一種布置埋地管道分段絕緣的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種布置埋地管道分段絕緣的方法及裝置，涉及埋地管道防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，為解決根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)埋地管道進(jìn)行分段絕緣設(shè)計(jì)的方法準(zhǔn)確性低，以及缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程的問(wèn)題。該布置埋地管道分段絕緣的方法包括：獲得初始管地電位差、第一管地電位差至第H管地電位差；再獲得最小管地電位差和對(duì)應(yīng)的位置向量；接著將最小管地電位差與埋地管道允許的最大管地電位進(jìn)行比較，當(dāng)滿足條件時(shí)，所獲得的與最小管地電位差對(duì)應(yīng)的位置向量即為目標(biāo)結(jié)果；否則將絕緣分段接頭的數(shù)量加1并重新獲得最小管地電位差，直到滿足條件為止。本發(fā)明提供的布置埋地管道分段絕緣的方法用于優(yōu)化布置埋地管道分段絕緣。
【專利說(shuō)明】
一種布置埋地管道分段絕緣的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及埋地管道防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種布置埋地管道分段絕緣的方法 及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)距離、大容量的送電工程越來(lái)越多，針對(duì)這種送電工 程，現(xiàn)有技術(shù)中一般通過(guò)高壓直流接地輸電系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電力的傳輸。這種高壓直流接地輸 電系統(tǒng)在投運(yùn)初期、年內(nèi)檢修以及故障排查時(shí)，均會(huì)采用單極大地運(yùn)行方式，且在采用這種 運(yùn)行方式時(shí)，通過(guò)接地極注入或抽出大地的直流電流可高達(dá)數(shù)千安培；因此，在這種情況 下，當(dāng)接地極與用于輸送油氣資源的埋地管道較為接近時(shí)，大地中的直流電流就會(huì)使埋地 管道的管地電位分布不均衡，即出現(xiàn)部分區(qū)域管地電位過(guò)高的現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致出 現(xiàn)陰極保護(hù)設(shè)備損壞、閥室處絕緣卡套放電等一系列問(wèn)題，為人員、設(shè)施及油氣資源的輸送 帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。
[0003] 目前，已經(jīng)有多種方法能夠解決上述管地電位過(guò)高的問(wèn)題，例如：局部接地法、陰 極保護(hù)法、分段絕緣法等;其中，分段絕緣法由于能夠依托于已有站場(chǎng)或監(jiān)控閥室進(jìn)行，而 具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì);這種分段絕緣法的原理是通過(guò)減小管道長(zhǎng)度，使被絕緣的部分盡可能分 別接近附近的地電位，從而減少土壤與埋地管道之間的電流，降低管地電位差。
[0004] 但在施工設(shè)計(jì)中采用這種分段絕緣法時(shí)，一般是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定所需要采用的絕緣 分段接頭數(shù)量及大致位置，然后計(jì)算埋地管道各處的管地電位;如果各處管地電位均在限 值以內(nèi)，則設(shè)計(jì)結(jié)束;如果存在個(gè)別區(qū)域管地電位大于限值，則需要重新按照經(jīng)驗(yàn)調(diào)整各絕 緣分段接頭的位置或增加絕緣分段接頭的數(shù)量，重新計(jì)算直至滿足要求為止。根據(jù)上述分 析可以看出，當(dāng)選取的絕緣分段接頭數(shù)量較少時(shí)，僅試圖通過(guò)優(yōu)化各絕緣分段接頭的位置 就會(huì)產(chǎn)生大量重復(fù)的計(jì)算；而當(dāng)采用的絕緣分段接頭數(shù)量較多時(shí)，雖然很快就能夠得到設(shè) 計(jì)方案，但可能該方案并非經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)；因此，這種根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)埋地管道進(jìn)行分段絕緣設(shè)計(jì) 的方法準(zhǔn)確性低，且缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程，還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種布置埋地管道分段絕緣的方法及裝置，用于解決根據(jù) 經(jīng)驗(yàn)對(duì)埋地管道進(jìn)行分段絕緣設(shè)計(jì)的方法準(zhǔn)確性低，以及缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程的問(wèn)題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明的第一方面提供一種布置埋地管道分段絕緣的方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟101，構(gòu)建土壤模型、接地極模型以及埋地管道模型；
