埋地管道地磁感应电流和管地电位的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种埋地管道地磁感应电流和管地电位的测量装置及方法。测量装置包括：数个管道测试桩、数个参比电极、数个ＧＰＳ同步记录装置和一个数据处理装置，数个管道测试桩和数个参比电极用于获得数个测量点处的管地瞬时电位，数个ＧＰＳ同步记录装置用于记录管地瞬时电位数据，一个数据处理装置用于根据所述管地瞬时电位数据获得地表电场强度、管道参数、地磁感应电流和管地电位，以及地磁感应电流和管地电位在同一地点不同时刻的时间分布和在同一时刻不同地点的空间分布。本发明专利技术可以得到准确的地磁感应电流和管地电位以及其时间和空间分布，具有多功能、高精度等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及埋地管道系统监测领域，特别是一种埋地管道地》兹感应电流 和管地电位的测量装置及方法。
技术介绍
太阳黑子、耀斑和日冕等一系列太阳活动会产生磁暴，磁暴干扰地磁场 的变化。由电磁感应原理可知，埋地管道(埋地导体中的一种)会产生感应电流，即地磁感应电流(简称GIC)。由于太阳风流动的方向较固定(多为东-西 向)，因此由地磁暴引起的埋地管道的地磁感应电流具有较强的方向性， 一般 而言，东-西走向的埋地管道线路中可能产生较大的地磁感应电流。该地磁 感应电流的存在加大了杂散电流对埋地管道阴极保护的干扰，并且破坏了埋 地管道防腐阴极保护负电位，严重地影响了阴极保护的效果，甚至还会导致 阴极保护失效。另外，由于人口密度、土地资源、电力行业和石化行业对传输路径的择 优原则相近等原因，使得高压输电线与埋地管道长距离平行建设的情况时有 发生。当高压输电线与埋地管道平行时，由于高压输电线产生的交变电磁场 的影响，在埋地管道上将会感应出交流电压和电流，引起管道腐蚀。目前高 压输电线对埋地管道腐蚀的机理和防护是一直未能很好解决的问题。研究表 明，高压输电线对埋地管道的影响与空间天气对埋地管道的影响具有相同的 特性，因此为了对管道腐蚀和管道维护进行进一步的分析和研究，埋地管道 地磁感应电流和管地电位的测量极为重要，是研究管道腐蚀保护的重要参数。目前，还没有专门测量埋地管道地磁感应电流和管地电位的装置和方法， 只是现有埋地管道阴极保护测量装置中采用两种方式测量埋地管道中的电流软测量方法和一般测量方法。软测量方法是根据线电流理论及 Biot-Savart定律I=2ttRB/jli，其中，I为线电流，R为电流到测量点的距 离，B为/f兹感应强度，jLl为》兹导率。通过在对应埋地管道正上方的地面上测量 管道电流产生的磁感应强度B、埋地管道中轴线到测量点的距离R和空气中的 磁导率H (磁导率iLi假定为真空磁导率ja。)，就可计算出埋地管道中的电流。 一般测量方法是利用阴极保护评价中使用的常规电位降法，利用欧姆定律测 量管道电流，通过在长度已知的管道上，在有两个测试桩的地方测量该管段 上的电位降和该管段的电阻，利用欧姆定律就可求得管道中流动的电流。在软测量方法中，应该考虑三个因素磁感应强度B的测量、磁导率u 的测量和电流到测量点距离R的测量。对于磁感应强度B的测量，目前在国 外杂散电流测绘仪中应用的高灵敏磁感应强度感应器只能感应0. 1Hz以上频 率范围的磁感应强度，例如目前普遍用于管道电流测量的杂散电流测绘仪 SCM(英国雷迪/〉司制造，其说明书见网站www. radiodetection. com),其响应 频率范围为0. lHz 80Hz。而磁暴发生时，产生地》兹感应电流的频率在 0. 001 ~ 1 Hz之间(参见Antti Pulkkinen, Geomagnetic Induction During Highly Disturbed Space Weather Conditions: Studies Of Ground Effects, Finnish Meteorological Institute Contributions No. 42 , pplO, Aug, 2003),所以现有的杂散电流测绘仪不能用于管道地磁感应电流和管地电位的 测量。虽然有些大型高精度的磁感应设备能实现此频率范围段的电流测量，但是性能价格比太低，无法在实际生产中应用。对于磁导率JLl的测量，因为管道电流产生的磁场要穿过土壤，因此实际的磁导率in与真空磁导率n 。有差 别，应该利用土壤和空气的混合磁导率，但是混合磁导率的测量又是一个尚 未克服的难题。对于电流到测量点距离R的测量，由于埋地管道并不是线电 流理论中的导线，管道与磁场强度测量点的距离相对较近，所以测量中就不 能简单地将圆环形管道作为理想导线进行分析求解。