一种油气管道绝缘接头及阴保自动测试系统的制作方法

1.本实用新型属于油气管道监测技术领域，具体涉及一种油气管道绝缘接头及阴保自动测试系统。


背景技术：

2.绝缘接头作为油气管道中必不可少的绝缘、承压元件，具有高绝缘、良好密封性、较高刚性、高寿命及零维修费用的特点，广泛应用于各类油气管道及其阴极保护系统。在油气管道运行过程中，绝缘接头能在不影响管道内部流体流动的情况下有效阻断管道上阴保电流与杂散电流的流动，显著提高阴极保护系统的阴极保护效果和管道的电化学腐蚀防护能力。但随着时间的推移、外部环境变化以及受绝缘接头自身内部缺陷等因素的影响，绝缘接头逐渐出现密封失效、绝缘性能破坏、甚至隐含强度隐患等问题，可能造成较大的经济损失并直接影响管道运行，因此对绝缘接头性能和运行状态进行检测具有重要意义。但由于绝缘接头多埋于地下，难以及时发现隐患和对隐患的严重程度、类型进行评估，最终造成重大损失。因此，对绝缘接头性能进行高效、便捷的在线检测评估十分必要。且对于阴极保护系统的保护效果也需要进行实时检测，以保证阴极保护系统对油气管道的保护。
3.现阶段，市面上的检测设备仍以手持式检测设备为主，所需人工投入量较大、受管道周围环境干扰严重，检测频次较低难以有效表征绝缘接头、阴极保护系统运行状态；基于pcm与电流环检测技术的在线检测设备检测精度高、可靠性好，但多存在建设管理成本高、维护困难等问题，所以研发性价比高、精度好、使用便捷的绝缘接头、阴极保护系统在线检测设备具有良好的实际工程意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种油气管道绝缘接头及阴保自动测试系统，可实现绝缘接头、阴极保护系统运行状态的自动检测，且结构简单、安装简便、检测精度较高。
5.本实用新型采用以下技术方案：
6.一种油气管道绝缘接头及阴保自动测试系统，测试系统包括电源、测试仪、继电器模组、测试电缆、参比电极，电源与测试仪联接；
7.油气管道通过绝缘接头分隔为保护侧管道与非保护侧管道，阴极保护系统与保护侧管道联接；
8.继电器模组包括保护侧继电器模组、非保护侧继电器模组；
9.测试电缆包括第一电缆、第二电缆、第三电缆、第四电缆、第五电缆；
10.第一电缆、第二电缆分别联接保护侧管道与非保护侧管道，第四电缆、第五电缆分别联接保护侧牺牲阳极与非保护侧牺牲阳极，测试仪通过第三电缆与参比电极联接，测试仪通过保护侧继电器模组与第一电缆、第四电缆联接，测试仪通过非保护侧继电器模组与第二电缆、第五电缆联接。
11.作为优选方案，保护侧继电器模组包括第一单刀双掷继电器、第一单刀单掷继电器，第一电缆、第四电缆通过第一单刀单掷继电器联接，测试仪通过第一单刀双掷继电器与第一电缆、第四电缆联接。
12.作为优选方案，非保护侧继电器模组包括第二单刀双掷继电器、第二单刀单掷继电器，第二电缆、第五电缆通过第二单刀单掷继电器联接，测试仪通过第二单刀双掷继电器与第二电缆、第五电缆联接。
13.作为优选方案，测试仪包括相联的微控制器、ad转换模组，ad转换模组分别与保护侧继电器模组、非保护侧继电器模组联接，ad转换模组通过第三电缆与参比电极联接。
14.作为优选方案，继电器模组还包括第一驱动芯片、第二驱动芯片，微控制器分别与第一驱动芯片、第二驱动芯片联接，第一驱动芯片分别与第一单刀单掷继电器、第二单刀单掷继电器联接，第二驱动芯片分别与第一单刀双掷继电器、第二单刀双掷继电器联接。
15.作为优选方案，测试仪还包括分别与微控制器联接的时钟电路、报警电路、存储电路。
