本發(fā)明涉及電磁干擾測試系統(tǒng)及分析方法，具體涉及電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾測試系統(tǒng)及分析方法。

背景技術(shù)：

電氣化鐵路、油氣管道都是國家的重要經(jīng)濟命脈，兩者的安全運營，對國家的政治、經(jīng)濟、國防都有著重大影響；由于地理條件的限制或出于節(jié)約土地資源和成本的考慮，在油漆管道、電氣化鐵路的實際工程設(shè)計和建設(shè)過程中，兩者經(jīng)常共用同一走廊，這樣就不可避免的會發(fā)生并行鋪設(shè)或交叉穿越敷設(shè)的情況；而與此同時，目前世界上包括我國在內(nèi)的主要國家電氣化鐵路均采用單相工頻交流制式的牽引供電系統(tǒng)，長期的運行經(jīng)驗證實，該方式具有很多的優(yōu)點和較明顯的經(jīng)濟效果；但是這種制式也存在一系列問題，如電氣化鐵路會對鄰近鋪設(shè)的油氣管道造成腐蝕干擾，危及油氣管道的安全運營與維護；特別是近年來我國大量高速鐵路客運專線的建成，同時伴隨著我國能源需求的增大，大量建設(shè)的油氣管道干擾的問題研究日益迫切；因此開展電氣化鐵路對沿線油氣管道干擾的綜合監(jiān)測與分析非常必要；而現(xiàn)有的電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾測試中，在牽引變電所和油氣管道的測試缺乏同步性；難以準確分析電氣化鐵路對沿線油氣管道干擾的影響程度，造成了鐵路部門和油氣管道運營部門的分歧。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供給一種電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾測試系統(tǒng)及分析方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾測試系統(tǒng)，包括相互連接的電氣化鐵路和沿線油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，時空同步裝置和電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息獲取系統(tǒng)；電氣化鐵路和沿線油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，時空同步裝置和電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息獲取系統(tǒng)均連接到數(shù)據(jù)分析與處理裝置，數(shù)據(jù)分析與處理裝置連接顯示與存儲裝置。

進一步的，所述電氣化鐵路和沿線油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置包括牽引變電所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置、AT所或開閉所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置、電力機車數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置、鋼軌數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置、油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置、陰極保護數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置和土壤數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置。

進一步的，所述牽引變電所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置連接牽引變電所電壓互感器和電流互感器；AT所獲開閉所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置連接AT所或開閉所電壓互感器和電流互感器；電力機車數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置連接電力機車電壓互感器、電流互感器和定位裝置；鋼軌數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置連接鋼軌電壓互感器和電流互感器；油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置連接油氣管道位置雜散電流、交流電流密度和油氣管道對地電位測試裝置；陰極保護數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置連接油氣管道陰極保護裝置；土壤數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置連接土壤電阻率測試裝置。

進一步的，所述時空同步裝置包括全球定位系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)；數(shù)據(jù)分析與處理裝置為大數(shù)據(jù)分析與處理裝置。

電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾測試系統(tǒng)的分析方法，包括以下步驟：

A、獲取電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息；

B、獲取電力機車數(shù)據(jù)和電氣化鐵路沿線土壤電阻率數(shù)據(jù)；

C、采用“車-網(wǎng)”耦合的牽引供電系統(tǒng)潮流仿真模型，計算牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)潮流初始分布；

D、獲取實時監(jiān)測的牽引變電所、AT所、開閉所和鋼軌電流電壓數(shù)據(jù)，與步驟C中仿真結(jié)果比較，修正仿真參數(shù)；得到該時刻牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)實際潮流分布；

E、將步驟D中得到的牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)潮流分布結(jié)果通過電氣化鐵路對油漆管道電磁干擾分析與計算模型進行計算；得到電氣化鐵路沿線大地中的雜散電流、交流電流密度和油氣管道對地電位；

F、獲取實時監(jiān)測的油氣管道檢測點的雜散電流、交流電流密、油氣管道對地電位和陰極保護數(shù)據(jù)，與步驟E中的結(jié)果進行對比，修正仿真數(shù)據(jù)；得到該時刻電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾量化曲線；