[0009] 步驟102,將xo個(gè)絕緣分段接頭分布在埋地管道上，基于所述土壤模型、所述接地 極模型以及所述埋地管道模型，獲得初始管地電位差；
[0010] 步驟103,基于所述土壤模型、所述接地極模型以及所述埋地管道模型，根據(jù)預(yù)設(shè) 算法，將xo個(gè)絕緣分段接頭以Η種不同的分布方式分布在埋地管道上，并對(duì)應(yīng)獲得第一管地 電位差至第Η管地電位差;獲得所述初始管地電位差、所述第一管地電位差至所述第Η管地 電位差中的最小管地電位差，以及與所述最小管地電位差對(duì)應(yīng)的xo個(gè)絕緣分段接頭的位置 向量;其中Η為大于等于1的整數(shù)；
[0011] 步驟104,將所述最小管地電位差與埋地管道允許的最大管地電位進(jìn)行比較，當(dāng)所 述最小管地電位差小于等于所述最大管地電位時(shí)，所述步驟103中獲得的與所述最小管地 電位差對(duì)應(yīng)的χο個(gè)絕緣分段接頭的位置向量即為目標(biāo)結(jié)果；
[0012] 當(dāng)所述最小管地電位差大于所述最大管地電位時(shí)，將XQ加1并重新執(zhí)行所述步驟 102至所述步驟104。
[0013]優(yōu)選的，在所述步驟102和所述步驟103中，獲得所述初始管地電位差、所述第一管 地電位差至所述第Η管地電位差的方法均包括以下步驟：
[0014] 步驟201，所述絕緣分段接頭將埋地管道分成管道段;將具有導(dǎo)電性能的埋地器件 分成段;每一段所述管道段，每一段所述埋地器件，以及每一個(gè)所述絕緣分段接頭統(tǒng)稱為導(dǎo) 體段，設(shè)所述導(dǎo)體段的數(shù)目為η;
[0015] 步驟202,根據(jù)η段所述導(dǎo)體段對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的漏電流在第k導(dǎo)體段的中點(diǎn)產(chǎn)生的電位 Vk，獲得所述第k導(dǎo)體段的軸向電流，其中1 ;
[0016] 步驟203,根據(jù)基爾霍夫電流定律和所述第k導(dǎo)體段的軸向電流，獲得η段所述導(dǎo)體 段對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的漏電流；
[0017] 步驟204,根據(jù)所述管道段的漏電流，以及所述管道段的防腐層電阻，獲得所述管 道段的管地電位差。
[0018] 進(jìn)一步的，在所述步驟102中，所述初始管地電位差對(duì)應(yīng)整條埋地管道;在所述步 驟103中，所述第一管地電位差至所述第Η管地電位差對(duì)應(yīng)整條埋地管道，所述最小管地電 位差對(duì)應(yīng)整條埋地管道;在所述步驟104中，所述最大管地電位對(duì)應(yīng)整條埋地管道。
[0019] 進(jìn)一步的，在所述步驟102中，所述初始管地電位差對(duì)應(yīng)埋地管道的指定區(qū)域;在 所述步驟103中，所述第一管地電位差至所述第Η管地電位差對(duì)應(yīng)埋地管道的指定區(qū)域，所 述最小管地電位差對(duì)應(yīng)埋地管道的指定區(qū)域;在所述步驟104中，所述最大管地電位對(duì)應(yīng)埋 地管道的指定區(qū)域。
[0020] 進(jìn)一步的，在所述步驟102中，將χο個(gè)絕緣分段接頭均勻分布在埋地管道上。
[0021] 優(yōu)選的，在所述步驟101中，根據(jù)所述埋地管道所在地區(qū)的土壤特性參數(shù)，和所述 接地極所在地區(qū)的土壤特性參數(shù)構(gòu)建所述土壤模型。
[0022] 優(yōu)選的，在所述步驟101中，根據(jù)接地極參數(shù)和所述接地極的位置構(gòu)建所述接地極 模型。
[0023] 優(yōu)選的，在所述步驟101中，根據(jù)埋地管道參數(shù)和所述埋地管道的位置構(gòu)建所述埋 地管道模型。
[0024] 優(yōu)選的，在所述步驟103中，所述預(yù)設(shè)算法為遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法或禁忌搜索算法。
[0025] 基于上述布置埋地管道分段絕緣的方法的技術(shù)方案，本發(fā)明的第二方面提供一種 布置埋地管道分段絕緣的裝置，用于實(shí)施上述布置埋地管道分段絕緣的方法。
[0026] 本發(fā)明提供的布置埋地管道分段絕緣的方法中，能夠基于所構(gòu)建的土壤模型、接 地極模型以及埋地管道模型，根據(jù)預(yù)設(shè)算法將xo個(gè)絕緣分段接頭以不同的分布方式分布在 埋地管道上，并獲得埋地管道所對(duì)應(yīng)的初始管地電位差、以及第一管地電位差至第Η管地電 位差;再獲得初始管地電位差、第一管地電位差至第Η管地電位差中的最小管地電位差，以 及與最小管地電位差對(duì)應(yīng)的xo個(gè)絕緣分段接頭的位置向量;接著再將獲得的最小管地電位 差與埋地管道允許的最大管地電位進(jìn)行比較，在最小管地電位差小于等于最大管地電位的 情況下，步驟103中獲得的與最小管地電位差對(duì)應(yīng)的 XQ個(gè)絕緣分段接頭的位置向量就為目 標(biāo)結(jié)果，即確認(rèn)了最優(yōu)的絕緣分段接頭的數(shù)量為χο個(gè)，以及χο個(gè)絕緣分段接頭所一一對(duì)應(yīng)的 χο個(gè)位置向量;而在最小管地電位差大于最大管地電位的情況下，只需將xo加1并重新執(zhí)行 步驟102至步驟104,直到獲得滿足條件的絕緣分段接頭的數(shù)量，以及各絕緣分段接頭對(duì)應(yīng) 的位置向量為止。
