史汉宸1  熊娟1  伍少杰2

1 中国石油西南油气田公司输气管理处；2 成都市特种设备检验院

摘  要； 为准确评价埋地钢质管道的阴极保护效果，需采用管地界面的极化电位作为判定依据。提出了一种负载切换方案的新型极化电位测试方法，该方法组合了GPS模块、控制电路以及内部负载，通过现场应用可实现多条管道阴极保护电源的同步通断，具有GPS授时准确、数据可靠、通用性强等优点，为今后极化电位测试工作提供一种新的技术思路。

关键词； 极化电位； 同步通断； 负载切换； GPS模块

根据现行国家标准，管地界面极化电位是判断阴极保护有效性的准则，但由于现场条件限制和极化电位本身较难准确读取等原因，各作业区通常依据管地通电电位判断阴极保护的有效性。通电电位值因含有回路IR降的关系，偏离了真实管道阴极保护电位，且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、便捷地测量和记录管地界面极化电位，对于保证阴极保护技术的有效实施具有重要意义。

1 常用极化电位测试方法可操作性分析

目前，国内较为常用的极化电位测试方法主要有瞬间断电法、埋地试片法和极化探头法，其中瞬间断电法已有较为成熟的技术和仪器，但具体使用功能仍存在一定局限（表 1）。

可见，埋地试片法和极化探头法虽然测试结果准确，但是安装要求较高、费用昂贵、性价比较低。常用的瞬间断电法虽然测试简便、费用低廉，但却存在和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，需要设计一种具有多路同步通断功能并且兼容性良好的GPS模块对其进行改进。

2 基于负载切换方案的管道极化电位测试方法

2.1 基本组成

传统的瞬间断电法采用的方式是在恒电位仪输出回路中串联接入电流通断器，在断电时将管线回路与恒电位仪强行切断，实现管线断电。但过程中会破坏恒电位仪与管线形成的反馈系统，导致部分恒电位仪因接收不到反馈信号而出现工作报警。

基于负载切换方案的管道极化电位测试方法，主要在原测试仪器的基础上改进研发新型GPS电流通断器，依靠内部负载实现电流的通断以及保证恒电位仪正常工作。其系统组成主要包括控制器电路、GPS模块、驱动电路、功率电子开关、隔离电源电路及人机交互等电路构成（图 1）。

图 1  系统组成框图

2.2 工作原理

以GPS时间作为基准信号，管道断电时，GPS电流通断器将恒电位仪的输出电流切换至内部负载中，并根据输出电压和电流，通过电子负载自动模拟与管道等效的回路电阻，产生反馈信号传回恒电位仪，保证恒电位仪正常工作。此时，由于原流入管道电流已导入内部负载，管道回路实际处于断电状态，因而可进行断电测试，得到极化电位。恢复通电时，GPS电流通断器将恒电位仪与内部负载断开，在极短的时间重新将电流切换至管线回路，使恒电位仪重新进入正常的通电保护状态。整个过程始终保证恒电位仪输出回路的完整，因此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

2.3 测试步骤

2.3.1 电路连接

按图 3将GPS电流通断器输出阳极、参比电极、零位接阴、输出阴极接线端分别与恒电位仪对应部分连接。

图 3  连接示意

2.3.2 通断测试

将GPS电流通断器接通电源，GPS天线会自动搜索GPS信号。仪器设置 “直接通断”和“GPS通断”二种模式。“直接通断” 模式下，不需设置通断功能起止时间，以启动按键按下后的下一分钟第0秒作为起始时间，退出该界面后通断控制过程结束，此模式适用于单台恒电位仪送电保护管道。“GPS通断”模式下需手动设置控制通断起止时间。当接收到的时间与设定起始时间一致时启动通断功能，一直持续到终止时间。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同步通断。

2.3.3 适用范围与技术指标

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

3 测试方法的现场应用

3.1 某管线现场应用

某管线规格为D720 mm×9 mm，长度61 km，建成时间1987年，由甲站（恒电位仪型号：PC-1B）、乙站(恒电位仪型号：PS-1LC)2个阴保站共同对其进行送电保护。

测试人员首先在甲、乙两站架设普通电流中断器进行同步通断测试，沿管线选择10个点进行极化电位测试，完成后又立即将电流中断器更换为研发的GPS电流通断器，再次对之前选点进行数据收集，测试过程中，两站GPS显示时间同步，且通断电位在15 s周期内无波动。测得数据对比见表2。

从表2可知，在通断过程中，2台仪器测得极化电位数据基本相符，验证了仪器测试数据的准确性。普通电流中断器测试过程中，恒电位仪多次出现电流过冲报警情况。而研发GPS电流通断器GPS授时准确，通断周期15 s内数据无波动，全过程恒电位仪运行稳定，证实了负载切换方案测试方法的可行性。

3.2 某站现场应用

某站采用PS-3E型恒电位仪，分三路输出分别对A管线、B管线和C管线进行送电。由于目前普通电流中断器不能选择性控制多路同步通断，故在此无法进行数据对比，仅对GPS电流通断器多路控制应用进行验证。

测试人员将GPS电流通断器多路样机接入恒电位仪，控制A管线、B管线和 C管线三路通断① 用恒电位仪1、3、4路分别向A管线、B管线和、C管线进行送电。设置好样机运行模式，对三路输出进行同步通断电；② 在连接不变的情况下，对1、4路通断，3路不通断；③ 在连接不变的情况下，对1路通断，3、4路不通断。测试过程中，恒电位仪运行正常，万用表测试电位示数稳定，测试结果见表 3。

由表 3数据可知，GPS电流通断器与PS-3E能够良好兼容，并且可以控制三路同时通断，或二路同时通断，或者选择一路通断、其余二路不通断。

4 结论

（1）采用负载切换的方式保证电流回路的完整，并能选择性控制多条管道进行测试，不会对未测试管道的阴极保护造成影响。

（2）GPS模块授时准确，在多台恒电位仪保护管道上测试极化电位，同步通断性准确。

（3）较普通断电法通用性更强，对于各类型的恒电位仪都有较好的适用性。

作者：史汉宸，男， 1988年生，2011年毕业于西南石油大学，工学学士，现于西南油气田分公司输气管理处工艺技术研究所从事天然气管道防腐技术工作。

《管道保护》2018年第2期（总第39期）