特高壓直流輸電(UHVDC)接地極入地電流和地磁暴對埋地管道的干擾效應是電網和油氣管網發(fā)展需要研究的問題,該問題涉及電工學、工程學、空間物理和地球物理等學科,單靠理論分析存在一定的局限性,需要科學實驗證明。本文通過管道雜散電流(包括地磁感應電流GIC)和管地電位(PSP)的監(jiān)測實驗和建模計算,分析了 UHVDC和地磁暴干擾埋地管道的特征和規(guī)律,并在此基礎上提出了有效的管道雜散電流防治方案。主要內容及成果如下:(1)根據(jù)埋地管網的結構和特點,設計雜散電流和PSP監(jiān)測實驗方案,首次獲得了接地極地電流和地磁暴侵害中低緯管道的雜散電流(地磁感應電流GIC)和PSP監(jiān)測數(shù)據(jù)。結果表明,在6250A接地極入地電流時,距接地極150km管道的雜散電流為3.3A,PSP偏移量會超過100mV,距接地極60km管道的雜散電流為7A,PSP偏移量為900mV;中小地磁暴的GIC為3.98A,PSP偏移量相對較小,大地磁暴的GIC為7.5A,PSP偏移量為430mV。這些實驗數(shù)據(jù),為認識接地極地電流和地磁暴干擾管道的特征和規(guī)律提供了依據(jù)。(2)結合三維大地電阻率模型和經典傳輸線理論對管道雜散電流和PSP算法進行改進,利用監(jiān)測數(shù)據(jù)說明了算法的準確性;獲得了管道離UHVDC接地極距離對埋地管道影響的特征和規(guī)律,確定了 UHVDC干擾管道下雜散電流和PSP的影響因素,包括陰極保護電流大小、絕緣接頭間距以及管道的走向和結構參數(shù)的關系,認識了距離接地極50-60公里的管道需要采取防腐措施。(3)采用三維大地電阻率模型和分布源式傳輸線理論相結合的方法,對管道的GIC和PSP的理論計算方法進行了改進,通過仿真計算結果和監(jiān)測實驗測量結果的對比,驗證了地磁暴侵害埋地管道干擾效應模型、算法的正確性,獲得了中小和大地磁暴侵害埋地管道的GIC和PSP效應的特征和規(guī)律,確定了不同強度地磁暴侵害埋地管道可能造成管道腐蝕的影響因素,認識了地磁暴電磁干擾對中低緯埋地管道的腐蝕影響較大。本文的監(jiān)測實驗和理論計算取得的研究成果,改變了以往地磁暴對高緯地區(qū)管道影響大和大地磁暴存在影響的錯誤認識,探明的埋地管道的雜散電流(GIC)和PSP效應的特征和規(guī)律,對管道的腐蝕防治具有重要的意義。
【學位單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM721.1
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．?１－２?ＵＨＶＤＣ?ｇｒｏｕｎｄ?ｒｅｔｕｒｎ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ??１．１．２地磁暴對埋地管道的電磁干擾問題??由于中低緯國家對地磁暴ＧＭＤ侵擾地基系統(tǒng)的研究不夠，中低祎油氣管道??ＧＩＣ干擾較小是目前的普遍認識地面管網系統(tǒng)的地磁干擾問題僅在高緯國??家得到重視。然而，在地磁暴ＧＭＤ的驅動機制上，高、低緯地區(qū)有所不同，高??磁緯地區(qū)的ＧＭＤ主要與極光電集流有關，驅動ＧＭＤ的極光電集流東西向流動，??感生地電場也為東西向，因此高緯地區(qū)ＧＭＤ在東西走向的輸油氣管道中產生的??ＧＩＣ大［｜７］；而在中低緯地區(qū)空間電流體系中，起主要作用的是赤道環(huán)電流和場??向電流［｜８１，因此高緯地區(qū)的電離層電流效應及規(guī)律不適用中低緯地區(qū)。??此外，與ＵＨＶＤＣ接地極地電流對埋地管道的電磁干擾相比，地磁暴的干擾??是全球性的，其對管道的影響范圍更廣［１９｜；在管道的ＧＩＣ和ＰＳＰ的產生機理上，??根據(jù)法拉第電磁感應定律，地磁暴產生的交變磁場在管道中賁接感應出電場，通??過管道金屬外壁、絕緣涂層、漏點與大地形成回路，從而產生電流和電位干擾［２（）］，??這一過程導致ＧＩＣ和ＰＳＰ的偏移量隨著管道長度的增加而增大［２１１。隨著國家經??