[0027] 因此，本發(fā)明提供的布置埋地管道分段絕緣的方法中，能夠獲得絕緣分段接頭在 不同分布方式下所對(duì)應(yīng)的不同管地電位差，且能夠通過(guò)預(yù)設(shè)算法確定規(guī)定數(shù)量的絕緣分段 接頭在埋地管道上的最優(yōu)分布位置，使得優(yōu)化過(guò)程更加科學(xué)，優(yōu)化結(jié)果更加準(zhǔn)確，回避了設(shè) 計(jì)人的主觀因素。而且，優(yōu)化過(guò)程中從小到大增加采用絕緣分段接頭的數(shù)量，使得優(yōu)化過(guò)程 具有標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程，在達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)條件時(shí)得到最少的絕緣分段接頭使用數(shù)量，最大 限度降低后續(xù)工程量和材料損耗。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0029] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的布置埋地管道分段絕緣的方法的第一流程圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的獲得管地電位差的方法的流程圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的各段導(dǎo)體段的電阻和防腐層電位示意圖；
[0032] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的第k導(dǎo)體段的電流示意圖；
[0033] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的各段導(dǎo)體段局部連接示意圖；
[0034] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的各段導(dǎo)體段局部連接電路圖；
[0035] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的布置埋地管道分段絕緣的方法的第二流程圖；
[0036] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的布置埋地管道分段絕緣的方法的第三流程圖；
[0037] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的接地極和埋地管道之間的位置示意圖。
[0038] 附圖標(biāo)記：
[0039] 1-第一導(dǎo)體段， 2-第二導(dǎo)體段，
[0040] 3-第k導(dǎo)體段， 4_第(1導(dǎo)體段，
[0041] 5-防腐層， 6-接地極，
[0042] 7-埋地管道。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的布置埋地管道分段絕緣的方法及裝置，下面 結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0044]請(qǐng)參閱圖1、圖4和圖9,本發(fā)明實(shí)施例提供的布置埋地管道分段絕緣的方法包括以 下步驟：
[0045] 步驟101，構(gòu)建土壤模型、接地極模型以及埋地管道模型；具體的，根據(jù)埋地管道7 所在地區(qū)的土壤特性參數(shù)，和接地極6所在地區(qū)的土壤特性參數(shù)構(gòu)建土壤模型，這種土壤特 性參數(shù)包括表層和深層的土壤電阻率分布，且能夠通過(guò)電磁探測(cè)法來(lái)獲得;根據(jù)接地極參 數(shù)和接地極6的位置構(gòu)建接地極模型，其中，接地極參數(shù)一般包括接地極6的尺寸和入地電 流;根據(jù)埋地管道參數(shù)和埋地管道7的位置構(gòu)建埋地管道模型，其中，埋地管道參數(shù)一般包 括埋地管道7的防腐層5的厚度、埋地管道7相對(duì)于接地極6的位置、埋地管道7的尺寸以及埋 地管道7的材質(zhì)。
[0046] 步驟102,將xo個(gè)絕緣分段接頭分布在埋地管道7上，基于土壤模型、接地極模型以 及埋地管道模型，獲得初始管地電位差，其中xo為大于0的整數(shù);更詳細(xì)的說(shuō)，所獲得的初始 管地電位差作為用于比較的初始值;優(yōu)選的，將xo個(gè)絕緣分段接頭均勻分布在埋地管道7 上，來(lái)獲得對(duì)應(yīng)的初始管地電位差，這樣能夠減少相應(yīng)的迭代次數(shù)，即更快捷的獲得初始管 地電位差。值得注意的是，所獲得的初始管地電位差為在一種分布方式下，埋地管道上的最 大管地電位差(可分別求出每段管道段對(duì)應(yīng)的管地電位差，再通過(guò)比較獲得最大管地電位 差）。值得注意的是，當(dāng)xo等于〇時(shí)，即判斷不使用絕緣分段接頭時(shí)，埋地管道所對(duì)應(yīng)的管地 電位差是否滿足小于埋地管道允許的最大管地電位。
