一種布置埋地管道局部接地點的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種布置埋地管道局部接地點的方法及裝置，涉及埋地管道防護技術(shù)領(lǐng)域，為解決根據(jù)經(jīng)驗對埋地管道進行局部接地點布置的方法準確性低，以及缺乏標準化的操作流程的問題。該布置埋地管道局部接地點的方法包括：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行比較，當滿足條件時，所獲得的與最小管地電位差對應(yīng)的位置向量即為目標結(jié)果；否則將局部接地點的數(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局部接地點的方法用于優(yōu)化布置埋地管道局部接地點。
【專利說明】
一種布置埋地管道局部接地點的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及埋地管道防護技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種布置埋地管道局部接地點的方 法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，遠距離、大容量的送電工程越來越多，針對這種送電工 程，現(xiàn)有技術(shù)中一般通過高壓直流接地輸電系統(tǒng)來實現(xiàn)電力的傳輸。這種高壓直流接地輸 電系統(tǒng)在投運初期、年內(nèi)檢修以及故障排查時，均會采用單極大地運行方式，且在采用這種 運行方式時，換流站的直流接地極注入或抽出大地的直流電流可高達數(shù)千安培；因此，在這 種情況下，當直流接地極與用于輸送油氣資源的埋地管道較為接近時，大地中流過的直流 電流就會使埋地管道的管地電位分布不均衡，即出現(xiàn)部分區(qū)域管地電位過高的現(xiàn)象，而這 種現(xiàn)象會導(dǎo)致埋地管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，很容易給埋地管道帶來腐蝕穿孔等問題；同 時，部分區(qū)域管地電位較高會損壞附近的陰極保護設(shè)備和監(jiān)控閥室處的絕緣卡套，給人員 和油氣輸送帶來安全隱患。
[0003] 目前，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用局部接地法來解決上述管地電位過高的問題，這種局 部接地法是通過在進工藝站場、出工藝站場、監(jiān)控閥室的管道上或安裝有絕緣分段接頭的 放空管等位置處設(shè)置集中接地，來實現(xiàn)降低管地電位，從而減少高壓交流輸電系統(tǒng)、交流牽 引系統(tǒng)和直流接地極系統(tǒng)對管道的腐蝕危害，減輕交流、直流和雷電對腐蝕控制系統(tǒng)的影 響。
[0004] 但在施工設(shè)計中采用這種局部接地法時，一般是依據(jù)經(jīng)驗確定采用局部接地點數(shù) 量及大致位置，然后計算整條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)計結(jié)束;如果存在個別區(qū)域管地電位大于限值，則需要重新按照經(jīng)驗調(diào)整各局部接地 點的位置或增加局部接地點的數(shù)量，重新計算直至滿足要求為止。根據(jù)上述分析可以看出， 這種根據(jù)經(jīng)驗對局部接地法進行設(shè)計的方法，不能夠很好的適應(yīng)目前直流輸電工程和油氣 輸送管道大量施工投運的現(xiàn)狀；即這種根據(jù)經(jīng)驗對埋地管道進行局部接地點設(shè)計的方法準 確性低，且缺乏標準化的操作流程，還需要進一步改進。

【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局部接地點的方法及裝置，用于解決根 據(jù)經(jīng)驗對埋地管道進行局部接地點布置的方法準確性低，以及缺乏標準化的操作流程的問 題。
[0006] 為了實現(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局部接地點的方法，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,在埋地管道上均勻設(shè)置xo個局部接地點，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，以Η種不同的設(shè)置方式，在埋地管道上設(shè)置X0個局部接地點；并對應(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應(yīng)的XQ個局部接地點的位置向 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行比較，當所 述最小管地電位差小于等于所述最大管地電位時，所述步驟103中獲得的與所述最小管地 電位差對應(yīng)的χο個局部接地點的位置向量即為目標結(jié)果；
[0012] 當所述最小管地電位差大于所述最大管地電位時，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，所述局部接地點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，以及每一個所述局部接地點所對應(yīng)的接地 導(dǎo)體統(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)體段對應(yīng)產(chǎn)生的漏電流在第k導(dǎo)體段的中點產(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] 進一步的，在所述步驟102中，所述初始管地電位差對應(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管地電位差對應(yīng)整條埋地管道，所述最小管地電 位差對應(yīng)整條埋地管道;在所述步驟104中，所述最大管地電位對應(yīng)整條埋地管道。