Ｆｉｇ．?１－２?ＵＨＶＤＣ?ｇｒｏｕｎｄ?ｒｅｔｕｒｎ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ??１．１．２地磁暴對埋地管道的電磁干擾問題??由于中低緯國家對地磁暴ＧＭＤ侵擾地基系統(tǒng)的研究不夠，中低祎油氣管道??ＧＩＣ干擾較小是目前的普遍認識地面管網系統(tǒng)的地磁干擾問題僅在高緯國??家得到重視。然而，在地磁暴ＧＭＤ的驅動機制上，高、低緯地區(qū)有所不同，高??磁緯地區(qū)的ＧＭＤ主要與極光電集流有關，驅動ＧＭＤ的極光電集流東西向流動，??感生地電場也為東西向，因此高緯地區(qū)ＧＭＤ在東西走向的輸油氣管道中產生的??ＧＩＣ大［｜７］；而在中低緯地區(qū)空間電流體系中，起主要作用的是赤道環(huán)電流和場??向電流［｜８１，因此高緯地區(qū)的電離層電流效應及規(guī)律不適用中低緯地區(qū)。??此外，與ＵＨＶＤＣ接地極地電流對埋地管道的電磁干擾相比，地磁暴的干擾??是全球性的，其對管道的影響范圍更廣［１９｜；在管道的ＧＩＣ和ＰＳＰ的產生機理上，??根據(jù)法拉第電磁感應定律，地磁暴產生的交變磁場在管道中賁接感應出電場，通??過管道金屬外壁、絕緣涂層、漏點與大地形成回路，從而產生電流和電位干擾［２（）］，??這一過程導致ＧＩＣ和ＰＳＰ的偏移量隨著管道長度的增加而增大［２１１。隨著國家經??

第２章ＵＨＶＤＣ和地磁暴干擾埋地管道機于ＵＨＶＤＣ和地磁暴干擾下埋地管道腐蝕風險評估的需要，本章管網的基本結構進行研宄，以此為基礎分析ＵＨＶＤＣ和地磁暴產擾效應的機理過程，完成雜散電流引起管道腐蝕原理的分析，最擾源的特征和對管道腐蝕量的影響進行對比研宄。??地油氣管網的基本結構??管道的構造與特點??地油氣管道通常包括輸油管道和天然氣管道，由于ＵＨＶＤＣ和地主要關注管道的電氣特性，而輸油管道和輸氣管道的電氣參數(shù)組別是輸油管道的管徑一般比輸氣管道的小，因此，本文在無特殊將輸油管道和天然氣管道統(tǒng)稱為管道。??
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 程明;唐強;魏德軍;張平;;高壓直流接地極干擾區(qū)埋地鋼質油氣管道的綜合防護[J];天然氣工業(yè);2015年09期

2 張鵬飛;劉連光;馬成廉;;油氣管網與電網的地磁暴干擾機理比較研究[J];科學技術與工程;2015年25期

3 阮羚;黃華;全江濤;文習山;潘卓洪;李偉;;直流輸電新型分布式接地極的優(yōu)化設計[J];電氣工程學報;2015年07期

4 孫建宇;趙志超;李體容;;埋地長輸天然氣管道陰極保護系統(tǒng)故障分析[J];全面腐蝕控制;2015年05期

5 劉文超;孫仁金;;對我國油氣管道建設運營的戰(zhàn)略思考[J];油氣儲運;2015年02期

6 王毓民;王棠昱;李岳;李江;周裕鑫;;陜京三線輸氣管道工程線路方案優(yōu)化概論[J];天然氣與石油;2014年05期

7 劉振亞;張啟平;董存;張琳;王智冬;;通過特高壓直流實現(xiàn)大型能源基地風、光、火電力大規(guī)模高效率安全外送研究[J];中國電機工程學報;2014年16期

8 譚大誠;趙家騮;劉小鳳;范瑩瑩;劉君;陳軍營;;自然電場的區(qū)域性變化特征[J];地球物理學報;2014年05期

9 沈光霽;陳洪源;薛致遠;趙君;;管道涂層應用現(xiàn)狀分析[J];腐蝕科學與防護技術;2013年03期

10 劉振亞;張啟平;;國家電網發(fā)展模式研究[J];中國電機工程學報;2013年07期

相關博士學位論文 前3條

1 董博;磁暴情況下復雜地質結構三維地電流場有限元分析[D];華北電力大學;2015年

2 鄭寬;大電網地磁感應電流影響因素及建模方法研究[D];華北電力大學;2014年

3 陳利瓊;在役油氣長輸管線定量風險技術研究[D];西南石油學院;2004年

相關碩士學位論文 前3條

1 李丹丹;高壓直流輸電線路對某埋地金屬管道的干擾規(guī)律研究[D];西南石油大學;2014年

2 鄭耀漢;基于AVR單片機的智能恒電位儀的設計與實現(xiàn)[D];中國海洋大學;2014年

3 王雁冰;川氣東送管道雜散電流排流工程技術研究[D];西安石油大學;2010年

本文編號：2892948