考虑非线性极化时不同土壤电阻率下直流接地极电流对油气管道的腐蚀影响分析

在特高压直流输电工程接地极对邻近油气管道的腐蚀影响分析和防护设计中,准确计算不同土壤电阻率下管道上的电压电流分布至关重要,然而目前计算中缺乏对油气管道金属-土壤交界面非线性极化影响的考虑。通过试验测量和分析,获得了不同土壤电阻率下X80管道钢–土壤交界面的极化特性,为准确计算管道管地电位差和泄漏电流密度奠定了基础。考虑非线性极化的影响,计算获得了不同土壤电阻率下油气管道上的泄漏电流密度和管地电位差分布、直流接地极与油气管道的防护距离,结果表明,随着土壤电阻率的增大,管道泄漏电流密度最大值呈对数函数增大,管道与接地极间的防护距离呈幂函数增大。对不考虑极化和考虑非线性极化时管道上的电压电流分布、管道与接地极间防护距离进行了对比分析,结果表明,不考虑极化时管地电位差被人为确定为零,与实际物理现象不符,导致直流接地极电流对油气管道的腐蚀程度被错误高估,应用于实际工程时将导致油气管道防护成本显著增大。基于实际工程参数的应用分析表明,与考虑非线性极化影响相比,不考虑极化时将错误地提高油气管道的腐蚀防护要求,不必要地增加防护成本,防护距离或防护措施成本增加量高达30%～40%。研究结果可为特高压直流...     

应对特高压直流接地极电流影响的油气管道大功率阴保系统参数优化配置EI北大核心CSCD

特高压直流输电工程不同工况下接地极电流变化巨大,单极大地回路运行时可高达6.25kA,现有油气管道阴保系统已无法完全应对入地电流的干扰影响,亟需配置具有双向输出功能的大功率阴保系统。分别以管道等效年腐蚀速率和管地电位差进行评估,建立大功率阴保系统参数的优化目标函数;将混沌粒子群优化算法应用于油气管道大功率阴保系统参数优化配置,并基于粒子间的欧氏距离提出粒子群稳定性判据。就典型直流工程与埋地油气管道的干扰问题,对油气管道干扰影响进行评估,并对大功率阴保系统参数进行优化配置。结果表明,以等效年腐蚀速率评估时,需综合考虑直流工程在不同运行工况下的影响;采用优化配置的大功率阴保系统,可满足等效年腐蚀速率限值要求。以管地电位差评估时,采用大功率阴保系统可将管道管地电位差控制在限值范围,但接地极在阴极和阳极不同状态下运行时,优化得到的大功率阴保电源位置不同,需优先保证接地极阴极运行时管地电位差满足限值要求,以有效缓解对管道的腐蚀影响。研究结果为应对特高压直流接地极电流影响的埋地油气管道自适应大功率阴保系统研究提供了参考。     

考虑非线性极化效应时直流接地极电流在油气管道耦合的电压电流建模和计算

准确预测直流输电接地极电流对埋地油气管道的腐蚀影响,并采取合理的防护措施,对能源输送安全至关重要,但现有预测方法缺乏对管道金属与土壤间非线性极化影响的系统研究。该文建立考虑非线性极化效应时直流接地极入地电流对埋地油气管道耦合电压和电流的数学模型;提出矩量法与有限元法结合计算含非线性极化交界面三维电流场的方法,并试验验证该方法的有效性;对不考虑极化、考虑线性和非线性极化时的计算与试验结果进行对比,获得误差分析结果;最后,进行工程应用分析。结果表明：提出的计算方法可有效考虑非线性极化效应的影响,采用不考虑极化或线性极化影响的计算结果进行管道腐蚀评估,将导致腐蚀风险被高估或低估。为准确预测管道电压和电流,管道金属与土壤间的非线性极化效应不可忽略。在管道设计和建设中,考虑非线性极化影响将避免增加不必要的防护和维护成本,或避免预测不足带来的腐蚀风险。     