[0047]步驟103,基于土壤模型、接地極模型以及埋地管道模型，根據(jù)預(yù)設(shè)算法，將xo個(gè)絕 緣分段接頭以Η種不同的分布方式分布在埋地管道7上，并對(duì)應(yīng)獲得第一管地電位差至第Η 管地電位差；獲得初始管地電位差、第一管地電位差至第Η管地電位差中的最小管地電位 差，以及與最小管地電位差對(duì)應(yīng)的xo個(gè)絕緣分段接頭的位置向量;其中Η為大于等于1的整 數(shù);需要說(shuō)明的是，第一管地電位差至第Η管地電位差均為在對(duì)應(yīng)的分布方式下，埋地管道 上的最大管地電位差(可分別求出每段管道段對(duì)應(yīng)的管地電位差，再通過(guò)比較獲得最大管 地電位差），而所使用的預(yù)設(shè)算法能夠給出相對(duì)優(yōu)化的Η種不同分布方式，針對(duì)每一種分布 方式能夠得到對(duì)應(yīng)的管地電位差。更進(jìn)一步的說(shuō)，將管地電位差作為目標(biāo)函數(shù)，將與xo個(gè)絕 緣分段接頭一一對(duì)應(yīng)的xo個(gè)位置向量作為自變量，通過(guò)預(yù)設(shè)算法獲得最小管地電位差，以 及與最小管地電位差對(duì)應(yīng)的χο個(gè)絕緣分段接頭的位置向量;其中，能夠采用的預(yù)設(shè)算法的 種類多種多樣，例如:遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、禁忌搜索算法等。
[0048]步驟104,將最小管地電位差與埋地管道7允許的最大管地電位進(jìn)行比較，當(dāng)最小 管地電位差小于等于最大管地電位時(shí)，步驟103中獲得的與最小管地電位差對(duì)應(yīng)的χο個(gè)絕 緣分段接頭的位置向量即為目標(biāo)結(jié)果；當(dāng)最小管地電位差大于最大管地電位時(shí)，將xo加1并 重新執(zhí)行步驟102至步驟104;具體的，當(dāng)所獲得的最小管地電位差小于等于最大管地電位 時(shí)，即判斷此時(shí)的絕緣分段接頭數(shù)量，和每一個(gè)絕緣分段接頭的位置向量為最終的計(jì)算結(jié) 果，在實(shí)際進(jìn)行分段絕緣的操作時(shí)，按照計(jì)算結(jié)果選取對(duì)應(yīng)數(shù)量的絕緣分段接頭，并根據(jù)計(jì) 算結(jié)果中顯示的各個(gè)絕緣分段接頭的位置向量，將絕緣分段接頭設(shè)置在對(duì)應(yīng)的位置，就能 夠?qū)崿F(xiàn)降低管地電位差的效果；當(dāng)所獲得的最小管地電位差大于最大管地電位時(shí)，可以將 絕緣分段接頭的數(shù)量增加1個(gè)，并重新執(zhí)行步驟102至步驟104,直到獲得滿足條件(最小管 地電位差小于等于最大管地電位)的結(jié)果為止。
[0049]需要說(shuō)明的是，埋地管道7允許的最大管地電位可以是現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值， 也可以是工作人員綜合考慮安全等因素，來(lái)人為設(shè)定的最大管地電位值。
[0050]本發(fā)明實(shí)施例提供的布置埋地管道分段絕緣的方法中，能夠基于所構(gòu)建的土壤模 型、接地極模型以及埋地管道模型，根據(jù)預(yù)設(shè)算法將XQ個(gè)絕緣分段接頭以不同的分布方式 分布在埋地管道7上，并獲得埋地管道7所對(duì)應(yīng)的初始管地電位差、以及第一管地電位差至 第Η管地電位差;再獲得初始管地電位差、第一管地電位差至第Η管地電位差中的最小管地 電位差，以及與最小管地電位差對(duì)應(yīng)的xo個(gè)位置向量;接著再將獲得的最小管地電位差與 埋地管道7允許的最大管地電位進(jìn)行比較，在最小管地電位差小于等于最大管地電位的情 況下，步驟103中獲得的與最小管地電位差對(duì)應(yīng)的 XQ個(gè)位置向量就為目標(biāo)結(jié)果，即確認(rèn)了最 優(yōu)的絕緣分段接頭的數(shù)量為xo個(gè)，以及xo個(gè)絕緣分段接頭所一一對(duì)應(yīng)的xq個(gè)位置向量;而在 最小管地電位差大于最大管地電位的情況下，只需將χο加1并重新執(zhí)行步驟102至步驟104， 直到獲得滿足條件的絕緣分段接頭的數(shù)量，以及各絕緣分段接頭對(duì)應(yīng)的位置向量為止。
[0051]因此，本發(fā)明提供的布置埋地管道分段絕緣的方法中，能夠獲得絕緣分段接頭在 不同分布方式下所對(duì)應(yīng)的不同管地電位差，且能夠通過(guò)預(yù)設(shè)算法確定規(guī)定數(shù)量的絕緣分段 接頭在埋地管道7上的最優(yōu)分布位置，使得優(yōu)化過(guò)程更加科學(xué)，回避了設(shè)計(jì)人的主觀因素。 而且，優(yōu)化過(guò)程中從小到大增加采用絕緣分段接頭的數(shù)量，使得優(yōu)化過(guò)程具有標(biāo)準(zhǔn)化的操 作流程，在達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)條件時(shí)得到最少的絕緣分段接頭使用數(shù)量，最大限度降低后續(xù)工 程量和材料損耗。
[0052]埋地管道7上任意位置的管地電位差的求解方法有很多種，以下給出一種具體的 管地電位差的求解方法，并對(duì)求解的原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。上述初始管地電位差、第一管地電 位差至第Η管地電位差均可以通過(guò)以下方法求解。
[0053 ]請(qǐng)參閱圖2，求解管地電位差的方法包括以下步驟：
