，所述中性线2两端通过接地线与大地相连接；

所述埋地油气管道系统包括油气管道3和排流接地系统4，所述排流接地系统4由接地极组成。

进一步的，在步骤S3中，所述埋地管道感应电压计算公式，具体如下：

式中，E

进一步的，在步骤S4中，所述交流电流密度计算公式，具体如下：

J

式中：J

进一步的，在步骤S4中，所述排流接地系统的布置形式具体包括接地极的布置位置和布置数量。

进一步的，在步骤S5中，所述满足工程实际规范具体为计算得出的油气管道交流电流密度值不大于所述电流密度安全阈值。

更进一步的，在步骤S2中，所述输电线路和油气管道的实际位置具体包括五种情况：油气管道与直线输电线路水平并行、油气管道与直线输电线路倾斜并行、油气管道与输电线路交叉、输电线路与直线油气管道水平并行、输电线路与直线油气管道倾斜并行。

二、效果验证

采用仿真分析软件(本实例为电力系统接地分析软件CDEGS中的SESCAD模块)对上述高压输电线路和埋地油气管道进行仿真模拟。

如图3～6所示，根据输电线路和油气管道工程结构参数和材料电气参数，对整体进行三维建模，并根据现场实际工况，结合输电线路和油气管道的三维模型，进行管道感应电压和电流的仿真，结果如图7所示。

方法应用后，可以建立工况完善的数据库，提高了工程安全运行可靠性，降低工程生产运行安全风险，提高了工程可操作性和安全效益。

综上所述，采用上述的一种考虑输电线路电磁干扰的油气管道接地系统设计方法：

综合考虑了油气管道的环境、设备、材料因素，模拟工程实际场景，基于埋地管道感应电压计算公式和交流电流密度公式初步确定排流接地系统的布置形式，然后结合仿真软件进一步设计和调整排流接地系统的布置方案，进而能够高效、准确地设计出满足埋地油气管道排流需求的最优布置方案。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。