阅读说明：本技术 一种自然雷击油气管道的人工引雷实验系统及方法 (Artificial lightning triggering experiment system and method for naturally lightning striking oil and gas pipeline ) 是由 张长秀 高剑 刘宝全 毕晓蕾 刘璇 陶彬 张英杰 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自然雷击油气管道的人工引雷实验系统,包括油气管道；油气管道的上方设置有引流杆,引流杆的底端设置有放电电极,放电电极底部与油气管道顶部之间留有空气间隙；引流杆通过金属导线与引雷火箭的尾端相连；引流杆上设置电流测量系统；油气管道底部的地面上设置地电位测量系统；油气管道的一侧架设光学测量系统；电流测量系统、地电位测量系统均与测量终端相连。本发明通过引雷火箭实现人工引雷,将自然闪电引下来并将自然闪电的电流传导到设定的位置用于进行油气管道雷击损伤实验,首次实现了自然雷击对油气管道损伤的实验研究,同时通过人工引雷解决了自然雷击管道的随机性问题从而能够实现自然雷击油气管道的重复性实验研究。(The invention discloses an artificial lightning triggering experiment system for naturally lightning striking an oil-gas pipeline, which comprises an oil-gas pipeline; a drainage rod is arranged above the oil-gas pipeline, a discharge electrode is arranged at the bottom end of the drainage rod, and an air gap is reserved between the bottom of the discharge electrode and the top of the oil-gas pipeline; the drainage rod is connected with the tail end of the lightning-induced rocket through a metal wire; a current measuring system is arranged on the drainage rod; a ground potential measuring system is arranged on the ground at the bottom of the oil and gas pipeline; an optical measuring system is erected on one side of the oil-gas pipeline; and the current measuring system and the ground potential measuring system are both connected with the measuring terminal. According to the invention, artificial lightning triggering is realized through the lightning triggering rocket, natural lightning is triggered down, and the current of the natural lightning is conducted to the set position for carrying out the oil-gas pipeline lightning damage experiment, so that the experimental research on the oil-gas pipeline damage caused by the natural lightning is realized for the first time, and meanwhile, the randomness problem of the natural lightning pipeline is solved through artificial lightning triggering, so that the repeated experimental research on the oil-gas pipeline struck by the natural lightning can be realized.)

一种自然雷击油气管道的人工引雷实验系统及方法

技术领域

本发明属于油气管道雷电防护技术领域，具体涉及一种自然雷击油气管道的人工引雷实验系统及方法。

背景技术

原油和天然气很大一部分是依靠管道进行运输，而雷击是造成管道事故的重要原因之一。雷击可以造成管道的破裂、穿孔、涂层烧蚀等，从而导致油气泄露、管线停输，因此管道雷击研究具有重要意义。

目前国内外开展的管道雷击研究主要集中于对已发生管道雷击事故的调查以及实验室模拟雷电流冲击管道实验，实验室模拟雷电流冲击管道实验主要是通过模拟雷电流对管道的损伤来进行雷电对油气管道的损伤机理的研究，但是实验室模拟雷电流在电弧尺度、电流电压强度上与自然闪电仍存在较大的差异。然而，关于自然雷击对地面油气管道及埋地油气管道损伤特征的研究还十分匮乏。

为了更好的开展自然雷击对油气管道损伤特征的相关研究，本申请提出一种自然雷击油气管道的人工引雷实验系统及方法，采用人工引雷解决自然雷击管道事件发生随机性的问题，实现自然雷击油气管道的重复性实验研究，对于研究自然雷击对油气管道损伤机理和损伤特征研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种自然雷击油气管道的人工引雷实验系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自然雷击油气管道的人工引雷实验系统，包括固定设置在地面上的油气管道；所述油气管道的上方设置有引流杆，所述引流杆的底端设置有放电电极，所述放电电极底部与油气管道顶部之间留有空气间隙；

所述引流杆通过金属导线与引雷火箭的尾端相连；

所述引流杆上设置有用来测量引雷成功后雷电流的电流测量系统；

所述油气管道底部的地面上设置有用来测量引雷成功后地面电压变化的地电位测量系统；

所述油气管道的一侧架设有用于观测记录雷击管道时管道损伤过程的光学测量系统；

所述电流测量系统、地电位测量系统均与测量终端相连。

优选的，所述油气管道通过导线与接地网连接。

优选的，所述放电电极采用钨铜电极。

优选的，所述放电电极通过铜带与引流杆进行连接。

优选的，所述空气间隙的高度为5～10mm。

优选的，所述引雷火箭通过火箭发射控制装置进行控制发射。

优选的，所述火箭发射控制装置设置在火箭发射固定装置上，所述火箭发射固定装置固定设置在地面上。

优选的，所述火箭发射固定装置通过导线与接地网连接。

优选的，所述油气管道的一侧设置有用来测量电磁场的电磁场测量装置，所述电磁场测量装置与测量终端相连；

所述测量终端与火箭发射控制装置相连。

优选的，所述测量终端通过导线与接地网相连。

一种自然雷击油气管道的人工引雷实验方法，包括以下步骤：

步骤1：开启电磁场测量装置、测试终端、光学测量系统、电流测量系统、地电位测量系统；

步骤2：电磁场测量装置测量电磁场，并将电磁场数据传递到测量终端上，测量终端根据接收到的电磁场数据判断发射引雷火箭的最佳时机；

步骤3，待电磁场数据达到预期值后，测量终端控制火箭发射控制装置发射引雷火箭；

步骤4：引雷火箭发射引雷成功后，雷电流沿着金属导线传到引流杆上，继而传导到达放电电极，放电电极与油气管道之间存在巨大电压差而对油气管道放电；同时光学测量系统观测并记录管道损伤过程，电流测量系统测量雷电流，地电位测量系统测量地面电压变化；

