史漢宸1  熊娟1  伍少杰2

1 中國石油西南油氣田公司輸氣管理處；2 成都市特種設(shè)備檢驗(yàn)院

摘  要； 為準(zhǔn)確評價(jià)埋地鋼質(zhì)管道的陰極保護(hù)效果，需采用管地界面的極化電位作為判定依據(jù)。提出了一種負(fù)載切換方案的新型極化電位測試方法，該方法組合了GPS模塊、控制電路以及內(nèi)部負(fù)載，通過現(xiàn)場應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)多條管道陰極保護(hù)電源的同步通斷，具有GPS授時(shí)準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)可靠、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，為今后極化電位測試工作提供一種新的技術(shù)思路。

關(guān)鍵詞； 極化電位； 同步通斷； 負(fù)載切換； GPS模塊

根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，管地界面極化電位是判斷陰極保護(hù)有效性的準(zhǔn)則，但由于現(xiàn)場條件限制和極化電位本身較難準(zhǔn)確讀取等原因，各作業(yè)區(qū)通常依據(jù)管地通電電位判斷陰極保護(hù)的有效性。通電電位值因含有回路IR降的關(guān)系，偏離了真實(shí)管道陰極保護(hù)電位，且比真實(shí)管道陰極保護(hù)電位更負(fù)，不能反映管道的真實(shí)保護(hù)情況。因此，準(zhǔn)確、便捷地測量和記錄管地界面極化電位，對于保證陰極保護(hù)技術(shù)的有效實(shí)施具有重要意義。

1 常用極化電位測試方法可操作性分析

目前，國內(nèi)較為常用的極化電位測試方法主要有瞬間斷電法、埋地試片法和極化探頭法，其中瞬間斷電法已有較為成熟的技術(shù)和儀器，但具體使用功能仍存在一定局限（表 1）。

可見，埋地試片法和極化探頭法雖然測試結(jié)果準(zhǔn)確，但是安裝要求較高、費(fèi)用昂貴、性價(jià)比較低。常用的瞬間斷電法雖然測試簡便、費(fèi)用低廉，但卻存在和部分恒電位儀不兼容的問題，影響測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；基于此，需要設(shè)計(jì)一種具有多路同步通斷功能并且兼容性良好的GPS模塊對其進(jìn)行改進(jìn)。

2 基于負(fù)載切換方案的管道極化電位測試方法

2.1 基本組成

傳統(tǒng)的瞬間斷電法采用的方式是在恒電位儀輸出回路中串聯(lián)接入電流通斷器，在斷電時(shí)將管線回路與恒電位儀強(qiáng)行切斷，實(shí)現(xiàn)管線斷電。但過程中會(huì)破壞恒電位儀與管線形成的反饋系統(tǒng)，導(dǎo)致部分恒電位儀因接收不到反饋信號而出現(xiàn)工作報(bào)警。

基于負(fù)載切換方案的管道極化電位測試方法，主要在原測試儀器的基礎(chǔ)上改進(jìn)研發(fā)新型GPS電流通斷器，依靠內(nèi)部負(fù)載實(shí)現(xiàn)電流的通斷以及保證恒電位儀正常工作。其系統(tǒng)組成主要包括控制器電路、GPS模塊、驅(qū)動(dòng)電路、功率電子開關(guān)、隔離電源電路及人機(jī)交互等電路構(gòu)成（圖 1）。

圖 1  系統(tǒng)組成框圖

2.2 工作原理

以GPS時(shí)間作為基準(zhǔn)信號，管道斷電時(shí)，GPS電流通斷器將恒電位儀的輸出電流切換至內(nèi)部負(fù)載中，并根據(jù)輸出電壓和電流，通過電子負(fù)載自動(dòng)模擬與管道等效的回路電阻，產(chǎn)生反饋信號傳回恒電位儀，保證恒電位儀正常工作。此時(shí)，由于原流入管道電流已導(dǎo)入內(nèi)部負(fù)載，管道回路實(shí)際處于斷電狀態(tài)，因而可進(jìn)行斷電測試，得到極化電位�；謴�(fù)通電時(shí)，GPS電流通斷器將恒電位儀與內(nèi)部負(fù)載斷開，在極短的時(shí)間重新將電流切換至管線回路，使恒電位儀重新進(jìn)入正常的通電保護(hù)狀態(tài)。整個(gè)過程始終保證恒電位儀輸出回路的完整，因此不會(huì)觸發(fā)其工作報(bào)警機(jī)制。主要原理如圖 2所示。