由此可见，利用软测量 方法尚不能获得准确的电流。在一般测量方法中，虽然可以测出管道中流动的电流，而却忽略了》兹暴发生时在管道上产生的等效电场强度E。，而电场强度E。是求解管道地磁感应 电流和管地电位必须考虑的核心内容，所以一般测量方法也不能获得准确的 电流。综上所述，现有技术的测量方法都不能用来准确地测量埋地管道的地》兹 感应电流和管地电位。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种埋地管道地磁感应电流和管地电位的测量装置 及方法，有效解决现有技术不能准确地测量埋地管道的地,兹感应电流和管地 电位等技术缺陷。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种埋地管道地》兹感应电流和管地电 位的测量装置，包括数个管道测试桩和数个参比电极，数个管道测试桩和数个参比电极分别 设置在数个测量点，每个管道测试桩的一端与埋地管道连接，另一端伸出地 面，每个参比电极的一端埋设在土壤中，另一端伸出地面，用于获得数个测 量点处的管地瞬时电位；数个GPS同步记录装置，分别设置在数个测量点，每个GPS同步记录装 置分别与每个测量点处的所述管道测试桩和参比电极连接，用于记录具有时 标的管地瞬时电位数据；一个数据处理装置，分别与数个GPS同步记录装置通信连接，接收每个 GPS同步记录装置发送的管地瞬时电位数据，根据所述管地瞬时电位数据获 得地表电场强度、管道参数、地磁感应电流和管地电位，以及地磁感应电流 和管地电位在同 一地点不同时刻的时间分布和在同 一 时刻不同地点的空间分 布。所述GPS同步记录装置包括信号处理模块，分别与所述管道测试桩和参比电极连接，用于从管道测试桩和参比电4及获得管地瞬时电位，并处理；AD数据采集模块，与所述信号处理模块连接，用于从所述信号处理模块 采集经过处理的数据；中心处理模块，与所述AD数据采集模块连接，用于记录经过处理的管地 瞬时电位数据和同步时间，并控制各^t块运行；GPS天线，通过GPS模块与所述中心处理模块连接，用于向中心处理模 块提供同步启动时间，使中心处理模块控制AD数据采集模块按照设定的同步 启动时间进行数据采集和记录；通信天线，通过通信模块与所述中心处理模块连接，用于向中心处理模 块发送所述数据处理装置的请求，将管地瞬时电位数据向所述数据处理装置 发送。所述数据处理装置包括天线通信模块，分别与数个GPS同步记录装置通信连接，向每个GPS同 步记录装置发送数据请求，并从每个GPS同步记录装置接收管地瞬时电位数 据；数据计算模块，用于根据所述管地瞬时电位数据获得地表电场强度、管 道参数、地磁感应电流和管地电位，以及地磁感应电流和管地电位在同 一地 点不同时刻的时间分布和在同 一 时刻不同地点的空间分布； 存储模块，用于存储所述地磁感应电流和管地电位数据； 显示模块，用于显示所述地磁感应电流和管地电位数据； 中心控制模块，分别与所述天线通信模块、数据计算模块、存储模块和 显示模块连接，用于控制各模块的工作。 所述数据处理装置还包括数据查询模块，与所述中心控制模块连接，用于数据查询处理； 报警模块，与所述中心控制模块连接，用于报警处理。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种埋地管道地,兹感应电流和管地电位的测量方法，包括步骤1、测量数个测量点处埋地管道的管地瞬时电位；步骤2、根据数个测量点处同一时刻的管地瞬时电位获得地表电场强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种埋地管道地磁感应电流和管地电位的测量装置，其特征在于，包括：　数个管道测试桩和数个参比电极，数个管道测试桩和数个参比电极分别设置在数个测量点，每个管道测试桩的一端与埋地管道连接，另一端伸出地面，每个参比电极的一端埋设在土壤中，另一端伸出地面，用于获得数个测量点处的管地瞬时电位；　数个ＧＰＳ同步记录装置，分别设置在数个测量点，每个ＧＰＳ同步记录装置分别与每个测量点处的所述管道测试桩和参比电极连接，用于记录具有时标的管地瞬时电位数据；　一个数据处理装置，分别与数个ＧＰＳ同步记录装置通信连接，接收每个ＧＰＳ同步记录装置发送的管地瞬时电位数据，根据所述管地瞬时电位数据获得地表电场强度、管道参数、地磁感应电流和管地电位，以及地磁感应电流和管地电位在同一地点不同时刻的时间分布和在同一时刻不同地点的空间分布。

【技术特征摘要】

【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：11[中国|北京]