[0054]步驟201，絕緣分段接頭將埋地管道分成管道段;將具有導(dǎo)電性能的埋地器件分成 段;每一段管道段，每一段埋地器件，以及每一個(gè)絕緣分段接頭統(tǒng)稱為導(dǎo)體段，設(shè)導(dǎo)體段的 數(shù)目為η;具體的，η段導(dǎo)體段包括將埋地器件所分成的若干段，將埋地管道分成的若干段， 以及所使用的xo個(gè)絕緣分段接頭。另外，具有導(dǎo)電性能的一個(gè)或多個(gè)埋地器件的種類有很 多，例如:接地極，但不僅限于此。
[0055] 步驟202,根據(jù)η段導(dǎo)體段對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的漏電流在第k導(dǎo)體段的中點(diǎn)產(chǎn)生的電位Vk，獲 得第k導(dǎo)體段的軸向電流，其中l(wèi)<k<n;
[0056] 步驟203,根據(jù)基爾霍夫電流定律和第k導(dǎo)體段的軸向電流，獲得η段導(dǎo)體段對(duì)應(yīng)產(chǎn) 生的漏電流；
[0057]步驟204,根據(jù)管道段的漏電流，以及管道段的防腐層電阻，獲得管道段的管地電 位差。更詳細(xì)的說(shuō)，通過(guò)將獲得的管道段的漏電流與管道段的防腐層電阻相乘，就能夠獲得 管道段的管地電位差，這樣就能夠獲得埋地管道上任意位置的管地電位差，從而獲得上述 初始管地電位差、第一管地電位差至第Η管地電位差。
[0058] 為了更清楚的說(shuō)明上述求解管地電位差的方法，以下給出具體實(shí)施例。
[0059] 實(shí)施例一：
[0060] 埋地管道7是一種包覆了絕緣的防腐層5的空心埋地圓柱導(dǎo)體，在采用絕緣分段接 頭將埋地管道7分成若干小段后，整個(gè)埋地管道7就相當(dāng)于被分成了若干小段的空心埋地圓 柱導(dǎo)體;接地極6是一種被埋入大地以便與大地連接的導(dǎo)體或幾個(gè)導(dǎo)體的組合，同樣能被視 為埋地圓柱導(dǎo)體；由于埋地導(dǎo)體周圍的土壤中任一點(diǎn)的電位均是由所有埋地導(dǎo)體的漏電流 共同產(chǎn)生的；因此，在計(jì)算埋地管道7的管地電位時(shí)，就需要求出每段埋地導(dǎo)體在埋地管道7 上對(duì)應(yīng)位置的漏電流分布。
[0061] 請(qǐng)參閱圖3,將埋地管道7分成若干段，并將每個(gè)埋地器件分成若干段，包括使用的 絕緣分段接頭在內(nèi)，可共獲得η段導(dǎo)體段，其中每一段管道段的防腐層5相當(dāng)于連接在該段 管道段和近地（該段管道段附近的大地）之間的一個(gè)電阻，即管道的防腐層電阻（例如： Rk-coat和R(k+l)-c;c)at);而且，η段導(dǎo)體段產(chǎn)生的漏電流均會(huì)在每段導(dǎo)體段的表面產(chǎn)生電位，從 而形成η段導(dǎo)體段之間的互電阻。需要說(shuō)明的是，各段導(dǎo)體段的長(zhǎng)度越短，計(jì)算得到的各段 導(dǎo)體段的漏電流分布，以及各段導(dǎo)體段的電位分布與實(shí)際情況越接近;而且，當(dāng)各段導(dǎo)體段 的長(zhǎng)度足夠小時(shí)，能夠認(rèn)為該段導(dǎo)體段所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的漏電流從該段管道段的中點(diǎn)集中流 出。
[0062] 根據(jù)上述分析，能夠得到各段導(dǎo)體段所產(chǎn)生的漏電流，在第k導(dǎo)體段3的中點(diǎn)產(chǎn)生 的電位Vk滿足如下公式：
[0063]
[0064]
[0065] ( 1 )
[0066] 其中，η為導(dǎo)體段的總數(shù)，Rk-_t為第k導(dǎo)體段3的防腐層電阻，Rkp為第k導(dǎo)體段3與第 P導(dǎo)體段之間的互電阻，< 為第P導(dǎo)體段的漏電流，C為所有導(dǎo)體段產(chǎn)生的漏電流在第k段管 道中點(diǎn)防腐層外表面產(chǎn)生的電位。
[0067] 將第k導(dǎo)體段3所產(chǎn)生的漏電流在自身的防腐層5上產(chǎn)生的電位項(xiàng)焉和第k導(dǎo) 體段3所產(chǎn)生的漏電流在自身表面產(chǎn)生的電位項(xiàng)及&/〖合并，化簡(jiǎn)后能夠得到如下公式：
[0068] R7 kk = Rkk+Rk-c〇at (2)
[0069] 其中，Rkk為第k導(dǎo)體段3與自身形成的互電阻;根據(jù)公式⑵可以將公式（1)化簡(jiǎn)為：
[0070]
( 3 )
[0071] 需要說(shuō)明的是，當(dāng)p = k時(shí)，公式(3)中的Rkk應(yīng)替換為上述公式(2)中的fkk。
[0072] 請(qǐng)參閱圖4,每一段導(dǎo)體段均滿足基爾霍夫定律，即對(duì)應(yīng)如下公式：
[0073] (4)
[0074] 其中，為第k導(dǎo)體段3產(chǎn)生的漏電流，$為第k導(dǎo)體段3的注入電流，4和/〗分別對(duì) 應(yīng)第k導(dǎo)體段3不同方向的軸向電流。