16.作为优选方案，测试系统还包括后台控制模组，微控制器与后台控制模组联接，并通过无线通信网络进行数据传输。
17.作为优选方案，无线通信网络由gsm通信模组和wifi通信模组构成。
18.作为优选方案，测试仪外壳采用防爆外壳，测试仪的gsm通信天线和wifi通信天线均采用防爆天线，测试仪的开关电源接头、电源的充电接头均采用防爆接头。
19.作为优选方案，电源包括锂电池组、电源管理芯片、外部调稳压电路，电源管理芯片、外部调稳压电路分别与锂电池组联接。
20.本实用新型的有益效果是：
21.适用于不同种类、不同应用场景下油气管道绝缘接头的实时在线检测与评估。通过实时监测处于阴极保护状态下与非阴极保护状态下绝缘接头两侧管道的电位信息，以及对牺牲阳极接入下管道通电电位的实时监测，可实现绝缘接头运行状态和管道阴极保护系统保护效果的检测评估，并根据评估结果生成预报警信息，在有效提高检测能力的同时减轻工作人员负担。且检测精度高、兼容性强，能提高绝缘接头和阴极保护系统运行的可靠性、降低人工作业强度、节省维护成本，测试仪采用防爆设计、安装灵活，可满足油气管道沿线运行环境要求，有很好的应用价值。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是应用本实用新型所述一种油气管道绝缘接头及阴保自动测试系统时的结构示意图；
24.图2是本实用新型所述一种油气管道绝缘接头及阴保自动测试系统的结构示意图；
25.图3是一种油气管道绝缘接头及阴保自动测试系统的流程图；
26.图中的编号分别为：1、测试仪，2、第一单刀双掷继电器，3、第一单刀单掷继电器，4、保护侧管道，7、第一电缆，6、保护侧牺牲阳极，5、第四电缆，8、绝缘接头，9、第二单刀双掷继电器，10、第二单刀单掷继电器，11、第二电缆，12、第五电缆，13、非保护侧牺牲阳极，14、第三电缆，15、参比电极，16、非保护侧管道。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.参照图1、2，本实施例提供了一种油气管道绝缘接头及阴保自动测试系统，测试系统包括电源、测试仪1、继电器模组、测试电缆、参比电极15，电源与测试仪1联接；
29.油气管道通过绝缘接头8分隔为保护侧管道4与非保护侧管道16，阴极保护系统与保护侧管道4联接；
30.继电器模组包括保护侧继电器模组、非保护侧继电器模组；
31.测试电缆包括第一电缆7、第二电缆11、第三电缆14、第四电缆5、第五电缆12；
32.第一电缆7、第二电缆11分别联接保护侧管道4与非保护侧管道16，第四电缆5、第五电缆12分别联接保护侧牺牲阳极6与非保护侧牺牲阳极13，测试仪1通过第三电缆14与参比电极15联接，测试仪1通过保护侧继电器模组与第一电缆7、第四电缆5联接，测试仪1通过非保护侧继电器模组与第二电缆11、第五电缆12联接。
33.本实施例中，测试仪1通过实时监测处于阴极保护状态下与非阴极保护状态下绝缘接头8两侧管道的电位信息，可实现绝缘接头6运行状态和管道阴极保护系统保护效果的检测评估。
34.具体地：
35.保护侧继电器模组包括第一单刀双掷继电器2、第一单刀单掷继电器3，第一电缆7、第四电缆5通过第一单刀单掷继电器3联接，测试仪1通过第一单刀双掷继电器2与第一电缆7、第四电缆5联接。
36.非保护侧继电器模组包括第二单刀双掷继电器9、第二单刀单掷继电器10，第二电缆11、第五电缆12通过第二单刀单掷继电器10联接，测试仪1通过第二单刀双掷继电器9与第二电缆11、第五电缆12联接。
