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； 為準確評價埋地鋼質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，通過現場應用可實現多條管道陰極保護電源的同步通斷，具有GPS授時準確、數據可靠、通用性強等優點，為今后極化電位測試工作提供一種新的技術思路。

關鍵詞； 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，但由于現場條件限制和極化電位本身較難準確讀取等原因，各作業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

傳統的瞬間斷電法采用的方式是在恒電位儀輸出回路中串聯接入電流通斷器，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，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研發新型GPS電流通斷器，依靠內部負載實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、驅動電路、功率電子開關、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部負載中，并根據輸出電壓和電流，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入內部負載，管道回路實際處于斷電狀態，因而可進行斷電測試，得到極化電位�；謴屯�電時，GPS電流通斷器將恒電位儀與內部負載斷開，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。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”模式下需手動設置控制通斷起止時間。當接收到的時間與設定起始時間一致時啟動通斷功能，一直持續到終止時間。通斷過程中系統以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，能夠實現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 測試方法的現場應用

3.1 某管線現場應用

某管線規格為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的GPS電流通斷器，再次對之前選點進行數據收集，測試過程中，兩站GPS顯示時間同步，且通斷電位在15 s周期內無波動。測得數據對比見表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程中，恒電位儀多次出現電流過沖報警情況。而研發GPS電流通斷器GPS授時準確，通斷周期15 s內數據無波動，全過程恒電位儀運行穩定，證實了負載切換方案測試方法的可行性。

3.2 某站現場應用

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，故在此無法進行數據對比，僅對GPS電流通斷器多路控制應用進行驗證。

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穩定，測試結果見表 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年畢業于西南石油大學，工學學士，現于西南油氣田分公司輸氣管理處工藝技術研究所從事天然氣管道防腐技術工作。

《管道保護》2018年第2期（總第39期）