[0019] 進一步的，在所述步驟102中，所述初始管地電位差對應(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管地電位差對應(yīng)埋地管道的指定區(qū)域，所 述最小管地電位差對應(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應(yīng)埋 地管道的指定區(qū)域。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 基于上述布置埋地管道局部接地點的方法的技術(shù)方案，本發(fā)明的第二方面提供一 種布置埋地管道局部接地點的裝置，用于實施上述布置埋地管道局部接地點的方法。
[0025] 本發(fā)明提供的布置埋地管道局部接地點的方法中，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，以不同的設(shè)置方式，在埋地管道上設(shè)置X0個 局部接地點，并獲得埋地管道所對應(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應(yīng)的xo個局部接地點的位置向量;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應(yīng)的 XQ個局部接地點的位置向量就為目標結(jié) 果，即確認了最優(yōu)的局部接地點的數(shù)量為χο個，以及χο個局部接地點所一一對應(yīng)的χο個位置 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局部接地點的數(shù)量，以及各局部接地點對應(yīng)的位置向量為 止。
[0026] 因此，本發(fā)明提供的布置埋地管道局部接地點的方法中，能夠獲得局部接地點在 不同設(shè)置方式下所對應(yīng)的不同管地電位差，且能夠通過預(yù)設(shè)算法確定規(guī)定數(shù)量的局部接地 點在埋地管道上的最優(yōu)分布位置，使得優(yōu)化過程更加科學(xué)，優(yōu)化結(jié)果更加準確，回避了設(shè)計 人的主觀因素。而且，優(yōu)化過程中從小到大增加采用局部接地點的數(shù)量，使得優(yōu)化過程具有 標準化的操作流程，在達到優(yōu)化設(shè)計條件時得到最少的局部接地點使用數(shù)量，最大限度降 低后續(xù)工程量和材料損耗。
【附圖說明】
[0027] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0028] 圖1為本發(fā)明實施例提供的布置埋地管道局部接地點的方法的第一流程圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明實施例提供的獲得管地電位差的方法的流程圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明實施例提供的各段導(dǎo)體段的電阻和防腐層電位示意圖；
[0031 ]圖4為本發(fā)明實施例提供的第k導(dǎo)體段的電流示意圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明實施例提供的各段導(dǎo)體段局部連接示意圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明實施例提供的各段導(dǎo)體段局部連接電路圖；
[0034] 圖7為本發(fā)明實施例提供的布置埋地管道局部接地點的方法的第二流程圖；
[0035] 圖8為本發(fā)明實施例提供的布置埋地管道局部接地點的方法的第三流程圖；
[0036] 圖9為本發(fā)明實施例提供的接地極和埋地管道之間的位置示意圖。
[0037] 附圖標記：
[0038] 1-第一導(dǎo)體段， 2-第二導(dǎo)體段，
[0039] 3-第k導(dǎo)體段， 4-第q導(dǎo)體段，
[0040] 5-防腐層， 6-接地極，
[0041 ] 7-埋地管道。
【具體實施方式】
[0042]為了進一步說明本發(fā)明實施例提供的布置埋地管道局部接地點的方法及裝置，下 面結(jié)合說明書附圖進行詳細描述。
[0043]請參閱圖1、圖4和圖9,本發(fā)明實施例提供的布置埋地管道局部接地點的方法包括 以下步驟：
[0044] 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，且能夠通過電磁探測法來獲得;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)。
[0045] 步驟102,在埋地管道7上均勻設(shè)置xo個局部接地點，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);更詳細的說，所獲得的初始 管地電位差作為用于比較的初始值;將xo個局部接地點均勻設(shè)置在埋地管道7上，來獲得對 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均勻設(shè)置方式下，埋地管道上的最大管地電位 差(可分別求出每段管道段對應(yīng)的管地電位差，再通過比較獲得最大管地電位差）。此外，當 xo等于0時，即判斷不使用局部接地法時，埋地管道所對應(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。