37.当第一单刀单掷继电器3闭合，连通第一电缆7、第四电缆5，第二单刀单掷继电器10闭合，连通第二电缆11、第五电缆12，此时第一单刀双掷继电器2、第二单刀双掷继电器9不管处于任何状态，系统都可实现对牺牲阳极接入下管道通电电位的检测。
38.当第一单刀单掷继电器3、第二单刀单掷继电器10断开，此时通过控制第一单刀双掷继电器2连通第一电缆7，第二单刀双掷继电器9连通第二电缆11，即可实现对保护侧管道4和非保护侧管道16开路电位进行检测。通过控制第一单刀双掷继电器2连通第四电缆5，第二单刀双掷继电器9连通第五电缆12，即可实现对保护侧牺牲阳极6和非保护侧牺牲阳极13开路电位进行检测。
39.测试仪1包括相联的微控制器、ad转换模组，ad转换模组分别与保护侧继电器模组、非保护侧继电器模组联接，ad转换模组通过第三电缆14与参比电极15联接。
40.即ad转换模组将检测得到的电压信号传输至微控制器，微控制器根据电压信号对绝缘接头6、阴极保护系统运行状态进行分析。
41.所述判断逻辑具体为：通过比较阴极保护下的保护侧管道4与非保护侧管道16之间的电位关系判断绝缘接头8性能；当两侧管道存在电位差，且非保护侧管道16电位不随保护侧管道4电位波动而波动时，绝缘接头8性能状态良好；当管道两侧存在电位差，非保护侧管道16电位随保护侧管道4电位存在一定波动时，绝缘接头8状态可疑应作进一步检测；当保护侧管道4与非保护侧管道16基本不存在电位差且电位波动基本一致，绝缘接头8故障严重需作进一步检测；当保护侧管道4管地电位处于-0.85～-1.2v区间内表示阴极保护系统保护效果良好。且上述牺牲阳极接入下管道通电电位、保护侧牺牲阳极6和非保护侧牺牲阳极13开路电位，均用于分析阴极保护系统的运行状态。
42.继电器模组还包括第一驱动芯片、第二驱动芯片，微控制器分别与第一驱动芯片、第二驱动芯片联接，第一驱动芯片分别与第一单刀单掷继电器3、第二单刀单掷继电器10联接，第二驱动芯片分别与第一单刀双掷继电器2、第二单刀双掷继电器9联接。
43.测试仪还包括分别与微控制器联接的时钟电路、报警电路、存储电路。
44.其中，时钟电路，用于为控制微控制器提供精密的时钟信号，即微控制器依靠时钟信号内部产生精确的时钟计时，使微控制可以产生设定的任一周期性高低电平信号，进而控制驱动芯片输出相应的高低电平，以控制继电器状态切换，进而实现对不同时间段的测量，
45.所述第一驱动芯片用于控制第一单刀单掷继电器3、第二单刀单掷继电器10，第二驱动芯片用于控制第一单刀双掷继电器2、第二单刀双掷继电器9。
46.具体表现为：当第一驱动芯片处于低电平输出时，第一单刀单掷继电器3和第二单刀单掷继电器10处于闭合状态，此时可实现对牺牲阳极接入下管道通电电位的检测
47.当第一驱动芯片输出为高电平时，第一单刀单掷继电器3和第二单刀单掷继电器10处于断开状态，此时若第二驱动芯片输出高电平，第一单刀双掷继电器2连通第四电缆5、第二单刀双掷继电器9连通第五电缆12，分别实现对保护侧牺牲阳极6和非保护侧牺牲阳极13开路电位进行检测；若第二驱动芯片输出低电平，第一单刀双掷继电器2连通第一电缆7、第二单刀双掷继电器9连通第二电缆11，分别对保护侧管道4和非保护侧管道16开路电位进行检测。
48.报警电路，用于根据微控制器的分析结果进行相应报警，报警电路通过蜂鸣器和指示灯显示绝缘接头8、阴极保护系统运行状态运行状态，且可通过红、黄、蓝三色led指示灯与蜂鸣器，所述三色led指示灯中红色指示灯表示绝缘接头8运行状态，黄色指示灯用于表示测试仪1运行状态，蓝灯表示阴极保护效果，灯亮状态异常、灯灭状态异常。所述蜂鸣器采用无源蜂鸣器，通过不同音调表示故障严重程度。
