利用pngspss找出埋地油氣管網(wǎng)的地磁暴災(zāi)害突變點(diǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及埋地油氣管網(wǎng)保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用PNGSPSS(管網(wǎng)地磁 暴災(zāi)害突變點(diǎn)掃描搜索方法）找出埋地油氣管網(wǎng)的地磁暴災(zāi)害突變點(diǎn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 長距尚輸油氣管道每隔一段距尚建有輸氣站和輸油站，在輸氣站和輸油站進(jìn)出 口設(shè)有絕緣法蘭對管道進(jìn)行電隔離，為了供電和維護(hù)方便，管道陰極保護(hù)裝置設(shè)在輸氣站 和輸油站，并用金屬導(dǎo)線把輸氣站和輸油站進(jìn)出口絕緣法蘭外側(cè)的兩段管道連在一起，整 條管線的輸氣站和輸油站都這樣做之后除了輸氣站和輸油站外都變成用導(dǎo)線連接在一起 的整體，管線整體是電連續(xù)性的，這樣，在每個輸氣站和輸油站設(shè)的陰極保護(hù)裝置可以保 護(hù)輸氣站和輸油站外兩側(cè)的兩段管道，實(shí)現(xiàn)保護(hù)范圍最大化。上述這種整條管道是電連 續(xù)的管道保護(hù)配置方法的優(yōu)點(diǎn)在于：所設(shè)計(jì)的恒電位儀簡單、使用數(shù)量少且易于配置。但 是，這樣就忽略了可以覆蓋整條管線的全局性的電磁場干擾對管道的影響，例如空間天氣 引發(fā)的地磁暴干擾和與管線同走廊架設(shè)的高壓交流直流輸電線干擾等，導(dǎo)致地磁感應(yīng)電流 GIC(GeomagneticallyInducedCurrent)和管地電位PSP(PipetoSoilPotential)呈現(xiàn) "負(fù)面"累積效應(yīng)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)存在以下幾個問題：
[0004] (1)當(dāng)埋地油氣管道附近地面存在交直流輸電線和電氣化鐵路等干擾源時，很容 易察覺這些干擾源并立即采取應(yīng)對保護(hù)排流等措施，例如，在干擾源附近的管道上設(shè)置去 耦合器。但是，當(dāng)?shù)卮疟┌l(fā)生時，地磁暴對管網(wǎng)產(chǎn)生全局性干擾，管網(wǎng)地磁暴災(zāi)害點(diǎn)不易察 覺。這是因?yàn)樵诼竦赜蜌夤芫W(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和管網(wǎng)環(huán)境參數(shù)發(fā)生突變的地方，會導(dǎo)致管道PSP 突變，從而致災(zāi)；而目前埋地油氣管網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和管網(wǎng)環(huán)境參數(shù)突變點(diǎn)尚未引起重視，也缺 乏全面完整精確的數(shù)據(jù)支持，突變點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)；在管網(wǎng)地磁暴受災(zāi)最嚴(yán)重的地方缺少應(yīng) 急保護(hù)措施。
[0005] (2)當(dāng)前長輸油氣管道工程設(shè)計(jì)線路選擇時，沒有考慮防御地磁暴災(zāi)害，當(dāng)?shù)卮疟?發(fā)生時，在管網(wǎng)參數(shù)和管網(wǎng)環(huán)境參數(shù)發(fā)生突變的地方，會導(dǎo)致管道PSP突變，呈現(xiàn)"燕尾峰" 狀，傳統(tǒng)的恒電位儀對PSP"燕尾峰"現(xiàn)象不能起到有效的保護(hù)作用，甚至?xí)鸱醋饔谩?[0006] (3)電連續(xù)管道過長的"負(fù)面"累積效應(yīng)
[0007] 當(dāng)空間天氣有磁暴發(fā)生時或有外來交直流雜散電流時，由于整條管道的累積效 應(yīng)，干擾管地電位會隨著管道長度的增加而累積增加。整條管道的雜散電流干擾信號相互 疊加"耦合"，使一段電連續(xù)管道的干擾管地電位在兩端極性相反、幅值最大且接近相等。而 管道中間管地電位較低。
