埋地金属能源输送管道工频电流下烧蚀程度评估方法技术

本发明专利技术公开了一种埋地金属能源输送管道工频电流下烧蚀程度评估方法，首先，进行电弧烧蚀模拟试验，需要改变管道切片规格、调整电流大小和燃弧时间，重复进行试验，每组试验后测量管道切片的烧蚀量；然后，在电弧烧蚀模拟试验完成后，进行烧蚀特性分析过程，度量烧蚀程度的参数包括烧蚀深度、烧蚀面积、烧蚀失重、烧蚀体积、温度；度量烧蚀能量的参数包括电流大小和燃弧时间，分析时以考虑电流大小和燃弧时间两种变量的幂函数权重，并添加常数作为修正，通过改变可控系数控制时间电流因子，对烧蚀变量数据的变化趋势进行拟合和回归分析。本发明专利技术解决了实际试验中电流幅值偏差不利于进行定量分析的难题。

【技术实现步骤摘要】
埋地金属能源输送管道工频电流下烧蚀程度评估方法
本专利技术涉及电力工程
，具体涉及埋地金属能源输送管道切片试验装置。
技术介绍
油气管道和电网都是能源安全的命脉，近年来经济的快速发展使得我国对能源的需求日益增加，但我国特殊的地理环境造就了以化石能源为主的能源布局与电力消费存在地理上的逆向分布，这使得大规模、长距离的能源输送成为必然，截至目前，我国已有16万公里在运的油气管道，为充分发挥有限国土资源优势，电力线路与输油输气管道无可避免地会出现路径的交叉跨越情况，在部分土地紧张区域甚至存在长距离共用公共走廊的情况，大量电力通道和油气管道并行，两者之间电磁兼容问题(包括磁场耦合和电场耦合)越来越严重，一旦管道系统因此受到破坏，会造成对生态环境的严重破坏，也可能带来重大安全生产事故，因此大区域电网对埋地金属管道的安全影响已成为一个十分敏锐的问题。交流输电线路正常运行接近油气管道时，若是输电线路发生短路故障或雷击故障，突然升高的故障电流会造成管道耦合电压大幅度增加，另一方面阻性耦合的作用会使得土壤电位变高加剧管道对地电压的升高，较大的对地电压会破坏或击穿管道防腐层，更大时甚至可能发生人身事故。因此，有必要研究电网接地故障时电流对管道的烧蚀影响，为进行安全评估和预防措施提供理论保障。在烧蚀特性分析过程中，度量烧蚀程度的参数包括烧蚀深度、烧蚀面积、烧蚀失重、烧蚀体积、温度；度量烧蚀能量的参数包括电流大小和燃弧时间。理论上可通过控制单一变量，如在电流幅值不变的情况下，改变电流的持续时间，研究电流持续时间与烧蚀参量的影响。但在实际试验中，每一次的电流幅值都会有偏差，不利于进行定量分析。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种埋地金属能源输送管道工频电流下烧蚀程度评估方法，解决烧蚀程度评估的定量分析问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：埋地金属能源输送管道工频电流下烧蚀程度评估方法，首先，进行电弧烧蚀模拟试验，需要改变管道切片规格、调整电流大小和燃弧时间，重复进行试验，每组试验后测量管道切片的烧蚀量；然后，在电弧烧蚀模拟试验完成后，进行烧蚀特性分析过程，度量烧蚀程度的参数包括烧蚀深度、烧蚀面积、烧蚀失重、烧蚀体积、温度；度量烧蚀能量的参数包括电流大小和燃弧时间，分析时以考虑电流大小和燃弧时间两种变量的幂函数权重，并添加常数作为修正，定义：y＝a+bx1cx2dK＝x1cx2dy＝a+bK式中a、b、c、d为可控系数，y为需要关注的因变量，分别为工频电流大小和燃弧时间，K为设定的时间电流因子，对于不同的因变量y，通过改变可控系数控制时间电流因子，对烧蚀变量数据的变化趋势进行拟合和回归分析。优选的，在每次电弧烧蚀模拟试验前测量管道切片的体积和重量，试验后测量管道切片的烧蚀深度、面积、体积、重量以及温度，并根据烧蚀前后重量计算烧蚀失重。优选的，在回归分析中，为了度量回归方程对测量值的拟合程度，引入拟合优度，其统计量为R2，代表回归平方和ESS在总平方和TSS中所占的比率，式中，为回归方程数据，yi为测量数据，为测量数据平均值，R2的值介于0到1之间，接近1说明回归直线对测量值的拟合程度越好，反之接近0说明拟合程度越差。优选的，对烧蚀失重和烧蚀深度，通过设定c、d的取值，探讨定系数情况下的线性拟合，然后使用MATLAB软件中的nlinfit函数和cftool工具箱对设定的函数进行多元非线性回归分析；对烧蚀体积差，烧蚀面积和烧蚀温度三个因变量，在烧蚀失重和烧蚀深度两种因变量分析的基础上直接划分a、b取值范围，并同样进行多元非线性回归分析，其中温度数据采集点存在两个，分别为试验后10s、20s；对烧蚀失重和烧蚀深度，通过改变c、d的取值，探讨定系数情况下的线性拟合，此时需要确定表达式中a、b的取值。本专利技术在整个电弧烧蚀模拟试验过程中，需要改变样品规格、调整电流大小和燃弧时间，重复进行试验。每组试验后需要对烧蚀后的形貌进行观测，对试验现象进行说明，并测量各个烧蚀量。之后对数据进行整理，就每个烧蚀量与烧蚀影响因素之间的关系拟合数据曲线，分析不同影响因素的权重。并且针对定量分析的问题，提出了时间电流因子这一个变量，并以此为核心就烧蚀能量与各个烧蚀量之间的关系进行计算，解决了实际试验中电流幅值偏差不利于进行定量分析的难题。本专利技术的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述：图1是试验回路的电气接线图；图2是试验回路原理图；图3是埋地金属能源输送管道切片试验装置的结构示意图图4是绝缘底板与伸缩支脚的连接结构示意图；图5是试验数据观测处理方案流程图；图中：1-工频电流发生器，2-电弧电流采集装置，3-电极和引弧丝，4-管道切片，5-绝缘围栏，6-绝缘底板，7-试验支架，8-支架固定片，9-固定卡扣。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了研究电网接地故障产生的电流对管道的烧蚀影响，设计了如图1至图4所示的埋地金属能源输送管道切片试验装置，包括试验支架7、设于试验支架的绝缘底板6、遮挡绝缘底板6的绝缘围栏5、工频电流发生器1、电极和引弧丝3、电弧电流采集装置2。绝缘底板用于固定管道切片4(试验样品)，管道切片连接回流铜排，回流铜排连接导线，导线接至工频电流发生器负极接地；工频电流发生器1用于产生工频电流，工频电流发生器1设有引出铜排，电极竖向放置，底部接近绝缘底板6，并将引弧丝夹在电极和管道切片之间，电弧电流采集装置2测量电弧电流。绝缘围栏设有开口，所述开口用于引出回流铜排，且对应开口设有摄像头。可以参考现有的工频电流发生器，如图1所示，工频电流发生器包括母线，隔离开关，断路器，感应电压调整器L，变压器T，时间继电器。电弧电流采集装置通过s和c处连接。对引弧丝而言，需要尽可能降低其熔化时间，在最短的时间内到达引弧的目的。最终选用了长约3mm，直径约为4mm，额定电流是60A的铅丝作为引弧丝，对于大于8kA的工频电流来说，完全可以在0.01s以内将引弧丝熔断。为了方便电极竖向固定，所述引出铜排连接延长铜排，所述电极配合垫片和螺栓固定于延长铜排上。在正式试验前，先就无围栏的试验平台对管道切片做过少量测试性试验。在工频电流施加的时间内，电弧燃烧并发出噼啪声，时间继电器切断试验回路后，电弧中断，并发出剧烈声响。即使设定的燃弧时间较短，依然会有剧烈的火花四溅现象。金属颗粒火花在电弧高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.埋地金属能源输送管道工频电流下烧蚀程度评估方法，其特征在于：/n首先，进行电弧烧蚀模拟试验，需要改变管道切片规格、调整电流大小和燃弧时间，重复进行试验，每组试验后测量管道切片的烧蚀量；/n然后，在电弧烧蚀模拟试验完成后，进行烧蚀特性分析过程，度量烧蚀程度的参数包括烧蚀深度、烧蚀面积、烧蚀失重、烧蚀体积、温度；度量烧蚀能量的参数包括电流大小和燃弧时间，分析时以考虑电流大小和燃弧时间两种变量的幂函数权重，并添加常数作为修正，定义：/ny＝a+bx

