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基于负荷切换方案的管道极化电位测试方法研究与应用

施汉臣 1、熊娟 1、吴少杰 2

1 中国石油西南油气田分公司输气管理处；

2 成都特种设备检测院

摘要：为了准确评价埋地钢质管道的阴极保护效果，需要以管地界面的极化电位作为判断依据。 提出了一种新的负载切换方案的极化电位测试方法。 这种方法结合了 GPS 模块、控制电路和内部负载。 通过现场应用，可实现多条管线阴极保护电源的同步通断。 它具有GPS授时准确、数据可靠、通用性强等优点负载仪使用，为今后的极化电位测试工作提供了新的技术思路。

关键词：极化电位； 同步通断； 负载切换； GPS模块

按照现行国家标准，管地界面的极化电位是判断阴极保护有效性的标准。 但由于现场条件的限制，以及极化电位本身难以准确读取，各工作区通常根据管地通电电位来判断阴极保护。 效力。 由于回路压降的关系，通电电位值与真实管道阴极保护电位存在偏差，比真实管道阴极保护电位更负，不能反映管道的真实保护情况。 因此，准确、方便地测量和记录管地界面的极化电位，对保证阴极保护技术的有效实施具有重要意义。

一、常用极化电位测试方法的可操作性分析

目前，国内较常用的极化电位测试方法主要有瞬时断电法、埋试片法和极化探针法。 其中瞬时断电法的技术和仪器比较成熟，但仍有一些特定的功能。 局限性（表 1）。

可见，埋试片法和极化探头法虽然测试结果准确，但安装要求高，成本高，性价比低。 常用的瞬时断电法虽然测试简单、成本低，但存在与部分恒电位仪不兼容的问题，影响测试数据的准确性； 基于此，需要设计一个多通道同步开关机功能和兼容性好的GPS模块对其进行改进。

2. 基于负荷切换方案的管道极化电位测试方法

2.1 基本构成

传统的瞬时断电方式是在恒电位仪输出回路串接电流断路器，断电时强行切断管道回路和恒电位仪，实现管道断电。 . 但该过程会破坏恒电位仪与管路形成的反馈系统，导致部分恒电位仪因接收不到反馈信号而报警。

基于负载切换方案的管道极化电位测试方法主要是在原有测试仪器的基础上改进开发了一种新型GPS电流开关，依靠内部负载实现电流切换，保证管道的正常运行。恒电位仪。 其系统主要包括控制器电路、GPS模块、驱动电路、电力电子开关、隔离电源电路和人机交互等电路（图1）。

图1 系统组成框图

2.2 工作原理

以GPS时间为参考信号，当管道断电时，GPS电流开关将恒电位仪的输出电流切换到内部负载，并根据输出电压自动通过电子负载模拟等效于管道的回路电阻和电流。 产生反馈信号并传回恒电位仪，保证恒电位仪正常工作。 此时，由于流入管路的电流已引入内部负载，管路电路实际上处于断电状态，故可进行断电试验，获取极化电位。 当电源恢复时，GPS电流开关断开恒电位仪与内部负载的连接，在极短的时间内将电流重新切换到管路电路中，使恒电位仪重新进入正常上电保护状态。 整个过程始终保证恒电位仪输出电路的完整性，不会触发其工作报警机制。 主要原理如图2所示。

图2 工作原理示意图

2.3 测试步骤

2.3.1 电路连接

根据图3，分别将GPS电流断路器的输出阳极、参比电极、零位接阴极，输出阴极接恒电位仪相应部位。

图3 连接图

2.3.2 连续性测试

将GPS断路器接上电源，GPS天线会自动搜索GPS信号。 仪器有两种模式：“直接开关”和“GPS开关”。 在“直接开关机”模式下，无需设置开关机功能的起止时间。 开始时间为按下开始按钮后下一分钟的第 0 秒。 退出该界面后，通断控制流程结束。 此方式适用于单台电位器输电保护管路。 在“GPS开关”模式下，需要手动设置控制开关的起止时间。 当接收到的时间与设置的开始时间一致时，将开始开关机功能，直到结束时间。 在通断过程中，系统以GPS信号作为同步时钟，适用于多台恒电位仪的同步通断。

2.3.3 适用范围及技术指标

基于负载切换方案的管道极化电位测试方法，①适用于通用恒电位仪，具有多通道（≥2通道）电流通断控制功能； ② 基于GPS时间信号，可实现多台恒电位仪输出同步通断； ③同步时间误差≤0.5s； ④恒电位仪额定电压≤50V，额定电流≤20A。

3 试验方法的现场应用

3.1 某管道现场应用

某管线规格为D720mm×9mm，长61km，建于1987年。 两个阴极保护站，A站（恒电位仪型号：PC-1B）和B站（恒电位仪型号：PS-1LC） ), 共同控制流水线。 进行送电保护。

测试人员首先在A、B站架设普通电流灭弧室进行同步通断试验，然后在管道沿线选取10个点进行极化电位测试，完成后立即更换为研制的GPS电流灭弧室。 再次对先前选择的点进行数据收集。 测试时两站GPS显示时间同步，通断电位在15s周期内无波动。 实测数据对比如表2所示。

从表2可以看出，在通断过程中，两台仪器测得的极化电位数据基本一致，验证了仪器测试数据的准确性。 普通电流灭弧室测试时，恒电位仪多次报电流过冲报警。 但研制的GPS电流开关GPS授时准确，通断周期15s内数据无波动，恒电位仪全程稳定运行，证明了负荷开关试验方法的可行性方案。

3.2 建站现场应用

A站使用PS-3E恒电位仪，分三路输出分别给A管线、B管线和C管线送电。 由于目前普通电流灭弧室不能选择性控制多路同步通断，这里无法进行数据对比，仅验证GPS电流灭弧室的多路控制应用。

测试仪将GPS电流开关多通道样机与恒电位仪相连，控制A管路、B管路、C管路三路通断。 用于电力传输的C管道。 设置样机运行模式，同步开启和关闭三个输出； ② 在连接不变的情况下，开关1、4通断，3通断，3、4通道不通断。 测试过程中恒电位仪工作正常，万用表显示测试电位稳定。 测试结果如表3所示。

从表3数据可以看出，GPS电流开关与PS-3E兼容良好，可以控制三个电路同时通断，也可以控制两个电路同时通断，或选择一个电路打开和关闭，而其他两个电路关闭。

4。结论

(1)采用负载切换方式，保证电流回路的完整性，可选择性控制多条管道进行测试，不影响未测试管道的阴极保护。

(2) GPS模块授时准确，在多台恒电位仪的保护管路上测试极化电位，同步连续性准确。

(3) 比普通断电方式通用性强，对各类恒电位仪具有更好的适用性。

作者简介：史汉臣负载仪使用，男，1988年出生，2011年毕业于西南石油大学，获工学学士学位，现在西南油气输气管理事业部技术研究所从事天然气管道防腐技术研究场分会。

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