極性排流對管地電位的影響

    電磁感應(yīng)導(dǎo)致管道上正負(fù)電荷向管道兩端移動，造成一段電壓正向偏移，另一端負(fù)向偏移。造成某一時刻，一個位置管地交流電壓升高，另一個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。如果防腐層有漏點，交流電流將離開電壓正的一側(cè)，通過土壤向電壓負(fù)的一側(cè)流動。因此，在某一時刻，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行交流電排流時，交流電的正半周通過二極管排向接地極，而負(fù)半周時二極管截止，電流只能通過土壤流入管道，其結(jié)果是脈動電流流向管道，為管道提供陰極保護作用。如圖所示，當(dāng)存在交流干擾時，管地電位明顯低于沒有交流干擾時的管地電位。有交流干擾時，管道的斷電電位也略低于沒有交流干擾時的斷電電位。當(dāng)測量管道自然電位并發(fā)現(xiàn)管地電位異常負(fù)時，這種交流排流裝置可能是一個原因。在防腐層質(zhì)量良好地情況下，交流極性排流所產(chǎn)生的保護電流會足夠大，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，電流通過整流二極管從管道流向陽極地床，當(dāng)管道上為負(fù)半波時，整流二極管截止，這時電流只能通過土壤及防腐層進入管道，其結(jié)果相當(dāng)于一個半波整流電源，給管道施加一個單向脈沖直流電壓，導(dǎo)致管地電位負(fù)向偏移。

    某一管道，直徑 600mm，長度 25km，采用 3PE 防腐層，沿線與高壓輸電線路有平行及交叉。陰極保護調(diào)試過程中，測得陰極保護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，測量的管地電位 -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：

    該測試證明，當(dāng)恒電位儀濾波電容小或者設(shè)計不當(dāng)時，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，在雜散電流檢測時，恒電位儀交流排流對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，無需整改，但會造成恒電位儀開機后無電流輸出甚至報警。當(dāng)測量管道的自然電位時，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

    在恒電位儀關(guān)閉，僅靠其內(nèi)部整流電路對管道上的交流電壓進行半波整流，從管道流向地床的直流電流達到1.104A，該電流相當(dāng)于陰極保護電流施加到管道上，導(dǎo)致管地電位負(fù)向偏移。管道沿線埋設(shè)了面積約 6.5cm 2 的試片，試片的斷電電位滿足 -850mVcse 陰極保護指標(biāo)。恒電位儀及地床同時具有交流排流作用，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。試驗中發(fā)現(xiàn)，如果試片與土壤接觸密實，一般幾分鐘就接近充分極化，人工萬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，在陰陽極電纜之間安裝二極管，仍然有較大的交直流電通過該二極管。如圖所示，陰、陽極通過二極管跨接，有 1.03A 交流電在管道與陽極之間流動，有 0.91A 直流電從管道流向陽極，相當(dāng)于另外一個陰極保護電流。

    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直流去耦合器進行連接時，直流去耦合器能夠防止陰極保護電流的泄漏，因為直流去耦合器具有通交、隔直的作用。但直流去耦合器的這個性能是通過內(nèi)部的電容來完成的。在管道陰極保護系統(tǒng)正常運行時，該電容的兩個極板處于充電狀態(tài)。而當(dāng)通過對陰極保護電源的通斷進行管道斷電電位測量時，在陰極保護電源斷電的瞬間，該電容開始放電，該電流將施加到管道上。造成管道斷電電位測量的不準(zhǔn)確，因為其中包含了電容放電產(chǎn)生的 IR 降。當(dāng)管道受到動態(tài)直流干擾時，如果管道上安裝直流去耦合器，隨著管地直流電位的波動，直流去耦合器中的電容持續(xù)充放電，也會導(dǎo)致直流電流流入、流出管道。如圖所示，管電電位波動范圍 2.0V ～ -5.0VCSE, 通過 100mF電容器的直流電流達到 160mA，引入直流電將加劇管地電位的波動。

    交流排流對 PCM 測量的影響

    利用管道電流法進行管道防腐層撿漏時，通過發(fā)射極給管道施加一個多頻率的信號，通過跟蹤該信號可以測量管道的走向和埋深。通過測量該信號在地表產(chǎn)生的電位梯度，可以檢測管道防腐層破損點。當(dāng)管道上裝有交流排流裝置時，由于多頻率信號容易通過直流去耦合器漏失到接地極，造成外加信號的快速消耗。因此，管道防腐層撿漏時，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，但在管道自然電位、斷電電位測量時，要注意交流干擾排流所帶來的誤差。管地電位負(fù)向偏移會導(dǎo)致恒電位儀停止輸出甚至報警，嚴(yán)重時也可以導(dǎo)致管道的過保護。

●  作者簡介

    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，陰極保護專家，從事管道及儲罐陰極保護、腐蝕檢測及雜散電流排流。