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)備檢驗院

摘  要； 為準確評價埋地鋼質(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(jù)。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(nèi)部負載，通過現(xiàn)場應(yīng)用可實現(xiàn)多條管道陰極保護電源的同步通斷，具有GPS授時準確、數(shù)據(jù)可靠、通用性強等優(yōu)點，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(jù)現(xiàn)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(xiàn)場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(qū)通常依據(jù)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，偏離了真實管道陰極保護電位，且比真實管道陰極保護電位更負，不能反映管道的真實保護情況。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)果準確，但是安裝要求較高、費用昂貴、性價比較低。常用的瞬間斷電法雖然測試簡便、費用低廉，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)的準確性；基于此，需要設(shè)計一種具有多路同步通斷功能并且兼容性良好的GPS模塊對其進行改進。

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(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，在斷電時將管線回路與恒電位儀強行切斷，實現(xiàn)管線斷電。但過程中會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(chǔ)上改進研發(fā)新型GPS電流通斷器，依靠內(nèi)部負載實現(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)動電路、功率電子開關(guān)、隔離電源電路及人機交互等電路構(gòu)成（圖 1）。

圖 1  系統(tǒng)組成框圖

2.2 工作原理

以GPS時間作為基準信號，管道斷電時，GPS電流通斷器將恒電位儀的輸出電流切換至內(nèi)部負載中，并根據(jù)輸出電壓和電流，通過電子負載自動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，由于原流入管道電流已導(dǎo)入內(nèi)部負載，管道回路實際處于斷電狀態(tài)，因而可進行斷電測試，得到極化電位。恢復(fù)通電時，GPS電流通斷器將恒電位儀與內(nèi)部負載斷開，在極短的時間重新將電流切換至管線回路，使恒電位儀重新進入正常的通電保護狀態(tài)。整個過程始終保證恒電位儀輸出回路的完整，因此不會觸發(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天線會自動搜索GPS信號。儀器設(shè)置 “直接通斷”和“GPS通斷”二種模式。“直接通斷” 模式下，不需設(shè)置通斷功能起止時間，以啟動按鍵按下后的下一分鐘第0秒作為起始時間，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管道。“GPS通斷”模式下需手動設(shè)置控制通斷起止時間。當接收到的時間與設(shè)定起始時間一致時啟動通斷功能，一直持續(xù)到終止時間。通斷過程中系統(tǒng)以GPS信號作為同步時鐘，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時間信號為基準，能夠?qū)崿F(xiàn)多臺恒電位儀輸出同步通斷；③同步時間誤差≤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個陰保站共同對其進行送電保護。

測試人員首先在甲、乙兩站架設(shè)普通電流中斷器進行同步通斷測試，沿管線選擇10個點進行極化電位測試，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，再次對之前選點進行數(shù)據(jù)收集，測試過程中，兩站GPS顯示時間同步，且通斷電位在15 s周期內(nèi)無波動。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，驗證了儀器測試數(shù)據(jù)的準確性。普通電流中斷器測試過程中，恒電位儀多次出現(xiàn)電流過沖報警情況。而研發(fā)GPS電流通斷器GPS授時準確，通斷周期15 s內(nèi)數(shù)據(jù)無波動，全過程恒電位儀運行穩(wěn)定，證實了負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，故在此無法進行數(shù)據(jù)對比，僅對GPS電流通斷器多路控制應(yīng)用進行驗證。

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、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管線進行送電。設(shè)置好樣機運行模式，對三路輸出進行同步通斷電；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通斷，或二路同時通斷，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行測試，不會對未測試管道的陰極保護造成影響。

（2）GPS模塊授時準確，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》2018年第2期（總第39期）