一種埋地管道管地電位過負控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明是一種解決遭受直流雜散干擾的埋地管道管地電位過負控制方法及裝置。它是電壓基準源作為信號采集比較與觸發控制電路觸發控制所依據的閥值；當信號采集比較與觸發控制電路A02所采集的管地電位超過閥值規定值時，該電路中的運算放大器正向輸出，光電耦合器觸發而導通，觸發反向補償控制電路A03開始給管道施加正向電流；直到信號采集與比較電路A02所采集的管地電位已回到設定閥值允許范圍內時，運算放大器無輸出，光電耦合器不觸發，光電隔離生效，觸發控制取消，反向補償控制電路A03停止工作。本發明防護因管道遭受直流干擾而造成管地電位過負，能解決管道氫脆、涂層剝離風險。
【專利說明】一種埋地管道管地電位過負控制方法及裝置
【技術領域】
[0001] 本發明是一種解決遭受直流雜散干擾的埋地管道管地電位過負控制方法及裝置。 涉及管道系統【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著城市快軌和高壓直流輸電線路和油氣管道的高速建設，它們與埋地 油氣管道的交叉、平行的現象越來越多，能源"公共走廊"越來越普遍。但直流輸電線路的 電場環境、異常工況運行和接地設置，以及以直流作為激勵源的輕軌系統等都會對其鄰近 的埋地鋼質管道造成直流雜散電流干擾，在電流流出管道系統(返回雜散電流干擾源）的區 域管地電位正移發生腐蝕，而在電流流入管道系統的區域導致管道電位過負，容易誘發管 道鋼發生氫脆、防腐涂層剝離等不利影響。對于由于城市輕軌等負載動態變化和鐵軌與地 的絕緣不良而引起的管道管地電位過負問題，尚無有效的防控方法與裝置。
[0003] 目前，防護直流千擾對其鄰近埋地管道影響的方式主要要是排流保護，雖然有直 接排流、強制排流、極性排流和接地排流四種方式；但由于國內僅為受干擾方單方面防護等 國情和缺乏電氣千擾的協調機制，目前基本采用接地排流。在存在動態千擾的區域，為防 止雜散電流逆向流入管道，管理者在接地排流回路中普遍通過安裝防逆流器件(常用二極 管)，即極性接地排流。上述控制方法和裝置雖然能將管道遭受的干擾程度大幅減弱，解決 直流千擾引起的管地電位正向偏移問題，但無法解決管地電位過負的問題，即通常所說的 "排正不排負"的問題。此外，由于長輸油氣管道野外現場沒有可以利用的供電設置，在排流 控制時需要考慮控制裝置的功耗和自供電問題，以及對于管地電位的檢測反饋和控制觸發 效率等問題。
[0004] CN2779412Y公開了一種多通道管道交直流干擾測量裝置，CN1456879A公開了一 種陰極保護的管道管地電位和地表電位綜合檢測方法，但并未解決管地電位過負的問題。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是發明一種防護因管道遭受直流干擾而造成管地電位過負、解決管 道氫脆、涂層剝離風險的埋地管道管地電位過負控制方法及裝置。
[0006] 利用采集管地電位，并與電壓基準源設定閥值進行比較，確定是否需要實施給管 道施加正向電流的反向補償；同時管道電位采集與反饋持續進行，并不斷與設定閥值進行 比較反饋，如果管地電位已回到設定的閥值允許范圍內，反向補償中止。在隨后的管地電位 采集比較中，如果超過閥值重新啟動反向補償。如此往復。
[0007] 本發明所采用的技術方案是：首先建立三個相對獨立的電路：電壓基準源電路、 信號采集比較與觸發控制電路和反向補償控制電路(見圖2)。電壓基準源作為信號采集比 較與觸發控制電路觸發控制所依據的閥值。當信號采集比較與觸發控制電路所采集的管地 電位超過閥值規定值時，該電路中的運算放大器正向輸出，光電耦合導通，觸發反向補償控 制電路開始給管道施加正向電流；直到信號采集與比較電路所采集的管地電位已回到設定 閥值允許范圍內時，運算放大器無輸出，光電隔離生效，觸發控制取消，反向補償控制電路 停止工作。
[0008] 本發明控制方法的流程如圖1所示。其流程為：
[0009] 采集并比較管地電位；
[0010] 是否超過基準源設定閥值判斷？如"否"，則光電耦合器不觸發，反向補償控制系 統停止工作；如"是"，則光電耦合器觸發，反向補償控制系統工作；