[0046] 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，以Η種不 同的設(shè)置方式，在埋地管道上設(shè)置xo個局部接地點；并對應(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應(yīng)的xo個局部接地點的位置向量;其中Η為大于等于1的整數(shù)；需要 說明的是，第一管地電位差至第Η管地電位差均為在對應(yīng)的設(shè)置方式下，埋地管道上的最大 管地電位差（可分別求出每段管道段對應(yīng)的管地電位差，再通過比較獲得最大管地電位 差），而所使用的預(yù)設(shè)算法能夠給出相對優(yōu)化的Η種不同設(shè)置方式，針對每一種設(shè)置方式能 夠得到對應(yīng)的管地電位差。更進一步的說，將管地電位差作為目標函數(shù)，將與xo個局部接地 點一一對應(yīng)的xo個位置向量作為自變量，通過預(yù)設(shè)算法獲得最小管地電位差，以及與最小 管地電位差對應(yīng)的xo個局部接地點的位置向量;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。
[0047] 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行比較，當最小 管地電位差小于等于最大管地電位時，步驟103中獲得的與最小管地電位差對應(yīng)的xo個局 部接地點的位置向量即為目標結(jié)果；當最小管地電位差大于最大管地電位時，將xo加1并重 新執(zhí)行步驟102至步驟104;具體的，當所獲得的最小管地電位差小于等于最大管地電位時， 即判斷此時的局部接地點數(shù)量，和每一個局部接地點的位置向量為最終的計算結(jié)果，在實 際進行局部接地的操作時，按照計算結(jié)果選擇對應(yīng)數(shù)量的局部接地點，并根據(jù)計算結(jié)果中 顯示的各個局部接地點的位置向量，將局部接地點設(shè)置在對應(yīng)的位置，就能夠?qū)崿F(xiàn)降低管 地電位差的效果；當所獲得的最小管地電位差大于最大管地電位時，可以將局部接地點的 數(shù)量增加1個，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。
[0048]需要說明的是，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)定的標準值， 也可以是工作人員綜合考慮安全等因素，來人為設(shè)定的最大管地電位值。
[0049] 本發(fā)明實施例提供的布置埋地管道局部接地點的方法中，能夠基于所構(gòu)建的土壤 模型、接地極模型以及埋地管道7模型，根據(jù)預(yù)設(shè)算法，以不同的設(shè)置方式，在埋地管道7上 設(shè)置xo個局部接地點，并獲得埋地管道7所對應(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應(yīng)的xo個局部接地點的位置向量;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應(yīng)的 XQ個局部接地點的位置向 量就為目標結(jié)果，即確認了最優(yōu)的局部接地點的數(shù)量為xo個，以及xo個局部接地點所一一對 應(yīng)的χο個位置向量;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局部接地點的數(shù)量，以及各局部接地點對應(yīng) 的位置向量為止。
[0050] 因此，本發(fā)明提供的布置埋地管道局部接地點的方法中，能夠獲得局部接地點在 不同設(shè)置方式下所對應(yīng)的不同管地電位差，且能夠通過預(yù)設(shè)算法確定規(guī)定數(shù)量的局部接地 點在埋地管道7上的最優(yōu)分布位置，使得優(yōu)化過程更加科學(xué)，優(yōu)化結(jié)果更加準確，回避了設(shè) 計人的主觀因素。而且，優(yōu)化過程中從小到大增加采用局部接地點的數(shù)量，使得優(yōu)化過程具 有標準化的操作流程，在達到優(yōu)化設(shè)計條件時得到最少的局部接地點使用數(shù)量，最大限度 降低后續(xù)工程量和材料損耗。
[0051] 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，并對求解的原理進行詳細說明。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以下方法求解。
[0052 ]請參閱圖2，求解管地電位差的方法包括以下步驟：
[0053]步驟201，局部接地點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，以及每一個局部接地點所對應(yīng)的接地導(dǎo)體統(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xo個局部接地點所一一對應(yīng)的接地導(dǎo)體（局部接地法即為在埋地管道 上的局部接地點處連接裸導(dǎo)體）。另外，具有導(dǎo)電性能的一個或多個埋地器件的種類有很 多，例如:接地極，但不僅限于此。
[0054] 步驟202,根據(jù)η段導(dǎo)體段對應(yīng)產(chǎn)生的漏電流在第k導(dǎo)體段的中點產(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;
