一种管道防腐装置的制作方法

本发明涉及管道腐蚀及防护领域，特别是涉及一种管道防腐装置。

背景技术：

从高压直流输电线路的接地极流出的直流电流，其传输路径与埋地管道有重叠或是间距过小时，电流就会从埋地管道的外防腐层薄弱点处流入管道，形成对管道的干扰电流。这种在土壤中的干扰电流会在管道中传输一段距离后，在管道外防腐层破损点处流出，回到土壤中。干扰电流离开管道的部位，管体的电位发生正向偏移，形成阳极区，管体就会发生剧烈的电解反应，管体的金属被氧化，以氧化物的形式迅速蚀失，导致管体减薄甚至穿孔。这种由于直流干扰电流引起管体腐蚀的现象为杂散电流腐蚀。

现有技术中的管道阴极保护装置，采用开环控制的控制方式，保持阴极保护装置的输出电压和输出电流不变，无法避免由高压直流输电线路对阴极保护装置的影响。

针对于杂散电流引起的管道腐蚀，现有技术中采用强制排流法，在管道与铁轨之间设置一个整流器，起到电位控制的作用，在外部存在电位差的条件下强制进行排流，但是仅仅通过整流器对管地之间电位进行控制，导致管地之间的电位控制不准确，防腐效果差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够通过准确控制管地之间的电位提高防腐效果的管道防腐装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种管道防腐装置，所述防腐装置与管道的防腐层连接，所述防腐装置具体包括：脉冲宽度调制模块、变换电压输出模块、数字信号处理模块、检测模块、接地极；

所述变换电压输出模块与管道的防腐层连接，所述接地极接地，所述变换电压输出模块、所述管道的防腐层和大地构成闭合回路；

所述检测模块与所述管道的防腐层连接，所述检测模块用于检测管道与大地之间的管地电压和管地电流；

所述数字信号处理模块与所述检测模块连接，所述数字信号处理模块设置有参考电压和参考电流，所述数字信号处理模块用于计算所述管地电压与的电压差值、所述管地电流与所述参考电流的电流差值；

所述脉冲宽度调制模块与所述数字信号处理模块连接，所述脉冲宽度调制模块用于根据所述电压差值和所述电流差值调制脉宽，获得调制信号；

所述变换电压输出模块与所述脉冲宽度调制模块连接，所述变换电压输出模块用于根据所述调制信号控制变换电压，使所述管地电压和所述参考电压相等，所述管地电流和所述参考电流相等。

可选的，所述变换电压输出模块具体包括：

单相变压器；当380v交流电压输入到所述单相变压器，所述单相变压器输出低压电压；

肖特基整流二极管，与所述单项变压器连接，用于将所述低压电压整流获得整流电压；

降压式变换电路，分别与所述肖特基整流二极管和所述脉冲宽度调制模块连接，用于根据所述脉宽调制信号调整所述整流电压，获得所述变换电压。

可选的，所述检测模块具体包括：

霍尔电流传感器，分别与所述管道的防腐层和所述数字信号处理模块连接，用于检测所述管道与大地之间的管地电流，并将所述管地电流发送至所述数字信号处理模块；

霍尔电压传感器，分别与所述管道的防腐层和所述数字信号处理模块连接，用于检测所述管道与大地之间的管地电压，并将所述管地电压发送至所述数字信号处理模块。

可选的，所述数字信号处理模块具体包括：数模转换单元、计算单元；

所述数模转换单元，分别与所述霍尔电流传感器和所述霍尔电压传感器连接，用于将所述管地电流转换为数字管地电流，将所述管地电压转换为数字管地电压；

所述计算单元，分别与所述数模转换单元和所述脉冲宽度调制模块连接，计算所述数字管地电压与所述参考电压的电压差值，所述数字管地电流与参考电流的电流差值，并将所述电压差值和所述电流差值发送至所述脉冲宽度调制模块。

可选的，所述脉冲宽度调制模块具体包括：脉冲宽度调制中断单元、占空比调节单元；

所述脉冲宽度调制中断单元与所述数字信号处理模块连接，所述脉冲宽度调制中断单元用于根据所述电压差值和所述电流差值输出脉宽调制信号；

所述占空比调节单元分别与所述脉冲宽度调制中断单元和所述变换电压输出模块连接，所述占空比调节单元用于根据所述脉宽调制信号调整脉冲波形的占空比，获得调制波形，并将所述调制波形发送至所述变换电压输出模块。

可选的，所述防腐装置的工作模式具体包括：恒流模式、恒压模式和强排流模式。

可选的，所述脉冲宽度调制模块为dsp28335芯片。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种管道防腐装置，通过检测模块直接检测管地电压和管地电流，数字信号处理模块处理所述管地电压和所述管地电流，并分别将所述管地电压和所述管地电流与参考电压和参考电流求差值，所述脉冲宽度调制模块根据所述差值调制脉宽，通过调制脉宽精确控制所述变换电压输出模块的输出电压，使所述管地电压和所述参考电压相等，所述管地电流和所述参考电流相等，实现了在高压直流输电引起的杂散电流的影响下，能够得到很好的管道防腐效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种管道防腐装置的结构图；

图2为本发明提供的一种管道防腐装置的控制输出的流程图；

图3为本发明提供的一种管道防腐装置的脉冲宽度调节控制的流程图；

图4为本发明提供的一种管道防腐装置的具体电路图；

图5为本发明提供的参考电压和参考电流的计算流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种能够通过准确控制管地之间的电位提高防腐效果的管道防腐装置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1一种管道防腐装置的结构图所示，一种管道防腐装置，所述防腐装置与管道3的防腐层连接，所述防腐装置具体包括：变换电压输出模块1、检测模块2、脉冲宽度调制模块4、数字信号处理模块5、接地极6；

