特高壓直流輸電(UHVDC)接地極入地電流和地磁暴對(duì)埋地管道的干擾效應(yīng)是電網(wǎng)和油氣管網(wǎng)發(fā)展需要研究的問(wèn)題,該問(wèn)題涉及電工學(xué)、工程學(xué)、空間物理和地球物理等學(xué)科,單靠理論分析存在一定的局限性,需要科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明。本文通過(guò)管道雜散電流(包括地磁感應(yīng)電流GIC)和管地電位(PSP)的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)和建模計(jì)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(chǔ)上提出了有效的管道雜散電流防治方案。主要內(nèi)容及成果如下:(1)根據(jù)埋地管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),設(shè)計(jì)雜散電流和PSP監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)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(yīng)電流GIC)和PSP監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明,在6250A接地極入地電流時(shí),距接地極150km管道的雜散電流為3.3A,PSP偏移量會(huì)超過(guò)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(duì)較小,大地磁暴的GIC為7.5A,PSP偏移量為430mV。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),為認(rèn)識(shí)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(jié)合三維大地電阻率模型和經(jīng)典傳輸線理論對(duì)管道雜散電流和PSP算法進(jìn)行改進(jìn),利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明了算法的準(zhǔn)確性;獲得了管道離UHVDC接地極距離對(duì)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(hù)電流大小、絕緣接頭間距以及管道的走向和結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系,認(rèn)識(shí)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(jié)合的方法,對(duì)管道的GIC和PSP的理論計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn),通過(guò)仿真計(jì)算結(jié)果和監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了地磁暴侵害埋地管道干擾效應(yīng)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(yīng)的特征和規(guī)律,確定了不同強(qiáng)度地磁暴侵害埋地管道可能造成管道腐蝕的影響因素,認(rèn)識(shí)了地磁暴電磁干擾對(duì)中低緯埋地管道的腐蝕影響較大。本文的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算取得的研究成果,改變了以往地磁暴對(duì)高緯地區(qū)管道影響大和大地磁暴存在影響的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),探明的埋地管道的雜散電流(GIC)和PSP效應(yīng)的特征和規(guī)律,對(duì)管道的腐蝕防治具有重要的意義。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)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(duì)埋地管道的電磁干擾問(wèn)題??由于中低緯國(guó)家對(duì)地磁暴ＧＭＤ侵?jǐn)_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(rèn)識(shí)地面管網(wǎng)系統(tǒng)的地磁干擾問(wèn)題僅在高緯國(guó)??家得到重視。然而，在地磁暴ＧＭＤ的驅(qū)動(dòng)機(jī)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(guān)，驅(qū)動(dòng)ＧＭＤ的極光電集流東西向流動(dòng)，??感生地電場(chǎng)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(chǎn)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(chǎng)??向電流［｜８１，因此高緯地區(qū)的電離層電流效應(yīng)及規(guī)律不適用中低緯地區(qū)。??此外，與ＵＨＶＤＣ接地極地電流對(duì)埋地管道的電磁干擾相比，地磁暴的干擾??是全球性的，其對(duì)管道的影響范圍更廣［１９｜；在管道的ＧＩＣ和ＰＳＰ的產(chǎn)生機(jī)理上，??根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，地磁暴產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在管道中賁接感應(yīng)出電場(chǎng)，通??過(guò)管道金屬外壁、絕緣涂層、漏點(diǎn)與大地形成回路，從而產(chǎn)生電流和電位干擾［２（）］，??這一過(guò)程導(dǎo)致ＧＩＣ和ＰＳＰ的偏移量隨著管道長(zhǎng)度的增加而增大［２１１。隨著國(guó)家經(jīng)??

Ｆｉｇ．?１－２?ＵＨＶＤＣ?ｇｒｏｕｎｄ?ｒｅｔｕｒｎ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ??１．１．２地磁暴對(duì)埋地管道的電磁干擾問(wèn)題??由于中低緯國(guó)家對(duì)地磁暴ＧＭＤ侵?jǐn)_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(rèn)識(shí)地面管網(wǎng)系統(tǒng)的地磁干擾問(wèn)題僅在高緯國(guó)??家得到重視。然而，在地磁暴ＧＭＤ的驅(qū)動(dòng)機(jī)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(guān)，驅(qū)動(dòng)ＧＭＤ的極光電集流東西向流動(dòng)，??感生地電場(chǎng)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(chǎn)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(chǎng)??向電流［｜８１，因此高緯地區(qū)的電離層電流效應(yīng)及規(guī)律不適用中低緯地區(qū)。??此外，與ＵＨＶＤＣ接地極地電流對(duì)埋地管道的電磁干擾相比，地磁暴的干擾??是全球性的，其對(duì)管道的影響范圍更廣［１９｜；在管道的ＧＩＣ和ＰＳＰ的產(chǎn)生機(jī)理上，??根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，地磁暴產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在管道中賁接感應(yīng)出電場(chǎng)，通??過(guò)管道金屬外壁、絕緣涂層、漏點(diǎn)與大地形成回路，從而產(chǎn)生電流和電位干擾［２（）］，??這一過(guò)程導(dǎo)致ＧＩＣ和ＰＳＰ的偏移量隨著管道長(zhǎng)度的增加而增大［２１１。隨著國(guó)家經(jīng)??

第２章ＵＨＶＤＣ和地磁暴干擾埋地管道機(jī)于ＵＨＶＤＣ和地磁暴干擾下埋地管道腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的需要，本章管網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行研宄，以此為基礎(chǔ)分析ＵＨＶＤＣ和地磁暴產(chǎn)擾效應(yīng)的機(jī)理過(guò)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(duì)管道腐蝕量的影響進(jìn)行對(duì)比研宄。??地油氣管網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)??管道的構(gòu)造與特點(diǎn)??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(guān)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(wú)特殊將輸油管道和天然氣管道統(tǒng)稱為管道。??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2892948