G、更新步驟A中數(shù)據(jù)，重復步驟B-F，得到電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾的動態(tài)分布過程。

進一步的，步驟G得到的結(jié)果結(jié)合時空同步技術(shù)，采用大數(shù)據(jù)處理，得到電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾的三維動態(tài)顯示、存儲與查詢。

進一步的，步驟A中電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息包括地理坐標、線路平縱面參數(shù)、牽引供電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)、油氣管道尺寸、油氣管道涂層和油氣管道陰極保護裝置參數(shù)。

進一步的，步驟C中牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)潮流初始分布包括接觸線、承力索、回流線、負饋線、保護線、貫通地線和鋼軌的導線電流和節(jié)點壓力。

進一步的，步驟E中電氣化鐵路對油漆管道電磁干擾分析與計算模型包括感性耦合模型、容性耦合模型和阻性耦合模型。

進一步的，所述大數(shù)據(jù)處理的工具包括分布式文件系統(tǒng)Hadoop和高性能計算與通信HPCC。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明采用時空同步裝置和電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息獲取系統(tǒng)，結(jié)合電氣化鐵路與油氣管道實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾進行測試與分析，建立干擾源與被干擾對象之間嚴格的時間和空間對應關(guān)系；

（2）本發(fā)明在分析過程中采用大數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，結(jié)合分布式處理技術(shù)，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)從采集、處理、存儲到形成結(jié)果的過程，對電氣化鐵路隨機性、波動性和沖擊性牽引負荷在沿線油氣管道上產(chǎn)生的電磁干擾動態(tài)跟蹤評估，具備數(shù)據(jù)深度挖掘能力；

（3）本發(fā)明將時空同步裝置和電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息獲取系統(tǒng)相結(jié)合，通過牽引供電系統(tǒng)對油氣管道電磁干擾的容性耦合、感性耦合和阻性耦合等效計算模型可以擬合電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾的分布，方便對干擾進行綜合分析與評估，具備三維動態(tài)、時間同步和交互式顯示的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的測點空間示意圖。

圖3為本發(fā)明分析方法流程圖。

圖中：1-牽引變電所電壓互感器和電流互感器，1-1-牽引變電所數(shù)據(jù)采集，2-AT所或開閉所電壓互感器和電流互感器，2-1-AT所數(shù)據(jù)采集，3-電力機車電壓互感器、電流互感器和定位裝置，3-1-電力機車數(shù)據(jù)采集，4-鋼軌電壓互感器和電流互感器，4-1-電氣化鐵路沿線監(jiān)測點鋼軌數(shù)據(jù)采集，5-油氣管道位置雜散電流、交流電流密度和油氣管道對地電位測試裝置，5-1-電氣化鐵路沿線油氣管道監(jiān)測點數(shù)據(jù)采集，6-油氣管道陰極保護裝置，6-1-油氣管道陰極保護裝置數(shù)據(jù)采集，7-土壤電阻率測試裝置，7-1-電氣化鐵路沿線土壤電阻爐數(shù)據(jù)采集，8-牽引變電所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，9- AT所獲開閉所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，10-電力機車數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，11-鋼軌數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，12-油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，13-陰極保護數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，14-土壤數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，15-時空同步裝置，16-電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息獲取系統(tǒng)，17-數(shù)據(jù)分析與處理裝置，18-顯示與存儲裝置。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

一種電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾測試系統(tǒng)，包括相互連接的電氣化鐵路和沿線油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，時空同步裝置15和電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息獲取系統(tǒng)16；電氣化鐵路和沿線油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，時空同步裝置15和電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息獲取系統(tǒng)16均連接到數(shù)據(jù)分析與處理裝置17，數(shù)據(jù)分析與處理裝置17連接顯示與存儲裝置18。

進一步的，所述電氣化鐵路和沿線油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置包括牽引變電所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置8、AT所或開閉所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置9、電力機車數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置10、鋼軌數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置11、油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置12、陰極保護數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置13和土壤數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置14。

