一种埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，该方法包括：步骤一，建立LZS-DSPL模型；步骤二，辨识LZS-DSPL模型参数“土壤纵向电阻”；步骤三，给定地磁暴数据、输入管道及附近环境相关参数；步骤四，采用基尔霍夫定律回路电路法或节点电压法建立GIC和PSP矩阵方程；步骤五，求解GIC和PSP矩阵方程的数值解，并绘出GIC和PSP曲线。本发明专利技术的埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算该方法，考虑了电力系统和管道的接地概念的差异，以及土壤电阻的核心作用，提高了模型的精确性，使管道GIC和PSP理论与实际监测值很逼近，有利于实际管道系统进行精确仿真分析研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及埋地油气管道自然灾害防御
，具体涉及一种埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法。
技术介绍
地磁暴作为一种自然灾害及其防御措施已经越来越引起人们的关注，而埋地油气管道(简称管道)系统数学模型是研究地磁暴对管道影响的重要理论基础。与本专利技术相关的现有技术是：A.P等最先于2001年提出使用高压工频电力系统分布源传输线模型(简称AP-DSTL模型)代替管道系统数学模型，建立了管道受地磁暴影响的AP-DSTL模型如图1所示，其中，第一段管道参数R11、R21和ES-11分别代表纵向电阻、横向电阻和地表面电场强度，第二至n段等参数类推。这已成为管道和铁路地磁暴研究的重要理论基础，2013年BotolerD.等将其写成双端口网络形式。本专利技术的专利技术人研究表明，该模型的缺点是：(1)“参比电极地”的假设条件不合理。在AP-DSTL模型中，A.P等假设P/S指的是管道和理想大地之间的电位，即：管道所有P/S中的“参比电极地”是理想大地的“金属等电位点”。在管道阴极保护中，P/S指的是管道和其附近的参比电极之间的电位，因此，AP-DSTL模型的P/S与阴极保护P/S概念不符。(2)在管道DSTL模型中，电势和内阻“张冠李戴”。从模型结构可以看出，模型物理意义不统一。AP-DSTL模型将管道电阻与土壤电场强度两个参数放在同一支路作为分布源，致使参数“错位”。(3)AP-DSTL模型结构不能解释“埋地”物理意义。理论分析表明，由于假定参比电极地被理想地连在一起，AP-DSTL模型描述的既不是“埋地”管道，也不是“架空”管道，而是被放在“金属屏蔽层”里的管道。(4)AP-DSTL模型参数没有体现“埋地”特征。从AP-DSTL模型看出，没有表征“埋地”的参数，与实际管道系统不符。(4)恒电位仪对管道的作用不正确。(5)去耦合器等装置对管道的影响不正确。(6)地磁感应电流GIC(GeomagneticallyInducedCurrent)和管地电位PSP(PipetoSoilPotential)理论计算过大，与实际监测值相差甚远。本专利技术的专利技术人认为，造成其错误的主要原因是：A.P和BotelerD.等认为，电力系统和管道的接地概念一致。(1)AP-DSTL模型是输电线模型类比平移。A.P等最早沿袭输电线“接地”习惯，通过类比将“输电线路电缆模型”平移到埋地管道上建立了AP-DSTL模型，在模型中沿用“电缆模型”中的“电缆屏蔽层等电位点”概念“机械”地代替了管道所有P/S中的“参比电极地”。这个AP-DSTL模型等价于在管道涂层上包了金属屏蔽层管道模型，而没有体现“埋地或土壤”的影响。所以，AP-DSTL模型并不是“埋地”管道受空间天气影响的模型。(2)管道参比电极与输电线路两者的“接地”概念不同。输电线路接地的功能：在系统故障时能迅速排泄故障电流并降低电网的对地电位，在正常运行时可以当作一条输电线路使用。因此，电网安全运行的重要保证是必须为分布在电网里的各种电气设备利用国家技术标准设计接入公共参考大地的局部金属接地点，集合形成“准零电阻接地网”。显而易见，通过输电线模型类比平移得到的AP-DSTL模型，没有考到埋地管道附近的土壤纵向电阻，所以，几乎不可能正确地描述受地磁暴影响的埋地管道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，该方法考虑了电力系统和管道的接地概念的差异，以及土壤电阻的核心作用，提高了模型的精确性，使管道GIC和PSP理论与实际监测值很逼近，有利于实际管道系统进行精确仿真分析研究。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，该方法包括以下步骤：步骤一，建立LZS-DSPL模型；步骤二，辨识LZS-DSPL模型参数“土壤纵向电阻”；步骤三，给定地磁暴数据、输入管道及附近环境相关参数；步骤四，采用基尔霍夫定律回路电路法或节点电压法建立GIC和PSP矩阵方程；步骤五，求解GIC和PSP矩阵方程的数值解，并绘出GIC和PSP曲线。优选的是，在所述步骤一中，所述LZS-DSPL模型是一种考虑了土壤纵向电阻的能够适用于埋地油气管道受地磁暴影响的分布源管道数学模型，土壤电场强度和管道电场强度通过LZS-DSPL模型来计算确定。