吳錦強1 趙康1 李振軍1 孫勤2

1.西部管道分公司； 2.青島雅合科技發展有限公司

摘  要：針對現行管道運營維護對陰極保護電位智能采集系統的迫切需求，重點闡述了其技術發展、應用現狀，總結分析了存在的問題，提出了研究重點和未來發展趨勢。陰極保護電位智能采集系統的應用為智能化管道發展奠定了基礎。

關鍵詞：陰極保護；智能采集；數據；硬件；軟件；監測

長輸管線分布區域廣、地形復雜，采用陰極保護電位人工測量方式，存在測試數據不連續、周期長、成本高且不能及時發現問題等弱點。同時，隨著高壓、特高壓交直流輸電工程的相繼建設投運，高鐵、地鐵線路快速增加，其對埋地長輸管道、站內管網及設備的干擾問題日益突出。因此，通過 集 成 陰 保 電 位 監 測 和 交 直 流 干 擾 參 數 監 測 技術、智能儀表技術、無線通信技術和計算機網絡技術等，發展完善陰極保護電位智能采集系統具有重要意義。

1 發展現狀

陰極保護電位智能采集系統是利用測試樁處布置的采集儀，配合長效參比、極化試片等埋地裝置，將陰極保護通斷電電位、交直流電流、交流電壓等數據實時上傳監測平臺，并進行數據存儲、展示、統計、分析等的陰極保護管理系統。系統主要由硬件和軟件兩部分構成，硬件即電位采集儀和埋地傳感部件，負責數據的采集和傳輸；軟件即陰極保護電位監測、評價和預警系統，負責數據的解析、存儲、分析和展示。

1.1 硬件研制

10年前國內各大高校及研究院所的科研人員就開展了陰極保護電位智能采集設備的硬件研制工作，主要解決基本的陰極保護通電電位采集和數據傳輸問題。早期的工作雖然都有應用效果的描述，但是缺乏具體工況的介紹，也未進行長時間穩定性、可靠性的驗證，大部分可歸類為原型機的開發，為工業化應用提供了技術路線。

1.2 軟件開發

周勇發等[1]以Simplicity協議棧為基礎，研制了一套無線傳感器網絡，用于將陰極保護電位等數據傳輸到計算機控制軟件。采用.NET平臺開發的網絡控制軟件，可以通過該系統實現電位的自動采集、處理和監控等功能。同時，設計研發的陰極保護數據上傳管理平臺，可以實現對數據的上傳、管理、可視化監控等。據此，實現了對數據的實時采集、及時上傳和有效管理，提高了陰極保護系統的智能化水平。

1.3 應用現狀

陰極保護電位智能采集系統早期在西氣東輸二線、中石化儲運公司等管線得到應用，至今已在國內各管道公司廣泛推廣，實現了對管道線路及區域陰極 保護的監測。隨著計算機采集卡和高速芯片技術的進步，采集儀在采集電位數據的同時，還能同時獲取電壓、電流等數據；以太網、超文本鏈接、無線通信等技術的應用，促進了陰極保護電位智能采集系統的發展。目前采集設備功能更加強大，其可靠性有了較大提升，與國外同類產品相比，部分指標處于領先地位。

薛光等[2]介紹了川氣東送管道分公司采用智能測試樁和陰極保護監測系統的效果，除了采用智能采集儀對測試樁處的電位進行定時采集上傳外，還可將全線陰保站的輸出電壓、電流和保護電位、斷電電位等上傳到陰極保護監測系統，通過遠程控制功能及時調整恒電位儀的輸出參數，確保陰極保護系統處于最佳的工作狀態。

西部管道公司自西氣東輸二線應用以來，通過改進原采集設備，跟蹤新技術發展，持續升級改造智能終端，系統技術水平和可靠性不斷提高。目前該公司陰極保護智能監控平臺已實現智能樁遠程升級、采樣頻率遠程設置、交直流電流密度采樣、恒電位儀遠程設置運行參數、衛星對時及遠控一鍵同步通斷、手機APP等功能。 2019年塔里木分公司全面實施了陰極保護升級管理試點應用，據測算，系統投用后每年可減少管道電位測試人員用工90人次，減少電位測試車輛90臺班，減少了陰極保護數據的人工測量誤差，降低了系統運行管理成本，提升了系統的自動化管理水平、運行可靠率和準確性。

2 存在問題

隨著陰極保護智能采集系統的推廣應用，也暴露出了一些問題，主要包括：運行故障率較高、監測數據不能完全滿足評價需求、分析評價軟件算法簡單、數據管理平臺兼容性差等，反映了設備現狀與實際管理需求之間存在偏差，導致系統未能完全發揮應有的作用[3-4]。