[0075] 請(qǐng)參閱圖5和圖6,以各段導(dǎo)體段的交點(diǎn)為一個(gè)局部計(jì)算中心，交點(diǎn)所連接的各段 導(dǎo)體段作為一個(gè)局部導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)，建立局部導(dǎo)體電路圖；其中，h為各段導(dǎo)體段所產(chǎn)生的漏電 流在第一導(dǎo)體段1的中點(diǎn)產(chǎn)生的電位，％為各段導(dǎo)體段所產(chǎn)生的漏電流在第二導(dǎo)體段2的中 點(diǎn)產(chǎn)生的電位，V q為各段導(dǎo)體段所產(chǎn)生的漏電流在第q導(dǎo)體段4的中點(diǎn)產(chǎn)生的電位;為第 一導(dǎo)體段1起點(diǎn)到中點(diǎn)之間的自阻抗，為第二導(dǎo)體段2起點(diǎn)到中點(diǎn)之間的自阻抗，丨-a為 第k導(dǎo)體段3起點(diǎn)到中點(diǎn)之間的自阻抗，義μ為第q導(dǎo)體段4起點(diǎn)到中點(diǎn)之間的自阻抗。
[0076] 以各段導(dǎo)體段之間的交點(diǎn)A為對(duì)象列寫(xiě)電路方程，具體過(guò)程如下：
[0077] 設(shè)A點(diǎn)的電位為V，根據(jù)基爾霍夫電流定律，能夠得到：
[0078]( 5 ) ? ' ~k~k
[0079] 由于A點(diǎn)的電位V滿足如下公式：
[0080]
(6 )
[0081] 將公式(6)帶入到公式(5)中，并進(jìn)行化簡(jiǎn)：
[0082]
[0083]
[0084] (7.) ρ-ρ p-p
[0085] 其中，q為交點(diǎn)A所涉及的導(dǎo)體段的總數(shù)（即q段導(dǎo)體段之間的交點(diǎn)為A)，VP為各段 導(dǎo)體段所產(chǎn)生的漏電流在第P導(dǎo)體段的中點(diǎn)產(chǎn)生的電位。
[0086] 將公式(3)代入到公式(7)，并對(duì)公式(7)進(jìn)行化簡(jiǎn)：
[0087]
[0088] 從而獲得如下表達(dá)式：
[0089]
[0090] 其中，Rkl為第k導(dǎo)體段3與第一導(dǎo)體段1之間的互電阻，Rpl為第p導(dǎo)體段與第一導(dǎo)體 段1之間的互電阻，Rk 2為第k導(dǎo)體段3與第二導(dǎo)體段2之間的互電阻，Rp2為第P導(dǎo)體段與第二 導(dǎo)體段2之間的互電阻，R pn為第p導(dǎo)體段與第η導(dǎo)體段之間的互電阻，Rkn為第k導(dǎo)體段3與第η 導(dǎo)體段之間的互電阻，/?為第一導(dǎo)體段1產(chǎn)生的漏電流，/丨為第二導(dǎo)體段2產(chǎn)生的漏電流，忽 為第η導(dǎo)體段產(chǎn)生的漏電流。
[0091] 根據(jù)上述得到4的推導(dǎo)過(guò)程，同理能夠獲得4所對(duì)應(yīng)的表達(dá)式，將公式(8)和4所 對(duì)應(yīng)的表達(dá)式帶入到上述公式(4)中并進(jìn)行化簡(jiǎn)，化簡(jiǎn)后每一段導(dǎo)體段均能夠?qū)?yīng)獲得只 含有漏電流一個(gè)未知量的方程：
[0092] ( 9)
[0093] 共Τ，弟Ρ守1傘拽;產(chǎn)生的漏電流，C為第k導(dǎo)體段3的注入電流，G是已知量;akP 為能夠根據(jù)現(xiàn)有的自電阻和互電阻等已知參數(shù)代入計(jì)算得到的參量。
[0094] 將公式(9)以線性方程組的形式表示如下：
[0095]
( 10)
[0096] 公式（10)即為以各段導(dǎo)體段對(duì)應(yīng)的漏電流為未知量的線性方程組，對(duì)公式（10)進(jìn) 行求解，獲得各段導(dǎo)體段對(duì)應(yīng)的漏電流，將各段管道段對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的漏電流，與其一一對(duì)應(yīng)的 防腐層電阻相乘，就能夠求出埋地管道7上任意位置的管地電位差。
[0097] 根據(jù)上述獲得埋地管道7上任意位置的管地電位差的方法，能夠獲得xo個(gè)絕緣分 段接頭以不同方式分布在埋地管道7上時(shí)，所對(duì)應(yīng)的管地電位差。再獲得最小管地電位差， 以及與最小管地電位差對(duì)應(yīng)的xo個(gè)絕緣分段接頭的位置向量。值得注意的是，所采用的預(yù) 設(shè)算法的種類有很多，例如:遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、禁忌搜索 算法等;下面以遺傳算法為例，對(duì)求取最小管地電位差的具體過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0098] 以與xo個(gè)絕緣分段接頭--對(duì)應(yīng)的xq個(gè)位置向量m為自變量，以埋地管道7的管地 電位差為目標(biāo)函數(shù)，得到目標(biāo)函數(shù)式：
[0099] u=min f(m) (11)
[0100] 其中，u為埋地管道7的管地電位差。
[0101] 以公式(12)和公式(13)為約束條件。
[0102] meR (12)
[0103] RczU ( 13)
[0104] 其中，U是基本空間，R是U的子集;且滿足約束條件的解m稱為可行解，集合R表示所 有滿足約束條件的解所組成的集合，稱為可行解集合。
[0105] 遺傳算法的基本運(yùn)算過(guò)程如下：
[0106] 初始化:設(shè)置進(jìn)化代數(shù)初始值t = 0，設(shè)置最大進(jìn)化代數(shù)T，隨機(jī)生成若干個(gè)體作為 初始群體P(o)。
[0107] 個(gè)體評(píng)價(jià):計(jì)算群體P(t)中所有個(gè)體的適應(yīng)度。
[0108] 選擇運(yùn)算:在個(gè)體適應(yīng)度評(píng)估的基礎(chǔ)上，對(duì)算子進(jìn)行選擇。
[0109] 交叉運(yùn)算:將交叉算子作用于群體。