進一步的，所述牽引變電所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置8連接牽引變電所電壓互感器和電流互感器1；AT所獲開閉所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置9連接AT所或開閉所電壓互感器和電流互感器2；電力機車數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置10連接電力機車電壓互感器、電流互感器和定位裝置3；鋼軌數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置11連接鋼軌電壓互感器和電流互感器4；油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置12連接油氣管道位置雜散電流、交流電流密度和油氣管道對地電位測試裝置5；陰極保護數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置13連接油氣管道陰極保護裝置6；土壤數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置14連接土壤電阻率測試裝置7。

進一步的，所述時空同步裝置15包括全球定位系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)；數(shù)據(jù)分析與處理裝置17為大數(shù)據(jù)分析與處理裝置。

如圖1所示，牽引變電所牽引側(cè)電壓和電流互感器1連接牽引變電所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置8，對牽引變電所測電壓和電流等數(shù)據(jù)進行采集、存儲和傳輸；AT所或開閉所電壓互感器和電流互感器2連接AT所獲開閉所數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置9，對自耦變壓器供電方式下的牽引網(wǎng)輔助分區(qū)所（AT所，含AT分區(qū)所）內(nèi)接觸線、負饋線以及鋼軌的電壓、電流互感器或直接供電方式下開閉所內(nèi)接觸線和鋼軌的電壓、電流互感器測試的數(shù)據(jù)進行采集、存儲和傳輸；電力機車電壓互感器、電流互感器和定位裝置3連接電力機車數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置；對電力機車（含動車組）主變壓器位置電壓和電流等數(shù)據(jù)進行采集、存儲和傳輸；鋼軌電壓互感器和電流互感器4連接鋼軌數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置11，對電氣化鐵路沿線監(jiān)測點的鋼軌電壓和電流等數(shù)據(jù)進行采集、存儲和傳輸；油氣管道位置雜散電流、交流電流密度和油氣管道對地電位測試裝置5連接油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置12，對電氣化鐵路沿線油氣管道監(jiān)測點的雜散電流、交流電流密度和油氣管道對地電位等數(shù)據(jù)進行采集、存儲和傳輸；油氣管道陰極保護裝置6連接陰極保護數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置13，對油氣管道的陰極保護數(shù)據(jù)（包括陽極交流排流量、陽極輸出電流、陽極開路電位、交流排流量和接地極接地電阻）進行采集、存儲和傳輸；土壤電阻率測試裝置7連接土壤數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置14，對電氣化鐵路沿線土壤電阻率等數(shù)據(jù)進行采集、存儲與傳輸；電氣化鐵路和沿線油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置，時空同步裝置15和電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息獲取系統(tǒng)16相互連接；時空同步裝置15和電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息獲取系統(tǒng)16相結(jié)合，可動態(tài)更新地面測點的地理坐標并建立三維可視化模型系統(tǒng)；電氣化鐵路和沿線油氣管道數(shù)據(jù)采集、存儲與傳輸裝置連接數(shù)據(jù)分析與處理裝置17，進一步其可為大數(shù)據(jù)分析與處理裝置；將監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過牽引供電系統(tǒng)對油氣管道電磁干擾的容性耦合、感性耦合和阻性耦合等效計算模型，擬合出電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾分布，將測試結(jié)果可以實時傳輸?shù)斤@示和存儲裝置18。

如圖2所示，以AT供電方式為例，可以看出電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾綜合測試系統(tǒng)的測點空間分布情況；采用多維度時空同步裝置，如全球定位系統(tǒng)GPRS或北斗系統(tǒng)的跟蹤定位和同步對時功能，實現(xiàn)電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾的三維可視化監(jiān)測與分析。

電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾測試系統(tǒng)的分析方法，包括以下步驟：

A、獲取電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息；

B、獲取電力機車數(shù)據(jù)和電氣化鐵路沿線土壤電阻率數(shù)據(jù)；

C、采用“車-網(wǎng)”耦合的牽引供電系統(tǒng)潮流仿真模型，計算牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)潮流初始分布；

