極性排流對(duì)管地電位的影響

    電磁感應(yīng)導(dǎo)致管道上正負(fù)電荷向管道兩端移動(dòng)，造成一段電壓正向偏移，另一端負(fù)向偏移。造成某一時(shí)刻，一個(gè)位置管地交流電壓升高，另一個(gè)位置管地交流電壓降低，在同一位置，管地電壓按著 50Hz 的頻率在波動(dòng)。如果防腐層有漏點(diǎn)，交流電流將離開(kāi)電壓正的一側(cè)，通過(guò)土壤向電壓負(fù)的一側(cè)流動(dòng)。因此，在某一時(shí)刻，管道一側(cè)電流流出，另一側(cè)電流流入。

    當(dāng)采用極性排流方式進(jìn)行交流電排流時(shí)，交流電的正半周通過(guò)二極管排向接地極，而負(fù)半周時(shí)二極管截止，電流只能通過(guò)土壤流入管道，其結(jié)果是脈動(dòng)電流流向管道，為管道提供陰極保護(hù)作用。如圖所示，當(dāng)存在交流干擾時(shí)，管地電位明顯低于沒(méi)有交流干擾時(shí)的管地電位。有交流干擾時(shí)，管道的斷電電位也略低于沒(méi)有交流干擾時(shí)的斷電電位。當(dāng)測(cè)量管道自然電位并發(fā)現(xiàn)管地電位異常負(fù)時(shí)，這種交流排流裝置可能是一個(gè)原因。在防腐層質(zhì)量良好地情況下，交流極性排流所產(chǎn)生的保護(hù)電流會(huì)足夠大，導(dǎo)致恒電位儀停止輸出并為管道提供足夠的陰極保護(hù)電流。

    恒電位儀的極性排流作用

    恒電位儀內(nèi)部的橋式整流電路，相當(dāng)于一個(gè)單向排流裝置，如圖所示。當(dāng)管道上的交流電壓在正半波時(shí)，電流通過(guò)整流二極管從管道流向陽(yáng)極地床，當(dāng)管道上為負(fù)半波時(shí)，整流二極管截止，這時(shí)電流只能通過(guò)土壤及防腐層進(jìn)入管道，其結(jié)果相當(dāng)于一個(gè)半波整流電源，給管道施加一個(gè)單向脈沖直流電壓，導(dǎo)致管地電位負(fù)向偏移。

    某一管道，直徑 600mm，長(zhǎng)度 25km，采用 3PE 防腐層，沿線(xiàn)與高壓輸電線(xiàn)路有平行及交叉。陰極保護(hù)調(diào)試過(guò)程中，測(cè)得陰極保護(hù)站位置管地交流電壓 5.87V。將恒電位儀的陰極電纜從設(shè)備上拆下來(lái)，測(cè)量的管地電位 -1037mVCSE，管地交流電壓 5.87V；陰極電纜與設(shè)備之間直流電流 1.104A（從管道流向陽(yáng)極）、交流電流 1.37A；將陰極電纜與設(shè)備接通后，管地直流電位 -1915mVCSE，交流電壓 4.039V。如圖所示：

    該測(cè)試證明，當(dāng)恒電位儀濾波電容小或者設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，恒電位儀自身的交流排流作用就可以將管地電位負(fù)向偏移 900mV，因此，在雜散電流檢測(cè)時(shí)，恒電位儀交流排流對(duì)管地電位的影響不能忽視。這種整流作用有利于管道的陰極保護(hù)，無(wú)需整改，但會(huì)造成恒電位儀開(kāi)機(jī)后無(wú)電流輸出甚至報(bào)警。當(dāng)測(cè)量管道的自然電位時(shí)，得到的是虛假的值。

    恒電位儀半波整流為管道提供陰極保護(hù)