步骤5：放电结束后，收集光学测量系统的光学数据、电流测量系统的电流数据及地电位测量系统的电压数据；取下油气管道，进行下一步的损伤观测及数据统计。

本发明的有益效果是：

本发明自然雷击油气管道的人工引雷实验系统通过引雷火箭实现人工引雷，将自然闪电引下来并将自然闪电的电流传导到设定的位置用于进行油气管道雷击损伤实验，首次实现了自然雷击对油气管道损伤的实验研究，同时通过人工引雷解决了自然雷击管道的随机性问题从而能够实现自然雷击油气管道的重复性实验研究。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明自然雷击油气管道的人工引雷实验系统的结构示意图；

其中：

1-测量终端，2-电流测量系统，3-放电电极，4-油气管道，5-地电位测量系统，6-光学测量系统，7-引雷火箭，8-金属导线，9-火箭发射固定装置，10-火箭发射控制装置，11-引流杆，12-电磁场测量装置。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“底”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种自然雷击油气管道的人工引雷实验系统，包括固定设置在地面上的油气管道4；所述油气管道4的上方设置有引流杆11，所述引流杆11的底端设置有放电电极3，所述放电电极3底部与油气管道4顶部之间留有空气间隙；具体地，引流杆11通过绝缘支撑架固定在地面；

所述引流杆11通过金属导线8与引雷火箭7的尾端相连；

所述引流杆11上设置有用来测量引雷成功后雷电流的电流测量系统2，电流测量系统2测量的引雷成功后的雷电流就是作用于油气管道4雷击损伤实验的雷电流幅值；

所述油气管道4底部的地面上设置有用来测量引雷成功后地面电压变化的地电位测量系统5，地电位测量系统5用于测量引雷成功后，雷电在地面形成的电压变化，用于研究电位差对埋地管道的影响；

所述油气管道4的一侧架设有用于观测记录雷击管道时管道损伤过程的光学测量系统6，光学测量系统6可以观测记录雷击管道的瞬间对管道造成损伤的过程；其中光学测量系统6架设在距离实验点15m左右的位置；

所述电流测量系统2、地电位测量系统5均与测量终端1相连。

优选的，所述油气管道4通过导线与接地网连接，进而实现接地处理。

优选的，所述放电电极3采用钨铜电极，放电电极3的直径为12mm。

优选的，所述放电电极3通过铜带与引流杆11进行连接。

优选的，所述空气间隙的高度为5～10mm，本申请中空气间隙的这个高度数值是通过若干次实验得到的，空气间隙高度在该范围时，对实验结果和放电电极3的影响较小。

优选的，所述引雷火箭7通过火箭发射控制装置10进行控制发射。

优选的，所述火箭发射控制装置10设置在火箭发射固定装置9上，所述火箭发射固定装置9固定设置在地面上。

优选的，所述火箭发射固定装置9通过导线与接地网连接，以实现接地处理。

实施例2：

所述油气管道4的一侧设置有用来测量电磁场的电磁场测量装置12，所述电磁场测量装置12与测量终端1相连；

所述测量终端1与火箭发射控制装置10相连。

其余技术特征均与实施例1相同。

在本实施例中，所述测量终端1通过导线与接地网相连，以实现接地处理。

实施例3：

在上述实施例的基础上，本发明还提到一种自然雷击油气管道的人工引雷实验方法，包括以下步骤：

步骤1：开启电磁场测量装置12、测试终端1、光学测量系统6、电流测量系统2、地电位测量系统5；

步骤2：电磁场测量装置12测量电磁场，并将电磁场数据传递到测量终端1上，测量终端1根据接收到的电磁场数据判断发射引雷火箭7的最佳时机；

步骤3，待电磁场数据达到预期值后，测量终端1控制火箭发射控制装置10发射引雷火箭7；

步骤4：引雷火箭7发射引雷成功后，雷电流沿着金属导线8传到引流杆11上，继而传导到达放电电极3，放电电极3与油气管道4之间存在巨大电压差而对油气管道放电；同时光学测量系统6观测并记录管道损伤过程，电流测量系统2测量雷电流，地电位测量系统5测量地面电压变化；

步骤5：放电结束后，收集光学测量系统6的光学数据、电流测量系统2的电流数据及地电位测量系统5的电压数据；取下油气管道，进行下一步的损伤观测及数据统计。

本发明自然雷击油气管道的人工引雷实验系统通过引雷火箭实现人工引雷，将自然闪电引下来并将自然闪电的电流传导到设定的位置用于进行油气管道雷击损伤实验，首次实现了自然雷击对油气管道损伤的实验研究，同时通过人工引雷解决了自然雷击管道的随机性问题从而能够实现自然雷击油气管道的重复性实验研究。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。