所述变换电压输出模块1与管道3的防腐层连接，所述接地极6接地，所述变换电压输出模块1、所述管道3的防腐层和大地构成闭合回路；

所述检测模块2与所述管道3的防腐层连接，所述检测模块2用于检测管道3与大地之间的管地电压和管地电流；

所述数字信号处理模块5与所述检测模块2连接，所述数字信号处理模块5设置有参考电压和参考电流，所述数字信号处理模块用于计算所述管地电压与的电压差值、所述管地电流与所述参考电流的电流差值；

所述脉冲宽度调制模块4与所述数字信号处理模块5连接，所述脉冲宽度调制模块4用于根据所述电压差值和所述电流差值调制脉宽，获得调制信号；

所述变换电压输出模块1与所述脉冲宽度调制模块4连接，所述变换电压输出模块1用于根据所述调制信号控制变换电压，使所述管地电压和所述参考电压相等，所述管地电流和所述参考电流相等。

如图2所示的一种管道防腐装置的控制输出的流程图，所述变换电压输出模块1具体包括：

单相变压器，当380v交流电压输入到单相变压器，所述单相变压器输出低压电压；

肖特基整流二极管，与所述单项变压器连接，用于将所述低压电压整流获得整流电压；加入散热片，使电路保持合适温度工作；

降压式变换电路，分别与所述肖特基整流二极管和所述脉冲宽度调制模块4连接，用于根据所述脉宽调制信号调整所述整流电压，获得所述变换电压；所述降压式变换电路中将续流二极管更换为mosfet开关管，解决了电流大、发热严重的现象，采用两路互补的pwm进行控制，并且加入死区，防止电路短接。

如图1一种管道防腐装置的结构图，所述检测模块2具体包括：

霍尔电流传感器2-1，分别与所述管道3的防腐层和所述数字信号处理模块5连接，用于检测所述管道3与大地之间的管地电流，并将所述管地电流发送至所述数字信号处理模块5；

霍尔电压传感器2-2，分别与所述管道3的防腐层和所述数字信号处理模块5连接，用于检测所述管道3与大地之间的管地电压，并将所述管地电压发送至所述数字信号处理模块5。

所述数字信号处理模块5具体包括：数模转换单元、计算单元；

所述数模转换单元，分别与所述霍尔电流传感器和所述霍尔电压传感器连接，用于将所述管地电流转换为数字管地电流，将所述管地电压转换为数字管地电压；

所述计算单元，分别与所述数模转换单元和所述脉冲宽度调制模块连接，计算所述数字管地电压与所述参考电压的电压差值、所述数字管地电流与参考电流的电流差值，并将所述电压差值和所述电流差值发送至所述脉冲宽度调制模块。

如图2所示，所述脉冲宽度调制模块具体包括：脉冲宽度调制中断单元、占空比调节单元；

所述脉冲宽度调制中断单元与所述数字信号处理模块连接，所述脉冲宽度调制中断单元用于根据所述电压差值和所述电流差值输出脉宽调制信号；

如图3和图4所示，所述占空比调节单元分别与所述脉冲宽度调制中断单元和所述变换电压输出模块连接，所述占空比调节单元用于根据所述脉宽调制信号调整脉冲波形的占空比，获得调制波形，并将所述调制波形发送至所述变换电压输出模块；

所述脉冲宽度调制中断单元判断所述管地电压和所述管地电流是否均大于参考值，如果是，将pwm波形中的比较值减小，使得输出的pwm占空比缩小，减小了所述防腐装置的输出量，使得所述管地电压和所述管地电流均与参考值保持一致；否则，将pwm波形中的比较值增大，使得输出的pwm占空比增大，增大了所述防腐装置的输出量，使得所述管地电压和所述管地电流均与参考值保持一致。

所述防腐装置的工作模式具体包括：恒流模式、恒压模式和强排流模式。

所述恒流模式为所述防腐装置的所述管地电流与所述参考值维持不变，所述恒压模式所述防腐装置的所述管地电压与所述参考值维持不变；

所述强排流模式采用主要以所述防腐装置的所述管地电压与所述参考值维持不变，以所述管地电流与所述参考值维持不变为辅，采用pwm双环控制的方式实现控制变换电压输出模块的输出电压。

所述脉冲宽度调制模块为dsp28335芯片。

根据所述dsp28335芯片的io口进行显示和按键操作，显示部分利用串口传输数据，采用三位gpio口进行通讯，控制液晶显示器12864。按键部分利用gipo的读取高低电平，读入按键的状态，根据按键的状态选择不同的工作模式，根据按键状态在dsp内部进行逻辑操作，从而完成显示和按键操作的功能。

如图5所示，所述参考电压和参考电流的计算的具体过程：

计算地磁暴高压直流输电在管道上产生的感应电场强度、串联阻抗、并联导纳；所述串联阻抗为管道的电阻和管道的电感组成的电阻，并联导纳为管道涂层电导和管道对大地的电容组成的电阻；

根据管道的长度、管道的首端电压、管道的末端电压、所述串联阻抗、所述并联导纳、所述地磁暴和高压直流输电在管道上产生的感应电场强度计算地磁感应电流和地磁感应管地电压；

根据所述地磁感应电流和所述地磁感应管地电压计算所述参考电压和参考电流，实现了在所述管道的长度的距离范围内，管道阴极保护符合电位准则。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。