[0011] 施加到埋地管道系統。
[0012] 為了防止正電壓從管道流入反向補償控制電路而損壞電路某些元器件，在與管道 相連電路的尾部增加了防回流控制器。流程在反向補償控制系統工作后變為：防回流控制 器導通；施加到埋地管道系統。
[0013] 埋地管道管地電位過負控制裝置的原理如圖2所示。電壓基準原電路輸出接信號 采集比較與觸發控制電路，而且信號采集比較與觸發控制電路不斷與埋地管道系統進行管 地電位的信號采集與信號反饋，信號采集比較與觸發控制電路輸出經光電耦合控制接反向 補償控制電路，反向補償控制電路輸出接防回流控制器，防回流控制器輸出接埋地管道系 統，防回流控制器內部的二極管根據電流方向來控制防回流控制器與埋地管道系統之間是 是否電流導通。
[0014] 埋地管道管地電位過負控制裝置的電路原理如圖3所示，電源I P1的正極與分壓 電阻R1的一端相連，分壓電阻R1的另一端分別與極性電容C1的正極端、可調電阻器R2的 一端，以及三端可調分流基準源T1的K端和R端相連，電源I P1的負極端分別與極性電容 C1的負極端、三端可調分流基準源T1的A端，以及可調電阻器R2的另一端相連。可調電 阻器R2的調節輸出端與運算放大器AR1的反向輸入端相連，運算放大器AR1的正向輸入端 與CuS0 4參比電極L1相連，AR1運算放大器的輸出端與光電耦合器U2的輸入端相連，光電 耦合器U2的直通輸出端分別與電源II P2的負極和三端正電壓輸出控制器U1的接地端相 連，電源II P2的正極與三端正電壓輸出控制器U1的輸入端相連，三端正電壓輸出控制器 U1的輸出端與埋地管道系統L2及防回流控制器U5的輸出端相連。電源III P3的負極與 三端正電壓輸出控制器U3的接地端相連，并接地；電源III P3的正極分別與三端正電壓輸 出控制器U3的輸入端、場效應管U4的D端相連和限流電阻R3的一端，場效應管U4的S端 與防回流控制器U5的輸入端相連；場效應管U4的G端和限流電阻R3的另一端與雙極性晶 體管Q1的控制極相連，雙極性晶體管Q1的發射極接地；三端正電壓輸出控制器U3的輸出 端與光電耦合器U2的耦合輸入端相連，光電耦合器U2的耦合輸出端分別與分壓電阻R4的 -端和限流電阻R5的一端相連，分壓電阻R4的另一端與雙極性晶體管Q1的基極相連，限 流電阻R5的另一端與接地地床L3相連。
[0015] 圖4為防回流控制器U5的電路原理圖，電感L4的一端與場效應管U4的S端相連， 電感L4的另一端分別與電感L5的一端和極性電容C2的正極段相連；電感L5的另一端分 別與電感L6的一端及極性電容C3的正極端相連；電感L6的另一端分別與極性電容C4的 正極端、MBR2545集成電路芯片的引腳1與 3相連；極性電容C2、C3、C4的負極端連在一起， 并接地；三引腳MBR2545集成電路芯片的引腳2與埋地管道系統L2相連。
[0016] 本發明所達到的有益效果：
[0017] (1)可以采用蓄電電池等自供電方式來解決長輸管道野外無供電的問題；
[0018] (2)可以通過多點補償方式來解決瞬時大干擾問題；
[0019] (3)裝置尺寸小，安裝與維護方便；
[0020] (4)特別適合于間斷性動態干擾的控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 圖1控制方法的流程圖
[0022] 圖2埋地管道管地電位過負控制裝置原理框圖
[0023] 圖3埋地管道管地電位過負控制裝置電路原理圖
[0024] 圖4防回流控制器的電路原理圖
【具體實施方式】
[0025] 實施例.下面結合附圖對發明作進一步的說明。本例為試驗樣機，埋地管道管地 電位過負控制裝置的原理如圖2所示。電壓基準原電路輸出接信號采集比較與觸發控制電 路，而且信號采集比較與觸發控制電路不斷與埋地管道系統進行管地電位的信號采集與信 號反饋，，信號采集比較與觸發控制電路輸出經光電耦合控制接反向補償控制電路，反向補 償控制電路輸出接防回流控制器，防回流控制器輸出接埋地管道系統，防回流控制器內部 的二極管根據電流方向來控制防回流控制器與埋地管道系統之間是是否電流導通。