考虑非线性极化的接地极对管道泄漏电流计算及验证

直流接地极对邻近埋地油气管道的腐蚀影响和危险影响问题日益突出,迫切需要更为准确的计算方法。文中在前续研究的基础上,将管道和接地装置使用矩量法建立等效电路模型,将管道表面破损处的极化效应考虑为非线性受控电压源,由此给出了考虑金属表面非线性极化的直流接地极对埋地金属管道影响计算方法。并通过搭建高压直流接地极和油气管道的缩比试验模型进行实验研究,得出了管道表面的断电电位和泄漏电流密度。基于实验结果对计算方法进行了有效性验证,结果表明该计算方法与测试结果在工程应用范围内吻合较好,可为工程应用提供估算参考。     

直流接地极引起的高速铁路综合接地系统直流电流计算北大核心CSCD

随着我国高速铁路的广泛延伸,直流接地极与高速铁路相接近的情况时有发生。直流接地极入地电流可能会对高速铁路综合接地系统造成影响。为了评估直流接地极对高速铁路综合接地系统的影响情况,文中建立了高速铁路综合接地系统的直流电流分布的分析模型,获得了高速铁路沿线轴向直流电流分布和单位长度泄漏电流密度分布,说明了直流接地极对高速铁路综合接地系统的电腐蚀影响机理,并分析了土壤电阻率、直流接地极距离等因素对电腐蚀程度的影响。研究结果表明,直流接地极对高速铁路综合接地系统有一定的电腐蚀影响,应重点关注距离直流接地极较近并处于高土壤电阻率地区的高速铁路线路的电腐蚀情况。     

±1100 kV特高压直流接地极对埋地油气管道直流干扰实测与分析

直流接地极电流会对大范围的埋地油气管道造成腐蚀和危险影响,特别是±1 100 k V特高压直流接地极,额定入地电流大,影响程度更大,影响范围更广。为获得特高压直流接地极对埋地油气管道的影响水平和管道电压分布规律,文中首次在昌吉—古泉±1 100 kV特高压直流输电工程调试期间,对邻近的川气东送管道进行了全面的测试,得到了管道通/断电电位分布、泄漏电流密度、阀室引压管电压和土壤电位梯度。根据现有标准中管道直流干扰的各项评价指标对管道测试结果进行了分析,相关测试结果可为川气东送管道的安全运行维护提供数据支撑,也可为后续直流接地极选址和埋地油气管道路径选择提供参考。     

±800kV泰州换流站接地极入地电流对交流电网的直流偏磁影响

针对换流站直流接地极入地电流对交流电网的直流偏磁影响问题,以±800 kV泰州换流站接地极为例,分析了接地极直流电流对交流电网影响机理,对泰州换流站接地极土壤电阻率进行了实测,对电阻率实测结果进行了分层反演,并在此基础上建模仿真研究了锡盟—泰州±800 kV特高压直流输电工程受端换流站接地极对受端电网的直流偏磁影响。通过分析比较换流站试运行期间变电站偏磁情况,验证了建模分析的准确性和有效性,并得到部分站点变压器将存在严重的直流偏磁风险的结论,最后对偏磁电流超标站点进行了隔直治理,从而提升了电网整体安全稳定运行水平。     

直流接地极与大地中金属管道的防护距离

针对直流输电工程接地极对地下金属构件的腐蚀问题,对电腐蚀的特性进行了分析,确定了大地金属构件腐蚀的限值。因海岸与陆地直流接地极计算模型不同,考虑到海洋面积远大于陆地面积,且海水的电阻率远小于大地土壤电阻率,对附近大地电位的分布影响较大,因此海岸直流接地极应根据周围的地质环境建立计算模型。考虑到海洋对大地电位的影响,对大地土壤电位梯度进行了计算,预估了海岸直流接地极与地下金属构件的防护距离。     

土壤电阻率的温度特性及其对直流接地极发热的影响

为了更准确地分析接地极的发热情况,确保接地系统的安全运行,通过土壤温升模拟试验,获得了土壤在一定温度范围内的电阻率与温度、含水量的变化规律,试验结果表明:当温度较高时,土壤水分蒸发加快,土壤电阻率迅速增大,并呈指数上升。基于试验结果,结合电流场理论及传热学原理,建立了简单直线型接地极的发热仿真模型,从仿真结果中发现:土壤电阻率的变化会影响接地极表面的散流分布,从而改变接地极附近土壤的温度分布。对比传统计算模型中将土壤电阻率视为恒定的情况,该模型计算结果说明接地极附近土壤温升速度更快。试验及仿真结果说明,计算时考虑土壤电阻率的温度特性对接地极发热的影响,将有利于接地极的安全设计和维护。     