[0110] 變異運(yùn)算:將變異算子作用于群體。
[0111] 群體P(t)經(jīng)過(guò)選擇、交叉、變異運(yùn)算之后得到下一代群體P(t+1)。
[0112] 終止條件判斷：若t = T(進(jìn)化代數(shù)達(dá)到最大值），則以進(jìn)化過(guò)程中所得到的具有最 大適應(yīng)度個(gè)體作為最優(yōu)解輸出，計(jì)算結(jié)束。
[0113] 在實(shí)際施工設(shè)計(jì)的過(guò)程中，根據(jù)不同需要，會(huì)針對(duì)整條埋地管道7或埋地管道7的 指定區(qū)域等不同的情況，進(jìn)行具體的計(jì)算和判斷過(guò)程，請(qǐng)參閱圖7,在針對(duì)整條埋地管道7的 情況下，在步驟102中，初始管地電位差對(duì)應(yīng)整條埋地管道7，即獲得整條埋地管道7上的初 始管地電位差;在步驟103中，第一管地電位差至第Η管地電位差對(duì)應(yīng)整條埋地管道7,即獲 得整條埋地管道7上的第一管地電位差至第Η管地電位差;最小管地電位差對(duì)應(yīng)整條埋地管 道7,即獲得整條埋地管道7上的最小管地電位差。在步驟104中，最大管地電位對(duì)應(yīng)整條埋 地管道7,即獲得整條埋地管道7上允許的最大管地電位。
[0114] 請(qǐng)參閱圖8,在針對(duì)埋地管道7的指定區(qū)域的情況下，在步驟102中，初始管地電位 差對(duì)應(yīng)埋地管道7的指定區(qū)域，即獲得埋地管道7的指定區(qū)域上的初始管地電位差;在步驟 103中，第一管地電位差至第Η管地電位差對(duì)應(yīng)埋地管道7的指定區(qū)域，即獲得埋地管道7的 指定區(qū)域上的第一管地電位差至第Η管地電位差;最小管地電位差對(duì)應(yīng)埋地管道7的指定區(qū) 域，即獲得埋地管道7的指定區(qū)域上的最小管地電位差。在步驟104中，最大管地電位對(duì)應(yīng)埋 地管道7的指定區(qū)域，即獲得埋地管道7的指定區(qū)域上允許的最大管地電位。
[0115] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種布置埋地管道分段絕緣的裝置，用于實(shí)施上述布置埋地 管道分段絕緣的方法。這種布置埋地管道分段絕緣的裝置，操作者只需輸入土壤特性參數(shù)、 接地極參數(shù)、接地極6的位置、埋地管道參數(shù)和埋地管道7的位置等已知數(shù)據(jù)來(lái)建立模型，即 可將整個(gè)優(yōu)化過(guò)程交由布置埋地管道分段絕緣的裝置完成，大幅的提高了對(duì)埋地管道進(jìn)行 分段絕緣優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率。
[0116] 上述實(shí)施例提供的布置埋地管道分段絕緣的裝置可以為計(jì)算機(jī)，但不僅限于此； 當(dāng)布置埋地管道分段絕緣的裝置為計(jì)算機(jī)時(shí)，即將上述實(shí)施例提供的布置埋地管道分段絕 緣的方法中的執(zhí)行步驟，對(duì)應(yīng)編寫(xiě)為計(jì)算機(jī)程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)，給出使埋地管 道7全線，或部分指定區(qū)域滿足管地電位要求的絕緣分段接頭數(shù)量的最小值和最優(yōu)位置。
[0117] 為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的布置埋地管道分段絕緣的方法，以下給出 具體實(shí)施例：
[0118] 請(qǐng)參閱圖9,選用埋地管道7長(zhǎng)度100km，埋地管道7管徑1219mm，埋地管道7壁厚 18.4mm，埋地管道7材質(zhì)為X80鋼管，三層PE防腐層5面電阻率為10 5Ω · m2。接地極6附近土壤 特性參數(shù):單層土壤，電阻率1000 Ω · m;接地極6注入電流3000A，接地極6距埋地管道7垂直 距離5km。不加絕緣分段接頭時(shí)，埋地管道7的最大管地電位為47.5V，現(xiàn)在進(jìn)行如下優(yōu)化計(jì) 算：
[0119] 設(shè)定埋地管道7允許的最大管地電位為30V，設(shè)定預(yù)計(jì)增添的絕緣分段接頭數(shù)量為 兩個(gè)。得到計(jì)算結(jié)果:最小管地電位差為28.2V，小于埋地管道7允許的最大管地電位為30V， 因此，增設(shè)兩個(gè)絕緣分段接頭，且對(duì)應(yīng)獲得各絕緣分段接頭的位置向量m= [-12,12]，即兩 個(gè)絕緣分段接頭分別加在距埋地管道7中間點(diǎn)左右12km的地方。
