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 成都市特種設備檢驗院

摘  要； 為準確評價(jià)埋地鋼質(zhì)管道的陰極保護效果，需采用管地界面的極化電位作為判定依據。提出了一種負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、控制電路以及內部負載，通過(guò)現場(chǎng)應用可實(shí)現多條管道陰極保護電源的同步通斷，具有GPS授時(shí)準確、數據可靠、通用性強等優(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； 負載切換； GPS模塊

根據現行國家標準，管地界面極化電位是判斷陰極保護有效性的準則，但由于現場(chǎng)條件限制和極化電位本身較難準確讀取等原因，各作業(yè)區通常依據管地通電電位判斷陰極保護的有效性。通電電位值因含有回路IR降的關(guān)系，偏離了真實(shí)管道陰極保護電位，且比真實(shí)管道陰極保護電位更負，不能反映管道的真實(shí)保護情況。因此，準確、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(jiàn)，埋地試片法和極化探頭法雖然測試結果準確，但是安裝要求較高、費用昂貴、性?xún)r(jià)比較低。常用的瞬間斷電法雖然測試簡(jiǎn)便、費用低廉，但卻存在和部分恒電位儀不兼容的問(wèn)題，影響測試數據的準確性；基于此，需要設計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 基于負載切換方案的管道極化電位測試方法

2.1 基本組成

傳統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(xiàn)回路與恒電位儀強行切斷，實(shí)現管線(xiàn)斷電。但過(guò)程中會(huì )破壞恒電位儀與管線(xiàn)形成的反饋系統，導致部分恒電位儀因接收不到反饋信號而出現工作報警。

基于負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上改進(jìn)研發(fā)新型GPS電流通斷器，依靠?jì)炔控撦d實(shí)現電流的通斷以及保證恒電位儀正常工作。其系統組成主要包括控制器電路、GPS模塊、驅動(dòng)電路、功率電子開(kāi)關(guān)、隔離電源電路及人機交互等電路構成（圖 1）。

圖 1  系統組成框圖

2.2 工作原理

以GPS時(shí)間作為基準信號，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部負載中，并根據輸出電壓和電流，通過(guò)電子負載自動(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入內部負載，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�；謴屯�電時(shí)，GPS電流通斷器將恒電位儀與內部負載斷開(kāi)，在極短的時(shí)間重新將電流切換至管線(xiàn)回路，使恒電位儀重新進(jìn)入正常的通電保護狀態(tài)。整個(gè)過(guò)程始終保證恒電位儀輸出回路的完整，因此不會(huì )觸發(fā)其工作報警機制。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(yáng)極、參比電極、零位接陰、輸出陰極接線(xiàn)端分別與恒電位儀對應部分連接。

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(xiàn)會(huì )自動(dòng)搜索GPS信號。儀器設置 “直接通斷”和“GPS通斷”二種模式�！爸苯油〝唷� 模式下，不需設置通斷功能起止時(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(guò)程結束，此模式適用于單臺恒電位儀送電保護管道�！癎PS通斷”模式下需手動(dòng)設置控制通斷起止時(shí)間。當接收到的時(shí)間與設定起始時(shí)間一致時(shí)啟動(dòng)通斷功能，一直持續到終止時(shí)間。通斷過(guò)程中系統以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

基于負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，能夠實(shí)現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 測試方法的現場(chǎng)應用

3.1 某管線(xiàn)現場(chǎng)應用

某管線(xiàn)規格為D720 mm×9 mm，長(cháng)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。

測試人員首先在甲、乙兩站架設普通電流中斷器進(jìn)行同步通斷測試，沿管線(xiàn)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)行數據收集，測試過(guò)程中，兩站GPS顯示時(shí)間同步，且通斷電位在15 s周期內無(wú)波動(dòng)。測得數據對比見(jiàn)表2。

從表2可知，在通斷過(guò)程中，2臺儀器測得極化電位數據基本相符，驗證了儀器測試數據的準確性。普通電流中斷器測試過(guò)程中，恒電位儀多次出現電流過(guò)沖報警情況。而研發(fā)GPS電流通斷器GPS授時(shí)準確，通斷周期15 s內數據無(wú)波動(dòng)，全過(guò)程恒電位儀運行穩定，證實(shí)了負載切換方案測試方法的可行性。

3.2 某站現場(chǎng)應用

某站采用PS-3E型恒電位儀，分三路輸出分別對A管線(xiàn)、B管線(xiàn)和C管線(xiàn)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(wú)法進(jìn)行數據對比，僅對GPS電流通斷器多路控制應用進(jìn)行驗證。

測試人員將GPS電流通斷器多路樣機接入恒電位儀，控制A管線(xiàn)、B管線(xiàn)和 C管線(xiàn)三路通斷① 用恒電位儀1、3、4路分別向A管線(xiàn)、B管線(xiàn)和、C管線(xiàn)進(jìn)行送電。設置好樣機運行模式，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(guò)程中，恒電位儀運行正常，萬(wàn)用表測試電位示數穩定，測試結果見(jiàn)表 3。

由表 3數據可知，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 結論

（1）采用負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造成影響。

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

（3）較普通斷電法通用性更強，對于各類(lèi)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》2018年第2期（總第39期）