直流接地极入地电流对地电阻率观测的干扰研究

随着特高压直流输电工程的建设,直流输电系统对邻近地震台站的地震观测干扰日显突出。基于直流输电系统对地电阻率观测的干扰机理,引入等值复镜像法,建立了大尺度范围下3维复杂土壤电性模型,推导了接地极入地电流在土壤任一点的电位计算公式。在±800 kV锦屏—苏南特高压直流输电工程带电调试期间,进行了地电阻率观测台与野外观测点的联合地电阻率观测干扰实验。结果表明,在线路与观测点的距离不超过10 km时,提出的数学模型及其计算方法具有较高的精度,其计算误差不超过10.28%。     

直流接地极电流干扰下埋地金属管道防护距离影响因素研究

随着直流输电工程建设的快速发展及直流输电工程与埋地金属管道相邻不断增多,接地极极址的选择变得越来越困难。接地极对管道直流腐蚀影响的程度不仅与接地极电流和接近距离有关,还与土壤电阻率、土壤pH值和管道防腐层类型有关。文中在管道电路模型的基础上,建立了考虑管道极化效应的电路模型。通过文中计算方法的计算结果与CDEGS计算结果的对比,验证了文中算法的正确性。获得了典型设计参数下接地极与埋地金属管道的可供工程参考的防护距离,分析了土壤电阻率、土壤pH值、管道防腐层类型对接地极电流干扰下管道防护距离的影响。土壤电阻率和管道防腐层类型对管道防护距离影响较大,土壤pH值几乎不改变管道的防护距离。     

饱和水土壤电阻率温度特性及对直流接地极温升的影响

针对土壤含水量较高的区域直流接地极温升特性不明的问题,对不同类型的土壤进行了水饱和温升电阻率测量。并在此基础上建立了饱和水土壤接地极的电热耦合有限元模型。通过算例与未考虑含水饱和土壤电阻率温升效应的仿真结果进行对比,发现其温升结果明显偏低,随着电流注入时间的增加,电极温升曲线的饱和度变得更加明显。最后进行了饱和水土壤垂直电极的温升试验,验证了耦合模型的可靠性。实验和仿真结果表明,考虑饱和水土壤温度特性可使计算误差降低31.84%。因此,结合饱和水土壤电阻率温度特性对接地极进行温升计算,能更大程度的保证计算的准确性。     

高压直流接地极单极运行对埋地管道电位的干扰与影响

为评价接地极单极运行对埋地油气管道的电位干扰情况,采用Beasy仿真计算软件建立了考虑管道阴极保护系统和管道极化效应的电路仿真模型,通过仿真计算研究了接地极不同极性、不同入地电流和接地极与管道的距离对管道的极化电位分布影响规律。结果表明：接地极的入地电流越大,管道受干扰的极化电位越大,入地电流与极化电位满足线性关系;接地极与管道的垂直距离越短,靠近接地极端的近端管道越短,管道受干扰的极化电位越大。管道的阴极保护系统会抑制部分高压直流产生的杂散电流;对于现场实际工况,需考虑管道阴极保护系统对接地极杂散电流的影响。     

直流工程接地极入地电流对埋地金属管道的影响

直流输电工程单极大地回线运行时,直流接地极入地电流对管网公司管道造成管道上设备异常和管道腐蚀两方面影响。利用CDEGS软件建立了直流接地极对埋地金属管道电磁影响的仿真计算模型,计算了直流接地极对管网公司管道的影响程度,分析了直流接地极附近管网公司金属管道设备异常原因。结合计算分析结果提出了限制直流输电系统对埋地金属管道影响的措施。     

土壤异质性对模拟直流场环境下X70钢的腐蚀行为影响

通过模拟直流接地极不平衡电流场,研究了X70钢在四川宜宾±800 kV复龙特高压直流换流站接地极附近土壤中的腐蚀行为.结果表明,土壤性质对埋地金属的腐蚀性影响较大.其中,土壤pH值对X70钢在直流接地极附近土壤中的腐蚀速率有影响显著,腐蚀速率与土壤酸碱性的关系为酸性>中性>碱性;同时,土壤总含盐量越大,金属腐蚀速率越大...