D、獲取實時監(jiān)測的牽引變電所、AT所、開閉所和鋼軌電流電壓數(shù)據(jù)，與步驟C中仿真結(jié)果比較，修正仿真參數(shù)；得到該時刻牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)實際潮流分布；

E、將步驟D中得到的牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)潮流分布結(jié)果通過電氣化鐵路對油漆管道電磁干擾分析與計算模型進行計算；得到電氣化鐵路沿線大地中的雜散電流、交流電流密度和油氣管道對地電位；

F、獲取實時監(jiān)測的油氣管道檢測點的雜散電流、交流電流密、油氣管道對地電位和陰極保護數(shù)據(jù)，與步驟E中的結(jié)果進行對比，修正仿真數(shù)據(jù)；得到該時刻電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾量化曲線；

G、更新步驟A中數(shù)據(jù)，重復步驟B-F，得到電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾的動態(tài)分布過程。

進一步的，步驟G得到的結(jié)果結(jié)合時空同步技術(shù)，采用大數(shù)據(jù)處理，得到電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾的三維動態(tài)顯示、存儲與查詢。

進一步的，步驟A中電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息包括地理坐標、線路平縱面參數(shù)、牽引供電系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)、油氣管道尺寸、油氣管道涂層和油氣管道陰極保護裝置參數(shù)。

近一步的，步驟C中牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)潮流初始分布包括接觸線、承力索、回流線、負饋線、保護線、貫通地線和鋼軌的導線電流和節(jié)點壓力。

進一步的，步驟E中電氣化鐵路對油漆管道電磁干擾分析與計算模型包括感性耦合模型、容性耦合模型和阻性耦合模型。

進一步的，所述大數(shù)據(jù)處理的工具包括分布式文件系統(tǒng)Hadoop和高性能計算與通信HPCC。

如圖3所示，電氣化鐵路對油氣管道電磁干擾分析方法流程圖；基于電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息及設(shè)計參數(shù)，讀入某一時刻電力機車（含動車組）監(jiān)測數(shù)據(jù)以及鐵路沿線土壤電阻率多點監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建“車-網(wǎng)”耦合的牽引供電系統(tǒng)潮流仿真模型；對比仿真與多點實測數(shù)據(jù)，修正仿真參數(shù)，當滿足一定精度要求時，輸出該時刻全線牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)實際潮流分布；然后將牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)潮流分布結(jié)果代入電氣化鐵路對油氣管道電磁干擾分析與計算模型，就算得到包括油氣管道位置雜散電流、交流電流密度以及油氣管道對地電位等在內(nèi)的主要參數(shù)；對比仿真與多點實測數(shù)據(jù)，修正仿真參數(shù)，當滿足一定的精度要求時，輸出該時刻電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾的量化曲線；最后，更新電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息數(shù)據(jù)信息，得到整個時間段內(nèi)電氣化鐵路對沿線油氣管道動態(tài)電磁干擾分布過程；還可以結(jié)合時空同步數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，完成電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾的三維動態(tài)顯示、存儲與查詢。

本發(fā)明基于電氣化鐵路與油氣管道基礎(chǔ)設(shè)施地理信息，同步采集牽引變電所、AT所（含分區(qū)所）以及開閉所采集的電氣量、電力機車電壓、電流和實時位置、沿線監(jiān)測點鋼軌電壓和電流、油氣管道管地電位、油氣管道交流電流密度、油氣管道陰極保護裝置運行參數(shù)（包括陽極交流排流量、陽極輸出電位、陽極開路電位、交流排流量、接地極接地電阻）和土壤的土壤電阻率等參數(shù)；利用“車-網(wǎng)”耦合的牽引供電系統(tǒng)潮流仿真模型，得到全線牽引網(wǎng)和回流系統(tǒng)實際潮流分布；代入電氣化鐵路對油氣管道電磁干擾分析與計算模型中，得到整個時間段內(nèi)電氣化鐵路對沿線油氣管道動態(tài)電磁干擾分布過程；結(jié)合時空同步數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)完成電氣化鐵路對沿線油氣管道電磁干擾的三維動態(tài)顯示、存儲與查詢。