圖 2 工作原理示意

2.3 測試步驟

2.3.1 電路連接

按圖 3將GPS電流通斷器輸出陽極、參比電極、零位接陰、輸出陰極接線端分別與恒電位儀對應(yīng)部分連接。

圖 3  連接示意

2.3.2 通斷測試

將GPS電流通斷器接通電源，GPS天線會(huì)自動(dòng)搜索GPS信號。儀器設(shè)置 “直接通斷”和“GPS通斷”二種模式�！爸苯油〝唷� 模式下，不需設(shè)置通斷功能起止時(shí)間，以啟動(dòng)按鍵按下后的下一分鐘第0秒作為起始時(shí)間，退出該界面后通斷控制過程結(jié)束，此模式適用于單臺恒電位儀送電保護(hù)管道�！癎PS通斷”模式下需手動(dòng)設(shè)置控制通斷起止時(shí)間。當(dāng)接收到的時(shí)間與設(shè)定起始時(shí)間一致時(shí)啟動(dòng)通斷功能，一直持續(xù)到終止時(shí)間。通斷過程中系統(tǒng)以GPS信號作為同步時(shí)鐘，適用于多臺恒電位儀同步通斷。

2.3.3 適用范圍與技術(shù)指標(biāo)

基于負(fù)載切換方案的管道極化電位測試方法， ①適用于通用型恒電位儀，具有多路（≥2路）電流通斷控制功能；②以GPS時(shí)間信號為基準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)多臺恒電位儀輸出同步通斷；③同步時(shí)間誤差≤0.5 s；④恒電位儀額定電壓≤50 V，額定電流≤20 A。

3 測試方法的現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 某管線現(xiàn)場應(yīng)用

某管線規(guī)格為D720 mm×9 mm，長度61 km，建成時(shí)間1987年，由甲站（恒電位儀型號：PC-1B）、乙站(恒電位儀型號：PS-1LC)2個(gè)陰保站共同對其進(jìn)行送電保護(hù)。

測試人員首先在甲、乙兩站架設(shè)普通電流中斷器進(jìn)行同步通斷測試，沿管線選擇10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行極化電位測試，完成后又立即將電流中斷器更換為研發(fā)的GPS電流通斷器，再次對之前選點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，測試過程中，兩站GPS顯示時(shí)間同步，且通斷電位在15 s周期內(nèi)無波動(dòng)。測得數(shù)據(jù)對比見表2。

從表2可知，在通斷過程中，2臺儀器測得極化電位數(shù)據(jù)基本相符，驗(yàn)證了儀器測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。普通電流中斷器測試過程中，恒電位儀多次出現(xiàn)電流過沖報(bào)警情況。而研發(fā)GPS電流通斷器GPS授時(shí)準(zhǔn)確，通斷周期15 s內(nèi)數(shù)據(jù)無波動(dòng)，全過程恒電位儀運(yùn)行穩(wěn)定，證實(shí)了負(fù)載切換方案測試方法的可行性。

3.2 某站現(xiàn)場應(yīng)用

某站采用PS-3E型恒電位儀，分三路輸出分別對A管線、B管線和C管線進(jìn)行送電。由于目前普通電流中斷器不能選擇性控制多路同步通斷，故在此無法進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，僅對GPS電流通斷器多路控制應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證。

測試人員將GPS電流通斷器多路樣機(jī)接入恒電位儀，控制A管線、B管線和 C管線三路通斷① 用恒電位儀1、3、4路分別向A管線、B管線和、C管線進(jìn)行送電。設(shè)置好樣機(jī)運(yùn)行模式，對三路輸出進(jìn)行同步通斷電；② 在連接不變的情況下，對1、4路通斷，3路不通斷；③ 在連接不變的情況下，對1路通斷，3、4路不通斷。測試過程中，恒電位儀運(yùn)行正常，萬用表測試電位示數(shù)穩(wěn)定，測試結(jié)果見表 3。

由表 3數(shù)據(jù)可知，GPS電流通斷器與PS-3E能夠良好兼容，并且可以控制三路同時(shí)通斷，或二路同時(shí)通斷，或者選擇一路通斷、其余二路不通斷。

4 結(jié)論

（1）采用負(fù)載切換的方式保證電流回路的完整，并能選擇性控制多條管道進(jìn)行測試，不會(huì)對未測試管道的陰極保護(hù)造成影響。

（2）GPS模塊授時(shí)準(zhǔn)確，在多臺恒電位儀保護(hù)管道上測試極化電位，同步通斷性準(zhǔn)確。

（3）較普通斷電法通用性更強(qiáng)，對于各類型的恒電位儀都有較好的適用性。

作者：史漢宸，男， 1988年生，2011年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)于西南油氣田分公司輸氣管理處工藝技術(shù)研究所從事天然氣管道防腐技術(shù)工作。

《管道保護(hù)》2018年第2期（總第39期）