管道交流排流对管地电位的影响

管道交流排流对管地电位的影响

冯洪臣

廊坊市盈波管道技术有限公司 065000

 

摘要:当管道受到交流干扰时,最常用的排流方式是接地极加极性排流器或直流去耦合器。由于直流去耦合器的充放电或者极性排流器的整流作用,会导致管地电位的负向偏移,给管道的阴极保护以及电位测量造成影响,当管道受到动态直流干扰时,还会将杂散电流引入管道。交流排流装置同时会影响管道PCM防腐层检漏及管地断电电位测量。

 

关键词:直流去耦合器 极性排流器
交流干扰 杂散电流

 

1.  
极性排流对管地电位的影响

电磁感应导致管道上正负电荷向管道两端移动,造成一段电压正向偏移,另一端负向偏移。造成某一时刻,一个位置管地交流电压升高,另一个位置管地交流电压降低,在同一位置,管地电压按着50Hz的频率在波动。如果防腐层有漏点,交流电流将离开电压正的一侧,通过土壤向电压负的一侧流动。因此,在某一时刻,管道一侧电流流出,另一侧电流流入。

当采用极性排流方式进行交流电排流时,交流电的正半周通过二极管排向接地极,而负半周时二极管截止,电流只能通过土壤流入管道,其结果是脉动电流流向管道,为管道提供阴极保护作用。如图所示,当存在交流干扰时,管地电位明显低于没有交流干扰时的管地电位。有交流干扰时,管道的断电电位也略低于没有交流干扰时的断电电位。当测量管道自然电位并发现管地电位异常负时,这种交流排流装置可能是一个原因。在防腐层质量良好地情况下,交流极性排流所产生的保护电流会足够大,导致恒电位仪停止输出并为管道提供足够的阴极保护电流。

交流干扰极性排流导致管地电位总体负向偏移,尽管在动态直流干扰作用下,管地电位仍在波动,但管地电位始终低于二极管的导通电压。在这种情况下,交流排流接地极加强了管道的阴极保护,但已经失去对动态直流干扰的排流作用,且接地材料电位的高低已经不再重要。交流极性排流相当于沿管道安装了多个阴极保护站。这些阴极保护站除了提供阴极保护外,还起到一定的交流排流作用。如果管道没有交流干扰,则采用牺牲阳极的极性排流接地极将起到排流和提供阴极保护电流的作用。

2.  
恒电位仪的极性排流作用

恒电位仪内部的桥式整流电路,相当于一个单向排流装置,如图所示。当管道上的交流电压在正半波时,电流通过整流二极管从管道流向阳极地床,当管道上为负半波时,整流二极管截止,这时,电流只能通过土壤及防腐层进入管道,其结果相当于一个半波整流电源,给管道施加一个单向脉冲直流电压,导致管地电位负向偏移。

某一管道,直径600mm,长度25km,采用3PE防腐层,沿线与高压输电线路有平行及交叉。阴极保护调试过程中,将恒电位仪的阴极电缆从设备上拆下来,测量的管地电位-1037mVCSE,管地交流电压5.87V;阴极电缆与设备之间直流电流1.104A(从管道流向阳极)、交流电流1.37A;将阴极电缆与设备接通后,管地直流电位-1915mVCSE,交流电压4.039V。如图所示:


阴阳极之间安装二极管
 

该测试证明,当恒电位仪滤波电容小或者设计不当时,恒电位仪自身的交流排流作用就可以将管地电位负向偏移900mV,因此,在杂散电流检测时,恒电位仪交流排流对管地电位的影响不能忽视。这种整流作用有利于管道的阴极保护,无需整改,但会造成恒电位仪开机后无电流输出甚至报警。当测量管道的自然电位时,得到的是虚假的值。

3.  
恒电位仪半波整流为管道提供阴极保护

几天后,在恒电位仪关闭,仅靠其内部整流电路对管道上的交流电压进行半波整流,从管道流向地床的直流电流达到0.996A,该电流相当于阴极保护电流施加到管道上,导致管地电位从-0.903Vcse负向偏移到-1.706Vcse。管道沿线埋设了面积约6.5cm2的试片,试片的断电电位满足-850mVcse阴极保护指标。恒电位仪及地床同时具有交流排流作用,排除交流电流约1.28A,导致管道的交流电压从5.205V降低到3.816V。试验中发现,如果试片与土壤接触密实,一般几分钟就接近充分极化,人工万用表读取的试片断电电位比记录仪记录的试片断电电位偏正约100mV

4.  
在恒电位仪阴、阳极电缆之间安装二极管,仍然具有排流作用

恒电位仪电缆连接后,在阴阳极电缆之间安装二极管,仍然有较大的交直流电通过该二极管。如图所示,阴、阳极通过二极管跨接,有 1.03A交流电在管道与阳极之间流动,有0.91A直流电从管道流向阳极,相当于另外一个阴极保护电流。

阴、阳极直接跨接,有 3.12A交流电在管道流与阳极之间流动,有0.32A直流电从阳极流向管道。如果在阴、阳极电缆之间安装电容,可以起到交流排流作用。

5.  
直流去耦合器的直流漏电量


6.  
交流排流对
PCM测量的影响当管道上的交流排流接地通过直流去耦合器进行连接时,直流去耦合器能够防止阴极保护电流的泄漏,因为直流去耦合器具有通交、隔直的作用。但直流去耦合器的这个性能是通过内部的电容来完成的。在管道阴极保护系统正常运行时,该电容的两个极板处于充电状态。而当通过对阴极保护电源的通断进行管道断电电位测量时,在阴极保护电源断电的瞬间,该电容开始放电,该电流将施加到管道上。造成管道断电电位测量的不准确,因为其中包含了电容放电产生的IR降。当管道受到动态直流干扰时,如果管道上安装直流去耦合器,随着管地直流电位的波动,直流去耦合器中的电容持续充放电,也会导致直流电流流入、流出管道。如图所示,管电电位波动范围2.0V -5.0VCSE,通过100mF电容器的直流电流达到160mA,引入直流电将加剧管地电位的波动。

利用管道电流法进行管道防腐层捡漏时,通过发射极给管道施加一个多频率的信号,通过跟踪该信号可以测量管道的走向和埋深。通过测量该信号在地表产生的电位梯度,可以检测管道防腐层破损点。当管道上装有交流排流装置时,由于多频率信号容易通过直流去耦合器漏失到接地极,造成外加信号的快速消耗。因此,管道防腐层捡漏时,通常需要拆除管道的交流排流装置。

结论

管道交流干扰极性排流可以导致管地电位负向偏移,为管道提供阴极保护,相当于在管道沿线安装了多个微型阴极保护站。这些微型阴极保护站不但提供阴极保护电流,还会排除一定的交流电流。但在管道自然电位、断电电位测量时,要注意交流排流所带来的误差。管地电位负向偏移后,造成管地电位难以高出二极管的导通电位,导致管道上安装的直流排流设施可能会失去作用。管地电位负向偏移会导致恒电位仪停止输出甚至报警,严重时也可以导致管道的过保护。利用交流极性排流提供阴极保护电流时,可使用任何导电材料作为接地极材料,材料的电位对其阴极保护效率影响不大。

 

20160126

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