[0026] 裝置的電路原理如圖3所示。電源I P1的正極與分壓電阻R1的一端相連，分壓 電阻R1的另一端分別與極性電容C1的正極端、可調電阻器R2的一端，以及三端可調分流 基準源T1的K端和R端相連，電源I P1的負極端分別與極性電容C1的負極端、三端可調 分流基準源T1的A端，以及可調電阻器R2的另一端相連。可調電阻器R2的調節輸出端與 運算放大器AR1的反向輸入端相連，運算放大器AR1的正向輸入端與CuS0 4S比電極L1相 連，AR1運算放大器的輸出端與光電耦合器U2的輸入端相連，光電耦合器U2的直通輸出端 分別與電源II P2的負極和三端正電壓輸出控制器U1的接地端相連，電源II P2的正極與 三端正電壓輸出控制器U1的輸入端相連，三端正電壓輸出控制器U1的輸出端與埋地管道 系統L2及防回流控制器U5的輸出端相連。電源III P3的負極與三端正電壓輸出控制器 U3的接地端相連，并接地；電源III P3的正極分別與三端正電壓輸出控制器U3的輸入端、 場效應管U4的D端相連和限流電阻R3的一端，場效應管U4的S端與防回流控制器U5的輸 入端相連；場效應管U4的G端和限流電阻R3的另一端與雙極性晶體管Q1的控制極相連， 雙極性晶體管Q1的發射極接地；三端正電壓輸出控制器U3的輸出端與光電耦合器U2的耦 合輸入端相連，光電耦合器U2的耦合輸出端分別與分壓電阻R4的一端和限流電阻R5的一 端相連，分壓電阻R4的另一端與雙極性晶體管Q1的基極相連，限流電阻R5的另一端與接 地地床L3相連。
[0027] 防回流控制器的電路原理如圖4所示，電感L4的一端與場效應管U4的S端相連， 電感L4的另一端分別與電感L5的一端和極性電容C2的正極段相連；電感L5的另一端分 別與電感L6的一端及極性電容C3的正極端相連；電感L6的另一端分別與極性電容C4的 正極端、MBR2545集成電路芯片的引腳1與3相連；極性電容C2、C3、C4的負極端連在一起， 并接地；三引腳MBR2545集成電路芯片的引腳2與埋地管道系統L2相連。
[0028] 在本實施案例中，
[0029]電源I P1選用輸出5V的恒壓電壓；
[0030] 分壓電阻R1為100Ω;
[0031] 極性電容C1為ΙΟΟμρ ;
[0032] 三端可調分流基準源Τ1為TL431 ;
[0033]可調電阻器Μ植為2〇〇 Ω，并調節可調電阻器Μ白勺調節輸出端使其相對接地 CuS04參比電極L1的電壓保持在2V ;
[0034]運算放大器AR1的型號為0p〇7 ;
[0035] 電源II P2為輸出電壓為10V的便攜式電源；
[0036]三端正電壓輸出控制器I U1型號為LM7805 ;'
[0037]埋地管道系統L2為施加有陰極保護的φ 72〇mm管道；
[0038]電壓ΙΠ P3為輸出電壓為10V的便攜式電源；
[0039]三端正電壓輸出控制器II U3型號為LM7805 [0040] 場效應管U4的型號為IRF4905 ;
[0041] 限流電阻R3的電阻為1〇〇〇 Ω ;
[0042] 運算光電耦合器U2的型號為6N137 ;
[0043] 分壓電阻R4的電阻為2000 Ω ;
[0044] 雙極性晶體管Q1型號為TO-226-M NPN晶體管；
[0045] 限流電阻IIR5的電阻為10000Ω ;
[0046] 地床L3材質為硅鐵陽極；
[0047] 電感L4、電感L5和電感L6均為330 μ Η ;
[0048] 極性電容C2、極性電容C3和極性電容C4均為470 μ F ;
[0049] U6為并聯兩個二極管的三引腳MBR2545集成電路芯片。
[0050] 本例控制方法的流程如圖1所示。其流程為：
[0051] 釆集并比較管地電位；
[0052] 是否超過基準源設定閥值判斷？如"是，，，則經光電耦合，反向補償控制系統工作； 防回流控制器導通；施加到埋地管道系統；如"否，'，則經光電隔離，反向補償控制系統停止 工作。
[0053] 本例經試驗，可以采用蓄電電池等自供電方式來解決長輸管道野外無供電的問 題；能通過多點補償方式來解決瞬時大千擾問題；裝置尺寸小，安裝與維護方便；特別適合 于間斷性動態干擾的控制。
【權利要求】