【技术特征摘要】
1.埋地金属能源输送管道工频电流下烧蚀程度评估方法，其特征在于：
首先，进行电弧烧蚀模拟试验，需要改变管道切片规格、调整电流大小和燃弧时间，重复进行试验，每组试验后测量管道切片的烧蚀量；
然后，在电弧烧蚀模拟试验完成后，进行烧蚀特性分析过程，度量烧蚀程度的参数包括烧蚀深度、烧蚀面积、烧蚀失重、烧蚀体积、温度；度量烧蚀能量的参数包括电流大小和燃弧时间，分析时以考虑电流大小和燃弧时间两种变量的幂函数权重，并添加常数作为修正，定义：
y＝a+bx1cx2d
K＝x1cx2d
y＝a+bK
式中a、b、c、d为可控系数，y为需要关注的因变量，分别为工频电流大小和燃弧时间，K为设定的时间电流因子，对于不同的因变量y，通过改变可控系数控制时间电流因子，对烧蚀变量数据的变化趋势进行拟合和回归分析。


2.根据权利要求1所述的埋地金属能源输送管道工频电流下烧蚀程度评估方法，其特征在于：在每次电弧烧蚀模拟试验前测量管道切片的体积和重量，试验后测量管道切片的烧蚀深度、面积、体积、重量以及温度，并根据烧蚀前后重量计算烧蚀失重。

【专利技术属性】
技术研发人员：张金鹏，丁梁，寇晓适，郭磊，张科，董曼玲，徐碧川，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司，国网浙江诸暨市供电有限公司，国网河南省电力公司电力科学研究院，国网江西省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33