[0120] 在上述實(shí)施方式的描述中，具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多 個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0121]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種布置埋地管道分段絕緣的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟101，構(gòu)建土壤模型、接地極模型以及埋地管道模型； 步驟102，將XQ個(gè)絕緣分段接頭分布在埋地管道上，基于所述土壤模型、所述接地極模型 以及所述埋地管道模型，獲得初始管地電位差； 步驟103，基于所述土壤模型、所述接地極模型以及所述埋地管道模型，根據(jù)預(yù)設(shè)算法， 將xo個(gè)絕緣分段接頭以Η種不同的分布方式分布在埋地管道上，并對(duì)應(yīng)獲得第一管地電位 差至第Η管地電位差;獲得所述初始管地電位差、所述第一管地電位差至所述第Η管地電位 差中的最小管地電位差，以及與所述最小管地電位差對(duì)應(yīng)的χο個(gè)絕緣分段接頭的位置向 量;其中Η為大于等于1的整數(shù)； 步驟104,將所述最小管地電位差與埋地管道允許的最大管地電位進(jìn)行比較，當(dāng)所述最 小管地電位差小于等于所述最大管地電位時(shí)，所述步驟103中獲得的與所述最小管地電位 差對(duì)應(yīng)的χο個(gè)絕緣分段接頭的位置向量即為目標(biāo)結(jié)果； 當(dāng)所述最小管地電位差大于所述最大管地電位時(shí)，將xo加1并重新執(zhí)行所述步驟102至 所述步驟104。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置埋地管道分段絕緣的方法，其特征在于，在所述步驟102 和所述步驟103中，獲得所述初始管地電位差、所述第一管地電位差至所述第Η管地電位差 的方法均包括以下步驟： 步驟201，所述絕緣分段接頭將埋地管道分成管道段;將具有導(dǎo)電性能的埋地器件分成 段;每一段所述管道段，每一段所述埋地器件，以及每一個(gè)所述絕緣分段接頭統(tǒng)稱為導(dǎo)體 段，設(shè)所述導(dǎo)體段的數(shù)目為η; 步驟202,根據(jù)η段所述導(dǎo)體段對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的漏電流在第k導(dǎo)體段的中點(diǎn)產(chǎn)生的電位Vk，獲 得所述第k導(dǎo)體段的軸向電流，其中l(wèi)<k<n; 步驟203,根據(jù)基爾霍夫電流定律和所述第k導(dǎo)體段的軸向電流，獲得η段所述導(dǎo)體段對(duì) 應(yīng)產(chǎn)生的漏電流； 步驟204,根據(jù)所述管道段的漏電流，以及所述管道段的防腐層電阻，獲得所述管道段 的管地電位差。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的布置埋地管道分段絕緣的方法，其特征在于，在所述步驟102 中，所述初始管地電位差對(duì)應(yīng)整條埋地管道;在所述步驟103中，所述第一管地電位差至所 述第Η管地電位差對(duì)應(yīng)整條埋地管道，所述最小管地電位差對(duì)應(yīng)整條埋地管道;在所述步驟 104中，所述最大管地電位對(duì)應(yīng)整條埋地管道。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的布置埋地管道分段絕緣的方法，其特征在于，在所述步驟102 中，所述初始管地電位差對(duì)應(yīng)埋地管道的指定區(qū)域;在所述步驟103中，所述第一管地電位 差至所述第Η管地電位差對(duì)應(yīng)埋地管道的指定區(qū)域，所述最小管地電位差對(duì)應(yīng)埋地管道的 指定區(qū)域;在所述步驟104中，所述最大管地電位對(duì)應(yīng)埋地管道的指定區(qū)域。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的布置埋地管道分段絕緣的方法，其特征在于，在所述步驟 102中，將χο個(gè)絕緣分段接頭均勻分布在埋地管道上。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置埋地管道分段絕緣的方法，其特征在于，在所述步驟101 中，根據(jù)所述埋地管道所在地區(qū)的土壤特性參數(shù)，和所述接地極所在地區(qū)的土壤特性參數(shù) 構(gòu)建所述土壤模型。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置埋地管道分段絕緣的方法，其特征在于，在所述步驟101 中，根據(jù)接地極參數(shù)和所述接地極的位置構(gòu)建所述接地極模型。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置埋地管道分段絕緣的方法，其特征在于，在所述步驟101 中，根據(jù)埋地管道參數(shù)和所述埋地管道的位置構(gòu)建所述埋地管道模型。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置埋地管道分段絕緣的方法，其特征在于，在所述步驟103 中，所述預(yù)設(shè)算法為遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法或禁忌搜索算法。10. -種布置埋地管道分段絕緣的裝置，其特征在于，用于實(shí)施如權(quán)利要求1-9中任一 項(xiàng)所述的布置埋地管道分段絕緣的方法。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK105975768SQ201610286130
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】廖永力, 張波, 孟曉波, 曾嶸, 鄒林, 李銳海, 何金良, 曹方圓, 陳曉, 張巍, 吳新橋, 張貴峰, 張曦, 龔博, 朱燁
【申請(qǐng)人】南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 清華大學(xué)