1. 一種埋地管道管地電位過負控制方法，其特征是首先建立三個相對獨立的電路：電 壓基準源電路A01、信號采集比較與觸發控制電路A02和反向補償控制電路A03 ;電壓基準 源作為信號采集比較與觸發控制電路觸發控制所依據的閥值；當信號采集比較與觸發控制 電路A02所采集的管地電位超過閥值規定值時，該電路中的運算放大器正向輸出，光電耦 合器觸發而導通，觸發反向補償控制電路開始給管道施加正向電流；直到信號采集與比較 電路A02所采集的管地電位已回到設定閥值允許范圍內時，運算放大器無輸出，光電耦合 器不觸發，光電隔離生效，觸發控制取消，反向補償控制電路停止工作；其流程為： 采集并比較管地電位； 判斷是否超過電壓基準源設定閥值？如"否"，則光電耦合器不觸發，反向補償控制系 統停止工作；如"是"，則光電耦合器觸發，反向補償控制系統工作； 施加到埋地管道系統。
2. 根據權利要求1所述的埋地管道管地電位過負控制方法，其特征是在反向補償控制 電路與埋地管道系統之間增加防回流控制器，防止正電壓從管道流入反向補償控制電路而 損壞電路某些元器件；流程在反向補償控制系統工作后變為：防回流控制器導通；施加到 埋地管道系統。
3. -種使用如權利要求1所述方法的埋地管道管地電位過負控制裝置，其特征是埋地 管道管地電位過負控制裝置的原理為：電壓基準原電路輸出接信號采集比較與觸發控制電 路，而且信號采集比較與觸發控制電路不斷與埋地管道系統進行管地電位的信號采集與信 號反饋，信號采集比較與觸發控制電路輸出經光電耦合控制接反向補償控制電路，反向補 償控制電路輸出接防回流控制器，防回流控制器輸出接埋地管道系統，防回流控制器內部 的二極管根據電流方向來控制防回流控制器與埋地管道系統之間是是否電流導通。
4. 根據權利要求3所述的埋地管道管地電位過負控制裝置，其特征是所用裝置的電原 理為：電源I P1的正極與分壓電阻R1的一端相連，分壓電阻R1的另一端分別與極性電容 C1的正極端、可調電阻器R2的一端，以及三端可調分流基準源T1的K端和R端相連，電源 I P1的負極端分別與極性電容C1的負極端、三端可調分流基準源T1的A端，以及可調電阻 器R2的另一端相連；可調電阻器R2的調節輸出端與運算放大器AR1的反向輸入端相連，運 算放大器AR1的正向輸入端與CuS0 4參比電極L1相連，AR1運算放大器的輸出端與光電耦 合器U2的輸入端相連，光電耦合器U2的直通輸出端分別與電源II P2的負極和三端正電 壓輸出控制器U1的接地端相連，電源II P2的正極與三端正電壓輸出控制器U1的輸入端 相連，三端正電壓輸出控制器U1的輸出端與埋地管道系統L2及防回流控制器U5的輸出端 相連；電源III P3的負極與三端正電壓輸出控制器U3的接地端相連，并接地；電源III P3 的正極分別與三端正電壓輸出控制器U3的輸入端、場效應管U4的D端相連和限流電阻R3 的一端，場效應管U4的S端與防回流控制器U5的輸入端相連；場效應管U4的G端和限流 電阻R3的另一端與雙極性晶體管Q1的控制極相連，雙極性晶體管Q1的發射極接地；三端 正電壓輸出控制器U3的輸出端與光電耦合器U2的耦合輸入端相連，光電耦合器U2的耦合 輸出端分別與分壓電阻R4的一端和限流電阻R5的一端相連，分壓電阻R4的另一端與雙極 性晶體管Q1的基極相連，限流電阻R5的另一端與接地地床L3相連。
5. 根據權利要求3所述的埋地管道管地電位過負控制裝置，其特征是在反向補償控制 電路與埋地管道系統之間增加防回流控制器，防回流控制器的電原理為：電感L4的一端與 場效應管U4的S端相連，電感W的另一端分別與電感L5的一端和極性電容C2的正^段 相連；電感L5的另一端分別與電感L6的一端及極性電容C3的正極端相連；電感L6的另- 端分別與極性電容C 4的正極端、MBR2545集成電路芯片的引腳1與3相連；極性電容C2、 C3、C4的負極端連在一起，并接地；三引腳MBR2545集成電路芯片的引腳 2與埋地管道系統 L2相連。
【文檔編號】G05F1/56GK104216452SQ201310220140
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年6月5日 優先權日:2013年6月5日
【發明者】陳新華, 黃維和, 張豐, 趙君, 趙晉云, 陳振華, 徐承偉, 姜有文, 畢武喜, 劉文會, 陳洪源, 薛致遠, 劉玲莉, 王禹欽, 康金靜 申請人:中國石油天然氣股份有限公司