一种基于输电线路布局优化的埋地管道过电压防护方法

技术领域

本发明属于输电线路设计技术领域，具体涉及一种基于输电线路布局优化的埋地管道过电压防护方法。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，电力、石油、天然气等能源的需求日益增长。为了兼顾能源输送需求与建设用地紧张，出现了高压架空输电线路与埋地输油输气管道的“公共走廊”，产生了输电线路对埋地管道的电磁干扰问题。

当交流输电线路发生接地故障时，流经故障相与地线的短路电流通过感性耦合在埋地管道上产生电磁干扰；一部分短路电流经杆塔接地装置入地，通过阻性耦合对埋地管道产生电磁干扰；感性耦合与阻性耦合共同作用，在埋地管道金属表面以及涂层表面上产生对地电压。当管道涂层电压过高时，会危及管道操作人员安全。

由于架空地线逐塔接地的布置方式具有较大的电能损耗，两条架空地线分段绝缘单点接地、两条架空地线混合接地的新型布置方式在电网的应用日益广泛。然而，由于绝缘间隙的设计不当以及为了实现地线融冰等原因，在输电线路发生单相接地故障后，架空地线的绝缘间隙无法导通，这将显著改变故障电流的分布路径，进而改变临近区域埋地管道的电磁干扰。

现有管道防护方法通常采用在管道侧加装防护装置的方法，对输电线路布局优化的研究尚不充分，尤其是未能考虑架空地线布置方式的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于输电线路布局优化的埋地管道过电压防护方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于输电线路布局优化的埋地管道过电压防护方法，包括

建立输电线路与埋地管道共用通道的电磁仿真模型；

获取电磁仿真模型中输电线路单相接地故障期间的埋地管道涂层感应电压的安全限值；

确定目标输电线路的参数值范围，包括与埋地管道的平行间距和平行长度，相线和地线的对地高度、杆塔接地网拓扑结构；

选取输电线路参数值中与埋地管道平行间距的最大值、与埋地管道平行长度的最小值、相线对地高度的最大值、地线对地高度的最大值作为目标输电线路的初步布局方案；

在初步布局方案的基础上，沿输电线路模拟单相接地故障，仿真计算采用不同杆塔接地网拓扑时的埋地管道涂层感应电压；

确定埋地管道涂层感应电压最小的杆塔接地网拓扑为目标输电线路所采用的杆塔接地网拓扑结构；

选取不超过埋地管道涂层感应电压安全限值的架空地线布置方式为目标输电线路所采用的架空地线布置方式；

输出目标输电线路的布局方式。

进一步的，所述电磁仿真模型中输电线路的参数包括电压等级、传输功率、对地高度、杆塔位置、杆塔接地网拓扑、架空地线布置方式；所述电磁仿真模型中埋地管道的参数包括管道埋深、管道内径和外径、管道涂层厚度、管道材质。

进一步的，架空地线布置方式包括：

架空地线布置方式I，指两条架空地线均采用分段绝缘单点接地的布置方式；

架空地线布置方式II，指一条地线采用分段绝缘单点接地的布置方式，另一条地线采用逐塔接地的布置方式；

架空地线布置方式III，指两条架空地线均采用逐塔接地的布置方式。

进一步的，杆塔接地网拓扑结构包括方框射线型接地网和引流防护型接地网。

进一步的，所模拟的单相接地故障的故障电流为输电线路的最大短路电流。

进一步的，选取不超过埋地管道涂层感应电压安全限值的架空地线布置方式为目标输电线路所采用的架空地线布置方式的方法包括：

依次判断采用架空地线布置方式I和架空地线布置方式II时埋地管道涂层感应电压是否超过安全限值，选取首个不超过安全限值的架空地线布置方式为目标输电线路所采用的架空地线布置方式；

若采用架空地线布置方式I和架空地线布置方式II时埋地管道涂层感应电压均超过安全限值时，则以架空地线布置方式III作为目标输电线路的架空地线布置方式。

进一步的，所输出目标输电线路的布局方式包括：与埋地管道的平行间距、与埋地管道的平行长度、相线对地高度、地线对地高度、杆塔接地网拓扑和架空地线布置方式。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

本发明提供的基于输电线路布局优化的埋地管道过电压防护方法，通过输电线路的布局优化，尤其是考虑了架空地线布置方式，有效地降低埋地管道的涂层感应电压，解决输电线路与埋地油气管道的相互影响问题。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1：本发明的流程图；

图2：本发明示例中方框射线型接地网的示意图；

图3：本发明示例中引流防护型接地网的示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

本实施例的目的是提供一种基于输电线路布局优化的埋地管道过电压防护方法。如图1所示，所述防护方法包括：

S1，建立输电线路与埋地管道共用通道的电磁仿真模型。

电磁仿真模型中输电线路的参数包括电压等级、传输功率、对地高度、杆塔位置、杆塔接地网拓扑、架空地线布置方式，电磁仿真模型中埋地管道的参数包括管道埋深、管道内径和外径、管道涂层厚度、管道材质。

架空地线布置方式包括：

架空地线布置方式I，指两条架空地线均采用分段绝缘单点接地的布置方式；在该布置方式下，完整的架空地线分成彼此绝缘的若干段，相邻的两段地线通过绝缘间隙相连；在每个地线段内，架空地线仅与一个杆塔直接相连，通过绝缘间隙与其他杆塔相连。