[0008] (4)當(dāng)高壓直流輸電單極大地運(yùn)行時附近的管道中流過大電流導(dǎo)致恒電位儀失靈 甚至燒毀、絕緣接頭過電壓擊穿、等電位連接器燒毀等管道事故常見報(bào)道。而地磁暴引起的 GIC與直流輸電電流類似，因此GIC過大也可能導(dǎo)致恒電位儀等設(shè)備損壞。
[0009] (5)現(xiàn)有技術(shù)恒電位儀控制具有嚴(yán)重的局限性
[0010] 現(xiàn)有技術(shù)恒電位儀對任何雜散電流干擾都不具有抑制能力。也就是說，現(xiàn)有技術(shù) 恒電位儀設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是抑制內(nèi)部雜散電流干擾，不是抑制外部雜散電流干擾。因此，現(xiàn)有 技術(shù)恒電位儀輸出單極性輸出具有嚴(yán)重的局限性和弊病。實(shí)踐證明，恒電位儀的單極性輸 出的弊病，加之現(xiàn)有技術(shù)恒電位儀的配置方法導(dǎo)致電連續(xù)管道過長，常常使恒電位儀不但 對管道起不到到有效的保護(hù)作用，反而還會起到惡化作用。
[0011] 綜上所述，當(dāng)前長距離埋地油氣管網(wǎng)地磁暴災(zāi)害突變點(diǎn)尚未引起重視，缺乏有效 的掃描搜索方法。現(xiàn)有埋地油氣長輸管道的恒電位儀配置方法中，管道是"電連續(xù)"性的。 然而，當(dāng)管道過長時，地磁暴全局性干擾導(dǎo)致管地電位會隨著管道長度的增加而累積增加， 整條管道的雜散電流干擾信號相互疊加"耦合"，從而使原有恒電位儀失去了對外來雜散電 流干擾的抵抗作用。而且，現(xiàn)有恒電位儀是單極性輸出的，其不能變換脈沖極性以自適應(yīng)消 除外來直流和交流雜散電流干擾以及空間天氣引起的地磁雜散電流干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 針對目前埋地油氣管網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和管網(wǎng)環(huán)境參數(shù)突變點(diǎn)尚未引起重視，也缺乏全 面完整精確的數(shù)據(jù)支持，突變點(diǎn)不易被發(fā)現(xiàn)，在管網(wǎng)地磁暴受災(zāi)最嚴(yán)重的地方缺少應(yīng)急保 護(hù)措施等問題，本發(fā)明提供了一種埋地油氣管網(wǎng)地磁暴災(zāi)害突變點(diǎn)掃描搜索方法（PNGSPSS 方法）以及以及采用該方法找出整個管網(wǎng)的地磁暴災(zāi)害突變點(diǎn)的方法，采用本發(fā)明的技術(shù) 方案，有利于實(shí)施線路優(yōu)化選擇、管道電解耦分段和一段管道的陰極保護(hù)措施，進(jìn)一步能夠 減少管道地磁暴災(zāi)害突變點(diǎn)，減少管道PSP"燕尾峰"，從而減少管道陰極保護(hù)裝置的數(shù)量， 大大的節(jié)約管道防腐蝕成本，能夠減少地磁暴災(zāi)害在長距離電連續(xù)性的埋地油氣管網(wǎng)中產(chǎn) 生地磁感應(yīng)電流GIC和管地電位PSP"負(fù)面"累積效應(yīng)，能夠避免地磁暴引起的管道兩端管 地電位PSP的雙極性過高，避免地磁暴引起的管道地磁感應(yīng)電流GIC過大導(dǎo)致恒電位儀等 設(shè)備的損壞，提高埋地油氣管道防御地磁暴災(zāi)害的能力，延長管道及相關(guān)設(shè)備壽命。
[0013] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0014] 利用PNGSPSS(管網(wǎng)地磁暴災(zāi)害突變點(diǎn)掃描搜索法）找出埋地油氣管網(wǎng)的地磁暴 災(zāi)害突變點(diǎn)的方法，包括如下步驟：
[0015] (1)建立管網(wǎng)受地磁暴影響的機(jī)理模型；
[0016] ⑵建立管網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫；