其一，可靠性是系統面臨的主要問題。系統可靠性由采集模塊、供電模塊和傳輸模塊的可靠性決定，影響采集模塊正常工作的主要因素是溫度、濕度等環境因素；供電模塊，各廠家系統功耗優化技術存在差異，主流廠商可供采集模塊工作時間可達8～10年，部分廠商僅能達到3～5年；傳輸模塊，主要是網絡信號質量、外界干擾等影響數據傳輸質量，特別是野外環境存在信號盲區，導致數據無法傳輸到遠程服務器。

其二，監測數據應用是面臨的現實問題。數據被采集后，進入軟件系統供分析、計算和應用。當前大多數評價軟件能夠根據陰極保護判據分析監測數據是否達標，還需要將監測數據與人工采集數據整合進行數據準確性、有效性、完整性分析，結合管道本體、檢測、環境等數據，開展風險分析，擴大數據應用，為管道企業數據集成提供支撐環境。

3 發展前景

為解決上述問題，各研發和應用單位進行了有益的嘗試，并取得了一定效果。一是提高設備的防水防塵水平，并在采集儀內部進行溫度、濕度監測，提高系統自診斷能力；二是采用太陽能、風能等供電，對功耗進行優化，保證供電的可持續性；三是采用物聯網通訊、北斗衛星技術等覆蓋傳統信號盲區。未來，智能采集系統的發展主要有三個方面。

3.1 提高標準化程度和可靠性

推動智能采集系統標準化設計，實現埋地裝置、供電模塊的通用化，采集到的數據符合統一的數據庫要求，并可以直接傳輸到統一的數據監測平臺，便于統一管理。重點提高供電、通訊等部件的可靠性。當前主流的高能電池供電主要應用于對采集頻率要求較低區域，因交直流干擾等對采集頻率要求高的區域以及低溫地區，應采用太陽能電池、風能供電、直流電源供電等，保障設備長期穩定運行。在采用主流移動通訊網絡基礎上，針對信號覆蓋盲區，應發展北斗衛星通訊、物聯網通訊等，多渠道保障通訊順暢。

3.2 發揮系統監測技術作用

智能采集系統包含觸發監測功能，可進行交直流干擾監測，當電位水平超過正常運行范圍，自動觸發密集采集模式，及時捕捉動態干擾信號；線路上多電位測量 臺采集設備同步采集通斷電電位，有利于判斷干擾范 圍、強度、流入流出位置，確定高風險區并指導后期排流設計等工作。將智能采集系統得到的海量數據與日常管道運營管理的難點、熱點問題相結合，深化數據分析和應用，是未來一段時間需考慮的關鍵問題。

3.3 提高管道智能化管理水平

智能采集系統利用其布點多、分布廣、供電持續、傳輸及時的優勢，作為基礎可拓展地質災害預警系統、安保視頻監控系統等。結合智慧管道“端+云+大數據”的體系架構集成管道全生命周期數據，整合第三方施工和交叉施工監測、泄漏監測、移動巡檢、智能安防等技術，提供智能分析和決策支持，實現管道的可視化、網絡化、智能化管理，進一步提高管道的智能化管理水平。

4 結語

陰極保護電位智能采集系統的發展與應用實現了陰極保護的集中監控與管理，成功解決了測量誤差大、檢測工作量大、人工成本高等問題，降低了陰極保護運行維護成本，提高了數據采集的可靠性，能實時掌握管道陰極保護狀況和腐蝕狀況，提高了管道管理水平。應強化采集系統的可靠性和標準化，不斷拓寬其應用領域，為智慧管道建設提供強有力的支持。

參考文獻：

[1] 周勇發. 基于無線傳感器網絡的陰極保護電位采集系統[D]. 北京：北京郵電大學， 2011.

[2] 薛光，黃明軍. 管道工程智能測試樁和陰極保護監測系統[J]. 儀表電氣， 2011， 30(6)： 63-65.

[3] 黃景. 油氣管道陰極保護技術現狀與展望[J]. 石化技術， 2017(9)： 83.

[4] 沈飛軍，吳春，張超. 油氣管道陰極保護技術現狀與展望[J]. 化工設計通訊， 2017， 43(8)： 33.

作者簡介：吳錦強，工學學士，高級工程師。現任西部管道分公司安全副總監、總經理助理兼管道處處長，從事管道完整性管理工作。

通訊作者：李振軍，男，工程碩士，高級工程師，從事防腐管理工作。聯系方式： 0991-7561380，xbgdlizhj@petrochina.com.cn。