在上述任一技术方案中优选的是，在所述步骤一中，所述LZS-DSPL模型采用以公里为单位的n段管道来建立数学模型结构。在上述任一技术方案中优选的是，在所述步骤一中，所述LZS-DSPL模型包括两种结构：具有管道电场强度的LZS-DSPL-I模型结构和具有土壤电场强度的LZS-DSPL-II模型结构。在上述任一技术方案中优选的是，所述LZS-DSPL-I模型结构由n段管道连接构成，管道纵向电阻、涂层横向电阻、土壤纵向电阻、管道电场强度连接构成第一段管道，管道纵向电阻、涂层横向电阻、土壤纵向电阻、管道电场强度连接构成第二段管道，第三段至第n段管道的构成依次类推。在上述任一技术方案中优选的是，所述LZS-DSPL-II模型结构由n段管道连接构成，管道纵向电阻、涂层横向电阻、土壤纵向电阻、管道电场强度连接构成第一段管道，管道纵向电阻、涂层横向电阻、土壤纵向电阻、管道电场强度连接构成第二段管道，第三段至第n段管道的构成依次类推。在上述任一技术方案中优选的是，在所述步骤一中，建立LZS-DSPL模型，还可再以LZS-DSPL模型为基础建立E-LZS-DSPL模型，通过E-LZS-DSPL模型来模拟附加装置或设备时的参数计算。在上述任一技术方案中优选的是，所述E-LZS-DSPL模型采用以公里为单位的n段管道建立数学模型结构，E-LZS-DSPL模型包括E-LZS-DSPL-I模型和E-LZS-DSPL-II模型两种结构。在上述任一技术方案中优选的是，所述E-LZS-DSPL-I模型由n段管道连接构成，管道纵向电阻、涂层横向电阻、土壤纵向电阻、管道电场强度连接构成第一段管道，管道纵向电阻、涂层横向电阻、土壤纵向电阻、管道电场强度连接构成第二段管道，第三段至第n段管道的构成依次类推，通过在第一段管道和最后一段管道分别增设恒电位仪模型来计算确定管道附加等效电压源后的土壤电场强度和管道电场强度。在上述任一技术方案中优选的是，所述E-LZS-DSPL-II模型由n段管道连接构成，管道纵向电阻、涂层横向电阻、土壤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，该方法包括以下步骤：步骤一，建立LZS‑DSPL模型；步骤二，辨识LZS‑DSPL模型参数“土壤纵向电阻”；步骤三，给定地磁暴数据、输入管道及附近环境相关参数；步骤四，采用基尔霍夫定律回路电路法或节点电压法建立GIC和PSP矩阵方程；步骤五，求解GIC和PSP矩阵方程的数值解，并绘出GIC和PSP曲线。

【技术特征摘要】
1.一种埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，建立LZS-DSPL模型；
步骤二，辨识LZS-DSPL模型参数“土壤纵向电阻”；
步骤三，给定地磁暴数据、输入管道及附近环境相关参数；
步骤四，采用基尔霍夫定律回路电路法或节点电压法建立GIC和PSP矩阵方程；
步骤五，求解GIC和PSP矩阵方程的数值解，并绘出GIC和PSP曲线。
2.如权利要求1所述的埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，其特征在于：在所述步骤一中，所述LZS-DSPL模型是一种考虑了土壤纵向电阻的能够适用于埋地油气管道受地磁暴影响的分布源管道数学模型，土壤电场强度和管道电场强度通过LZS-DSPL模型来计算确定。
3.如权利要求1所述的埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，其特征在于：在所述步骤一中，所述LZS-DSPL模型采用以公里为单位的n段管道来建立数学模型结构。
4.如权利要求1所述的埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，其特征在于：在所述步骤一中，所述LZS-DSPL模型包括两种结构：具有管道电场强度的LZS-DSPL-I模型结构和具有土壤电场强度的LZS-DSPL-II模型结构。
5.如权利要求4所述的埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，其特征在于：所述LZS-DSPL-I模型结构由n段管道连接构成，管道纵向电阻（R11）、涂层横向电阻（R21）、土壤纵向电阻（R31）、管道电场强度（EP-11）连接构成第一段管道，管道纵向电阻（R12）、涂层横向电阻（R22）、土壤纵向电阻（R32）、管道电场强度（EP-12）连接构成第二段管道，第三段至第n段管道的构成依次类推。
6.如权利要求4所述的埋地油气管道受地磁暴影响的GIC和PSP的计算方法，其特征在于：所述LZS-DSPL-II模型结构由n段管道连接构成，管道纵向电阻（R11）、涂层横向电阻（R21）、土壤纵向电阻（R31）、管道电场强度（EG-11）...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志珊，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11