[0017] (3)建立管網(wǎng)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)庫；
[0018] (4)建立N種地磁暴模式數(shù)據(jù)庫；
[0019] (5)定義地磁暴災(zāi)害突變點(diǎn)模式；
[0020] (6)計(jì)算管網(wǎng)管地電位DPSP分布；
[0021] (7)搜索突變點(diǎn)并判斷是否還有其它地磁暴模式；
[0022] (8)消掉各種地磁暴模式的相同突變點(diǎn)；
[0023] (9)定乂地磁暴災(zāi)害關(guān)變點(diǎn)評估指標(biāo)。
[0024] 優(yōu)選的是，所述建立管網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫，其管網(wǎng)參數(shù)包括管道自身參數(shù)、管道附屬部 分參數(shù)，管道自身參數(shù)包括單位長度電阻、結(jié)構(gòu)及材料成分性質(zhì)，管道附屬部分參數(shù)包括單 位長度導(dǎo)納、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)、內(nèi)外涂層成分和管道內(nèi)流質(zhì)。
[0025] 在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述建立管網(wǎng)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)庫，其管網(wǎng)環(huán)境參 數(shù)包括管道空間因素、管道大氣半空間因素、管道土壤半空間因素、管道坐標(biāo)系分量變化率 因素、管道受電磁場源分布影響的因素；管道空間因素包括：構(gòu)成整個空間的大氣半空間 和土壤半空間，涉及管道架空鋪設(shè)和埋地鋪設(shè)的問題；管道大氣半空間因素包括：空氣溫 度、濕度、空氣成分的濃度、高山、河流、冷源、熱源、地裂和地形參數(shù)；管道土壤半空間因素 包括：大地電阻率、土壤酸堿鹽性、土壤酸堿性、土壤酸堿性、土壤化學(xué)成分的參數(shù)；管道坐 標(biāo)系分量變化率因素包括：直角坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系、拄坐標(biāo)系跟分量變化率，涉及管道拐角、 管道分支和海拔高度的參數(shù)；管道受電磁場源分布影響的因素包括：高壓直流輸電、高壓 交流輸電、電氣化鐵路、地磁暴、核爆、雷電、地磁場、自然電場和人工電磁場。
[0026] 在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述定義地磁暴災(zāi)害突變點(diǎn)模式，模式包括： 管道端點(diǎn)突變模式一一月牙峰，管道中間點(diǎn)突變模式一一燕尾峰；所述管道端點(diǎn)突變模 式一一月牙峰：端點(diǎn)PSP單調(diào)上升或單調(diào)下降；如果對于一個函數(shù)f(x)，xG[a，b]，在左端 點(diǎn)處X=a處右連續(xù)且存在一階右導(dǎo)數(shù)f'（a)，f'（a) < 0或f'（a) > 0 ;在右端點(diǎn)處X=b 處左連續(xù)且存在一階左導(dǎo)數(shù)f'（b)，f'（b) <0或f'（b) >0,則f(a)和f(b)對應(yīng)的圖形為 月牙峰；所述管道中間點(diǎn)突變模式一一燕尾峰：中間點(diǎn)左側(cè)PSP單調(diào)上升，右側(cè)PSP單調(diào)下 降；中間點(diǎn)左側(cè)PSP單調(diào)上升，右側(cè)PSP單調(diào)下降；如果對于一個函數(shù)f(x)，XG[a，b]，在 某一點(diǎn)X(]處連續(xù)但不存在一階導(dǎo)數(shù)f'（xJ，如果在X(]左側(cè)一階導(dǎo)數(shù)f'（xc) > 〇而在xD右 側(cè)一階導(dǎo)數(shù)f'（X。+) < 0,或者在X。左側(cè)一階導(dǎo)數(shù)f'（X。）< 0而在X。右側(cè)一階導(dǎo)數(shù)f'（X。+) &