    在恒電位儀關(guān)閉，僅靠其內(nèi)部整流電路對(duì)管道上的交流電壓進(jìn)行半波整流，從管道流向地床的直流電流達(dá)到1.104A，該電流相當(dāng)于陰極保護(hù)電流施加到管道上，導(dǎo)致管地電位負(fù)向偏移。管道沿線(xiàn)埋設(shè)了面積約 6.5cm 2 的試片，試片的斷電電位滿(mǎn)足 -850mVcse 陰極保護(hù)指標(biāo)。恒電位儀及地床同時(shí)具有交流排流作用，排除交流電流約 1.37A，導(dǎo)致管道的交流電壓從 5.87V 降低到 4.04V。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果試片與土壤接觸密實(shí)，一般幾分鐘就接近充分極化，人工萬(wàn)用表讀取的試片斷電電位比記錄儀記錄的試片斷電電位偏正約 100mV。

    在恒電位儀陰、陽(yáng)極電纜之間安裝二極管，仍然具有排流作用

    恒電位儀電纜連接后，在陰陽(yáng)極電纜之間安裝二極管，仍然有較大的交直流電通過(guò)該二極管。如圖所示，陰、陽(yáng)極通過(guò)二極管跨接，有 1.03A 交流電在管道與陽(yáng)極之間流動(dòng)，有 0.91A 直流電從管道流向陽(yáng)極，相當(dāng)于另外一個(gè)陰極保護(hù)電流。

    直流去耦合器的直流漏電量

    當(dāng)管道上的交流排流接地通過(guò)直流去耦合器進(jìn)行連接時(shí)，直流去耦合器能夠防止陰極保護(hù)電流的泄漏，因?yàn)橹绷魅ヱ詈掀骶哂型ń弧⒏糁钡淖饔谩５绷魅ヱ詈掀鞯倪@個(gè)性能是通過(guò)內(nèi)部的電容來(lái)完成的。在管道陰極保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，該電容的兩個(gè)極板處于充電狀態(tài)。而當(dāng)通過(guò)對(duì)陰極保護(hù)電源的通斷進(jìn)行管道斷電電位測(cè)量時(shí)，在陰極保護(hù)電源斷電的瞬間，該電容開(kāi)始放電，該電流將施加到管道上。造成管道斷電電位測(cè)量的不準(zhǔn)確，因?yàn)槠渲邪穗娙莘烹姰a(chǎn)生的 IR 降。當(dāng)管道受到動(dòng)態(tài)直流干擾時(shí)，如果管道上安裝直流去耦合器，隨著管地直流電位的波動(dòng)，直流去耦合器中的電容持續(xù)充放電，也會(huì)導(dǎo)致直流電流流入、流出管道。如圖所示，管電電位波動(dòng)范圍 2.0V ～ -5.0VCSE, 通過(guò) 100mF電容器的直流電流達(dá)到 160mA，引入直流電將加劇管地電位的波動(dòng)。

    交流排流對(duì) PCM 測(cè)量的影響

    利用管道電流法進(jìn)行管道防腐層撿漏時(shí)，通過(guò)發(fā)射極給管道施加一個(gè)多頻率的信號(hào)，通過(guò)跟蹤該信號(hào)可以測(cè)量管道的走向和埋深。通過(guò)測(cè)量該信號(hào)在地表產(chǎn)生的電位梯度，可以檢測(cè)管道防腐層破損點(diǎn)。當(dāng)管道上裝有交流排流裝置時(shí)，由于多頻率信號(hào)容易通過(guò)直流去耦合器漏失到接地極，造成外加信號(hào)的快速消耗。因此，管道防腐層撿漏時(shí)，通常需要拆除管道的交流排流裝置。

    結(jié)論

    管道交流干擾極性排流可以導(dǎo)致管地電位負(fù)向偏移，為管道提供陰極保護(hù)，但在管道自然電位、斷電電位測(cè)量時(shí)，要注意交流干擾排流所帶來(lái)的誤差。管地電位負(fù)向偏移會(huì)導(dǎo)致恒電位儀停止輸出甚至報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)也可以導(dǎo)致管道的過(guò)保護(hù)。

●  作者簡(jiǎn)介

    馮洪臣，生于 1963 年，1981 年 7 月畢業(yè)于中石油管道局職工學(xué)院。現(xiàn)任廊坊市盈波管道技術(shù)有限公司經(jīng)理，陰極保護(hù)專(zhuān)家，從事管道及儲(chǔ)罐陰極保護(hù)、腐蝕檢測(cè)及雜散電流排流。