[0055] 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)體段對應(yīng)產(chǎn) 生的漏電流；
[0056] 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。更詳細的說，通過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。
[0057] 為了更清楚的說明上述求解管地電位差的方法，以下給出具體實施例。
[0058] 實施例一：
[0059] 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，在通過局部接地點 將埋地管道7分成若干小段后，整個埋地管道7就相當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，在計算埋地管道7的管地電位時，就需要求出每段埋地導(dǎo)體在埋地管道7上 對應(yīng)位置的漏電流分布。
[0060] 請參閱圖3,將埋地管道7分成若干段，并將每個埋地器件分成若干段，包括局部接 地點所對應(yīng)的接地導(dǎo)體在內(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)之間的一個電阻，即管道的防腐層電阻（例 如:Rk-? at和Rik+i^oat);而且，η段導(dǎo)體段產(chǎn)生的漏電流均會在每段導(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。需要說明的是，各段導(dǎo)體段的長度越短，計算得到的各 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際情況越接近;而且，當各段導(dǎo)體 段的長度足夠小時，能夠認為該段導(dǎo)體段所對應(yīng)產(chǎn)生的漏電流從該段管道段的中點集中流 出。
[0061] 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的中點產(chǎn)生 的電位Vk滿足如下公式：
[0062]
[0063]
[0064] ( 1 )
[0065] 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，G為所有導(dǎo)體段產(chǎn)生的漏電流在第k段管 道中點防腐層外表面產(chǎn)生的電位。
[0066] 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％__沁，和第k導(dǎo) 體段3所產(chǎn)生的漏電流在自身表面產(chǎn)生的電位項合并，化簡后能夠得到如下公式：
[0067] R7 kk = Rkk+Rk-c〇at (2)
[0068] 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)化簡為：
(3)
[0069]
[0070] 需要說明的是，當p = k時，公式(3)中的Rkk應(yīng)替換為上述公式(2)中的fkk。
[0071] 請參閱圖4,每一段導(dǎo)體段均滿足基爾霍夫定律，即對應(yīng)如下公式：
[0072] + (4)
[0073] 其中，沁為第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 應(yīng)第k導(dǎo)體段3不同方向的軸向電流。
[0074] 請參閱圖5和圖6,以各段導(dǎo)體段的交點為一個局部計算中心，交點所連接的各段 導(dǎo)體段作為一個局部導(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的中點產(chǎn)生的電位；為第 一導(dǎo)體段1起點到中點之間的自阻抗，-2為第二導(dǎo)體段2起點到中點之間的自阻抗，心^為 第k導(dǎo)體段3起點到中點之間的自阻抗，為第q導(dǎo)體段4起點到中點之間的自阻抗。
[0075] 以各段導(dǎo)體段之間的交點A為對象列寫電路方程，具體過程如下：
[0076] 設(shè)A點的電位為V，根據(jù)基爾霍夫電流定律，能夠得到：
[0077]
( 5 )
[0078] 由于A點的電位V滿足如下公式：
[0079]
( 6 ) [0080]將公式(6)帶入到公式(5)中，并進行化簡：
[0081]
[0082]
[0083] (7) r Λ Ρ ·Ρ 廣 1 Ρ ·Ρ
[0084] 其中，q為交點Α所涉及的導(dǎo)體段的總數(shù)（即q段導(dǎo)體段之間的交點為A)，νΡ為各段 導(dǎo)體段所產(chǎn)生的漏電流在第Ρ導(dǎo)體段的中點產(chǎn)生的電位。
[0085] 將公式(3)代入到公式(7)，并對公式(7)進行化簡：
[0086]
[0087] 從而獲得如下表達式：
[0088]
( 8 )
[0089]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，Rk2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，/丨為第一導(dǎo)體段1產(chǎn)生的漏電流，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。
[0090] 根據(jù)上述得到4的推導(dǎo)過程，同理能夠獲得4所對應(yīng)的表達式，將公式(8)和4+所 對應(yīng)的表達式帶入到上述公式(4)中并進行化簡，化簡后每一段導(dǎo)體段均能夠?qū)?yīng)獲得只 含有漏電流一個未知量的方程：
[0091]
(?)