架空地线布置方式II，指一条地线采用分段绝缘单点接地的布置方式，另一条地线采用逐塔接地的布置方式；在逐塔接地的布置方式下，架空地线不进行分段，且与沿线的所有杆塔直接相连。

架空地线布置方式III，指两条架空地线均采用逐塔接地的布置方式。

S2，获取电磁仿真模型中输电线路单相接地故障期间的埋地管道涂层感应电压的安全限值。

S3，结合实际条件，确定电磁仿真模型中输电线路的参数值范围，包括与埋地管道的平行间距和平行长度，相线和地线的对地高度、杆塔接地网拓扑结构。

杆塔接地网拓扑结构包括方框射线型接地网和引流防护型接地网。

S4，选取输电线路参数值中与埋地管道平行间距的最大值、与埋地管道平行长度的最小值、相线对地高度的最大值、地线对地高度的最大值作为目标输电线路的初步布局方案。

S5，在初步布局方案的基础上，在输电线路沿线模拟单相接地故障，仿真计算不同杆塔接地网拓扑时的埋地管道涂层感应电压。

所模拟的单相接地故障以输电线路的最大短路电流作为流过输电线路故障点的电流。

S6，确定埋地管道涂层感应电压最小的杆塔接地网拓扑为目标输电线路所采用的杆塔接地网拓扑结构。

S7，依次判断采用架空地线布置方式I和架空地线布置方式II时埋地管道涂层感应电压是否超过安全限值，选取首个不超过安全限值的架空地线布置方式为目标输电线路所采用的架空地线布置方式。

依次判断采用架空地线布置方式I和架空地线布置方式II时埋地管道涂层感应电压是否超过安全限值，选取不超过安全限值的架空地线布置方式为目标输电线路所采用的架空地线布置方式。当采用架空地线布置方式I和架空地线布置方式II的埋地管道涂层感应电压均超过安全限值时，以架空地线布置方式III作为目标输电线路的架空地线布置方式。

S8，输出目标输电线路的布局方式。

所输出目标输电线路的布局方式包括：与埋地管道的平行间距、与埋地管道的平行长度、相线对地高度、地线对地高度、杆塔接地网拓扑和架空地线布置方式。

下面结合实例，对上述步骤执行过程进行描述：

S1，建立输电线路与埋地管道共用通道的电磁仿真模型，电磁仿真模型中输电线路的电压等级为500kV、相线对地高度为28m、地线对地高度为35m、杆塔位置均匀分布、杆塔接地网为铜制方框射线型接地网、架空地线布置方式为布置方式I，埋地管道埋深为1.8m、管道内径为986.8mm、管道外径为1010mm、管道涂层厚度为3mm、管道为相对电阻率（相对于纯铜）为9.86的钢制材料。

S2，确定电磁仿真模型中输电线路单相接地故障期间的埋地管道涂层感应电压的安全限值，在电压等级为500kV时，涂层感应电压安全限值为2000V。

S3，结合实际条件，确定目标输电线路的参数值范围，包括：输电线路与埋地管道的平行间距取值范围为30m-80m、平行长度取值范围为10km-100km、相线对地高度范围为25m-28m、地线对地高度范围为30m-35m、允许的杆塔接地网拓扑为方框射线型接地网和引流防护型接地网。

S4，选取输电线路参数值中与埋地管道平行间距的最大值80m、与埋地管道平行长度的最小值10km、相线对地高度的最大值28m、地线对地高度的最大值35m作为目标输电线路的初步布局方案。

S5，在初步布局方案的基础上，在输电线路沿线模拟单相接地故障，仿真计算不同杆塔接地网拓扑时的埋地管道涂层感应电压。单相接地故障的故障电流为30kA，均采用架空地线布置方式III。当杆塔接地网拓扑采用如图2所示的方框射线型接地网时（L

S6，确定埋地管道涂层感应电压最小的1218.059V对应的引流防护型接地网为目标输电线路所采用的杆塔接地网拓扑。

S7，当采用架空地线布置方式I，计算得出埋地管道的涂层感应电压为2117.649V，此时涂层感应电压超过安全限值；当采用架空地线布置方式II，计算得出埋地管道的涂层感应电压为1208.122V，此时涂层感应电压未超过安全限值。因此确定架空地线布置方式II为目标输电线路所采用的架空地线布置方式。

S8，输出目标输电线路的布局方式，即输电线路与埋地管道的平行间距为80m、平行长度为10km、相线对地高度为28m、地线对地高度为35m、杆塔接地网拓扑为引流防护型接地网、架空地线采用布置方式II。

通过仿真结果可以得知，当采用架空地线布置方式I时，管道涂层感应电压达到了2117.649V，超过了相关安全标准限值，因此架空地线布置方式I不得采用。当采用架空地线布置方式II时，管道涂层感应电压下降到降为1208.122V，此时符合相关安全标准对短路工况人身安全电压2000V的要求，故采纳架空地线布置方式II。

因此，本发明所提出的基于输电线路布局优化的埋地管道过电压防护方法，能够通过输电线路的布局优化，尤其是考虑架空地线布置方式，有效地降低埋地管道的涂层感应电压，解决输电线路与埋地油气管道的相互影响问题。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。