49.存储电路，通过tf卡实时备份测试仪1检测数据。
50.测试系统还包括后台控制模组，微控制器与后台控制模组联接，并通过无线通信网络进行数据传输。
51.所述后台控制模组由远程控制终端与手持终端组成，通过无线通信网络与测试仪
1保持数据传输；
52.所述远程控制终端采用b/s架构，通过人员通过浏览器登录即可掌控绝缘接头8、阴极保护系统的运行状态；所述手持终端包括lcd显示屏与操作控制按钮，可用于绝缘接头8、阴极保护系统运行状况检测与检测控制。
53.无线通信网络由gsm通信模组和wifi通信模组构成，采用mqtt协议与后台进行通信。
54.所述gsm通信模组采用功耗较低的全网通lte模组，通过插入任意运营商sim卡即可实现数据传输。
55.所述wifi通信模组采用嵌入式低功耗wifi模块，可自动检测并连接运行环境内的wifi网络；所述gsm通信模组与wifi通信模组不能同时使用，当wifi网络可用时优先使用wifi模组，wifi网络无法使用时自动切换到gsm通信网络，通信模组均通过外接天线增强通信强度。
56.电源包括锂电池组、电源管理芯片、外部调稳压电路，电源管理芯片、外部调稳压电路分别与锂电池组联接；
57.电源管理芯片，用于监测锂电池组电量；
58.外部调稳压电路，用于调整锂电池组输出电压。
59.锂电池组采用10节可充电18650锂电池串、并联形成的24v额定输出电池组。
60.所述电源管理芯片采用ltc4055电源管理芯片，通过ltc4055电源管理芯片监测电池组运行状态防止锂电池组过度充放电并计算电池组剩余电量；通过外部调稳压电路实现3.3v、5v、
±
12v等不同等级的电压输出。
61.所述参比电极15采用长效cuso4参比电极，埋设于地下并通过自带的第三电缆14接入ad转换模组。
62.所述测试电缆按照国标要求，采用横截面积＞2.5mm2绝缘电缆。
63.所述ad转换模组使用ltc2440型外置24位adc，以2.5v精准电压为参考电位，电压分辨率高达0.01μa。
64.所述微控制器为嵌入式微控制器，采用高性能、低功耗、低成本的stm32l1型控制器，支持高低电平输出、数据处理、逻辑判断、串口通信和spi通信等功能。
65.为了增加装置安全性，测试仪1外壳采用防爆外壳；测试仪1的gsm通信天线和wifi通信天线均采用防爆天线，并通过螺纹固定于防爆箱外部；测试仪1的开关电源接头、电源的充电接头均采用防爆接头。整体满足exde iict4 gb防爆防护要求，防护等级不小于ip65。为便于使用，在防爆箱外部留有螺孔和把手便于搬运和固定，既可长期安装于野外也可临时安装运行。
66.参照图3，利用该测试系统进行在线检测与评估时，具体步骤如下：
67.第一步、安装设备，并启动测试仪1，并确认阴极保护系统状态；
68.第二步：实时采集绝缘接头8两侧管地电位，并在采集过程中调节阴极保护系统的输出状态，根据管地电位关系判断绝缘接头8性能和管道阴极保护效果，并生成预、报警信息；
69.第三步：将采集到的数据、预报警信息上传至后台或手持终端，并接收来自后台和手持终端的控制指令，同时报警电路实时显示绝缘接头8、测试仪1、阴保系统运行状态；
70.第四步：后台对采集数据进行综合分析、图表绘制、信息储存，对绝缘接头8和阴极保护系统运行状态进行评估并提供维护、检修建议。
71.以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围内。