[0092] 其中，< 為第p導(dǎo)體段產(chǎn)生的漏電流，/〗'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)代入計算得到的參量。
[0093] 將公式(9)以線性方程組的形式表示如下：
[0094；
( 10)
[0095] 公式（10)即為以各段導(dǎo)體段對應(yīng)的漏電流為未知量的線性方程組，對公式（10)進 行求解，獲得各段導(dǎo)體段對應(yīng)的漏電流，將各段管道段對應(yīng)產(chǎn)生的漏電流，與其一一對應(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。
[0096] 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，能夠獲得在埋地管道7 上以任意方式設(shè)置xo個局部接地點時，所對應(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應(yīng)的xo個局部接地點的位置向量。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，對求取最小管地電位差的具體過程進行詳細說明。
[0097] 以與XQ個局部接地點一一對應(yīng)的xo個位置向量m為自變量，以埋地管道7的管地電 位差為目標函數(shù)，得到目標函數(shù)式：
[0098] u=minf (m) (11)
[0099] 其中，u為埋地管道7的管地電位差。
[0100] 以公式(12)和公式(13)為約束條件。
[0101] meR (12)
[0102] RczU (13)
[0103] 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。
[0104] 遺傳算法的基本運算過程如下：
[0105]初始化:設(shè)置進化代數(shù)初始值t = 0，設(shè)置最大進化代數(shù)T，隨機生成若干個體作為 初始群體P(〇)。
[0106] 個體評價:計算群體P(t)中所有個體的適應(yīng)度。
[0107] 選擇運算:在個體適應(yīng)度評估的基礎(chǔ)上，對算子進行選擇。
[0108] 交叉運算:將交叉算子作用于群體。
[0109] 變異運算:將變異算子作用于群體。
[0110] 群體P(t)經(jīng)過選擇、交叉、變異運算之后得到下一代群體P(t+1)。
[0111] 終止條件判斷：若t = T(進化代數(shù)達到最大值），則以進化過程中所得到的具有最 大適應(yīng)度個體作為最優(yōu)解輸出，計算結(jié)束。
[0112] 在實際施工設(shè)計的過程中，根據(jù)不同需要，會針對整條埋地管道7或埋地管道7的 指定區(qū)域等不同的情況，進行具體的計算和判斷過程，請參閱圖7,在針對整條埋地管道7的 情況下，在步驟102中，初始管地電位差對應(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。
[0113] 請參閱圖8,在針對埋地管道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。
[0114] 本發(fā)明實施例還提供一種布置埋地管道局部接地點的裝置，用于實施上述布置埋 地管道局部接地點的方法。這種布置埋地管道局部接地點的裝置，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)來建立 模型，即可將整個優(yōu)化過程交由布置埋地管道局部接地點的裝置完成，大幅的提高了對埋 地管道進行局部接地法設(shè)計的效率。
[0115] 上述實施例提供的布置埋地管道局部接地點的裝置可以為計算機，但不僅限于 此；當布置埋地管道局部接地點的裝置為計算機時，即將上述實施例提供的布置埋地管道 局部接地點的方法中的執(zhí)行步驟，對應(yīng)編寫為計算機程序，通過計算機輔助優(yōu)化設(shè)計，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局部接地點數(shù)量的最小值和最優(yōu) 位置。
[0116] 在上述實施方式的描述中，具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多 個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0117] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，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)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1. 一種布置埋地管道局部接地點的方法，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,在埋地管道上均勻設(shè)置XQ個局部接地點，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， 以Η種不同的設(shè)置方式，在埋地管道上設(shè)置XQ個局部接地點;并對應(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應(yīng)的χο個局部接地點的位置向量;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行比較，當所述最 小管地電位差小于等于所述最大管地電位時，所述步驟103中獲得的與所述最小管地電位 差對應(yīng)的χο個局部接地點的位置向量即為目標結(jié)果； 當所述最小管地電位差大于所述最大管地電位時，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局部接地點的方法，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，所述局部接地點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，以及每一個所述局部接地點所對應(yīng)的接地導(dǎo) 體統(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)體段對應(yīng)產(chǎn)生的漏電流在第k導(dǎo)體段的中點產(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 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局部接地點的方法，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管地電位差對應(yīng)整條埋地管道，所述最小管地電位差對應(yīng)整條埋地管道;在所述步 驟104中，所述最大管地電位對應(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局部接地點的方法，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管地電位差對應(yīng)埋地管道的指定區(qū)域，所述最小管地電位差對應(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應(yīng)埋地管道的指定區(qū)域。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置埋地管道局部接地點的方法，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。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置埋地管道局部接地點的方法，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。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置埋地管道局部接地點的方法，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。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的布置埋地管道局部接地點的方法，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。9. 一種布置埋地管道局部接地點的裝置，其特征在于，用于實施如權(quán)利要求1-8中任一 項所述的布置埋地管道局部接地點的方法。
【文檔編號】G01R19/00GK105974175SQ201610286498
【公開日】2016年9月28日
【申請日】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
【申請人】南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責任公司, 中國南方電網(wǎng)有限責任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 清華大學(xué)