[发明专利]一种故障电流对管道的烧蚀模拟试验专用装置及试验方法

权利要求书

1.一种采用故障电流烧蚀管道的模拟试验专用装置进行故障电流烧蚀管道的模拟试验方法，其特征在于，

所述故障电流烧蚀管道的模拟试验装置，通过电流发生器进行输油管道的故障电流烧蚀试验，包括：

故障电流发生器(1)，用于模拟管道附近的故障电流；

高压示波器(2)，用于观察并保存放电电流波形；

辅助电极(3)，用于组成极化回路，使试验样品有电流通过；

以及实际土壤环境箱(4)，用于提供管道附近发生雷击电流时的实际土壤环境；还包括分流器以及接地棒，所述分流器用于多次调节模拟试验的故障电流数量，所述接地棒用于在模拟试验过程中对电容器进行放电；

所述故障电流发生器(1)包括单相调压器D，试验变压器T1、T2，高压硅堆G，电容器组C，脉冲触发器H，调波电感L以及调波电阻R；

所述辅助电极(3)采用电阻小，并且不容易发生极化的铂或者碳电极；

所述试验方法包括如下步骤：

(1)采用数值模拟技术进行建模计算，获得故障电流对应的管道耐受电压；

(2)在试验室中进行故障电流模拟试验，观察是否出现烧蚀，如果没有出现管道烧蚀，则提高故障电流继续进行模拟试验，如果出现管道烧蚀，则降低故障电流继续进行模拟试验；

(3)遍历典型故障电流后获得故障试验后的烧蚀试片，对烧蚀试片进行分析，包括形貌观察、组织结构分析、力学性能分析以及剩余强度评估；

(4)获得故障电流临界烧蚀条件，故障电流烧蚀对管道的影响结果以及选定故障时间下故障电流对应的管道耐受电压；

所述步骤(2)包括如下步骤：

(2-1)制备相同规格的管道试验样品(5)若干；

(2-2)检查单相调压器D、故障电流发生器(1)的放电球隙以及高压示波器；

(2-3)完成试验专用装置的接线，并应尽可能缩短实验回路连接线，减小回环，以便减小测量误差；

(2-4)调节好铜球的放电球隙距离；

(2-5)将调波电感L、调波电阻R及管道试验样品(5)短接，施加数千伏的充电电压，观察并保存放电电流波形；

(2-6)拆除上述短接线，调节球隙距离和调波电感L、调波电阻R的大小，使模拟故障电流的波形接近于工频下波形，幅值接近于最大干扰，即100kA时的干扰电流，测量并记录通过管道试验样品(5)的故障电流和残压的波形，拍摄试验样品(5)的烧蚀情况；

(2-7)保持上述步骤(2-6)的接线不变，改变模拟故障电流的大小，即改变主电容的充电电压并调整触发球隙的距离，重复试验；

(2-8)调节不同故障电压下管道与附近土壤间的电压差，分别对管道试验样品(5)进行烧蚀试验，此后根据试验数据绘制出试验样品的伏安特性曲线，整理不同故障电流下管道的烧蚀图谱；

(2-9)对比实际烧蚀照片与烧蚀图谱，进一步调节模拟故障电流大小重复试验，使实验结果与实际烧蚀状况尽量接近，完善烧蚀图谱和伏安特性曲线。

2.根据权利要求1所述的一种故障电流烧蚀管道的模拟试验方法，其特征在于：所述步骤(2-4)中首先对各级电容器放电，再把接地棒挂在所要调节的铜球上后进行每次球隙距离的调节。

3.根据权利要求1所述的一种故障电流烧蚀管道的模拟试验方法，其特征在于：所述步骤(2-7)每次调波或更换试品及调节球隙距离时，均需切断电源，并对主电容进行充分放电，放电时必须先经过放电电阻放电再直接放电，然后把接地棒挂在主电容器上，以确保人身安全。

4.根据权利要求1所述的一种故障电流烧蚀管道的模拟试验方法，其特征在于：所述步骤(2-8)故障电流根据工况以及数值模拟技术的计算结果分别选择为100KA，80KA，60KA，40KA，20KA，10KA，5KA，1KA；所述管道试验样品(5)为20cm*20cm实际管线钢材料，并附有3PE防腐层(6)，所述防腐层(6)上制作3mm的缺陷；干扰持续时间为：5μs、10μs、20μs、30μs、50μs、60μs、80μs、100μs、150μs、200μs。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种故障电流烧蚀管道的模拟试验方法，其特征在于：所述模拟试验方法根据出现烧蚀情况，调整干扰电压和时间参数，将试验参数在靠近烧蚀临界值附近加密，其他偏离临界值较远的参数进行削减。