一种阴极保护装置及其保护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电器防护技术领域，特别是涉及输电系统及埋地油气管道的阴极保护装置。具体是涉及一种阴极保护装置及其保护方法。
【背景技术】
[0002]地磁暴由双极运行方式改单极运行方式的直流输电系统，在埋地油气管道中引起过大的地磁感应电流(Geo-magnetically Induced Current，简称GIC)，通过阴极保护恒电位仪等接地设备流向大地，并对安装在管道之上的阴极保护恒电位仪等接入管道的接地设备造成很大危害，从而危及管道正常安全运行。同时，过高的管地电位使阴极保护失灵，造成管道腐蚀或发生氢脆。由核爆产生的电磁脉冲影响机理也与此类似。
[0003]到目前为止，已经运行的阴极保护恒电位仪等接入管道的接地设备，在设计安装初期或目前运行维护中极少有考虑到有这种情况发生，所以，由此而引起的阴极保护恒电位仪等接地设备故障经常发生，已经得到石油化工行业的广泛关注。例如，在国内的某大型管道系统中，2011年9月26日下午，某条天然气管道公司干线有多台阴极保护恒电位仪被烧毁，事后测试3个站场附近管道对地直流电压分别为+20V，-20V和-70V。经电网相关运行部门确认，该段时间特高压直流输电系统由双极运行方式改单极运行方式，其接地极产生了强大的入地电流。2012年3月10日该天然气管道阴极保护恒电位仪电源即使在断开阴极、阳极接线的情况下，甚至又造成了发生机柜着火的事故。类似相关地磁感应电流GIC影响管道案例在国外还有诸多的报道。所以，GIC是管道系统安全隐患的重大潜在危机。
[0004]为了解决发生地磁暴、直流输电系统和核爆电磁脉冲情况下阴极保护系统不能正常运行、阴极保护恒电位仪频繁烧坏的问题，有的现场采用“临时拉闸”的原始办法，这样做虽然有效，但由于管道阴极保护恒电位仪的数量之大，具体方案实施是一个很大的工程，尤其是地磁暴的发生和结束时间具有随机不确定性，因此，这些措施的实施会给管道调度和生产运行带来极大的不方便。也有在阴极保护恒电位仪的主回路里“临时”串联装大电阻的措施，这样，虽然可减小进入阴极保护恒电位仪的电流，防止阴极保护恒电位仪元件损坏。但是，由于串联了较大电阻，增大阴极保护恒电位仪的电源损耗，不能发挥阴极保护恒电位仪的设计效用。更重要的是，对于某一个阴极保护恒电位仪的具体安装情况而言，很难确定串联多大的电阻比较合适。如果串联了过大的电阻，不能发挥阴极保护恒电位仪的正常设计效用。如果串联过小的电阻，起不到限制阴极保护恒电位仪过电流的保护作用，在遭遇到地磁暴、直流输电系统和核爆电磁脉冲等情况下，仍然会烧毁管道阴极保护恒电位仪等接入管道的接地设备。因此，到目前为止，尚没有比较理想的措施防止阴极保护恒电位仪等接入管道的接地设备遭受GIC的破坏。
【发明内容】
[0005]为克服上述现有技术中的缺陷与不足，本发明提供一种针对地磁暴、直流输电系统和核爆电磁脉冲等情况下管道阴极保护恒电位仪等接入管道的接地设备可能烧毁问题，提出了以阴极保护恒电位仪装置为例，利用电力电子开关IGBT等的短时(10微妙左右)可通过大电流的特点进行阴极保护恒电位仪过电流保护，并给出了一种故障诊断、故障隔离和运行恢复的系统保护解决方案。
[0006]为实现上述目的本发明的第一个技术方案是:一种阴极保护装置，包括阴极保护恒电位仪，还包括
正向电力电子开关组，正向电力电子开关组TP的IGBT集电极C端与阴极保护恒电位仪的正极端连接，正向电力电子开关组TP的IGBT发射极E端与负向电力电子开关组TN的IGBT发射极E端相连；或者是，正向电力电子开关组TP的IGBT集电极C端与阴极保护恒电位仪的正极端连接，正向电力电子开关组TP的IGBT发射极E端穿过电流互感器TA的线圈与阳极的一端相连；
负向电力电子开关组，负向电力电子开关组TN的IGBT集电极C端穿过电流互感器TA的线圈与阳极的一端相连；或者是，负向电力电子开关组TN的IGBT发射极E端与阴极保护装置的负极端相连；
电流互感器，其一方面与正向电力电子开关组TP的IGBT发射极E端连接，电流互感器TA信号端与计算机控制器一端相连；或者是，其一方面与负向电力电子开关组TN的IGBT集电极C端连接，电流互感器TA信号端与计算机控制器一端相连；
阳极，一方面，阳极的一端通过电流互感器TA的线圈与正向电力电子开关组TP的IGBT发射极E端连接，阳极的另一端与土壤电阻Rl的一端相连；或者是，阳极的一端通过电流互感器TA的线圈与负向电力电子开关组TN的IGBT集电极C端连接，阳极的另一端与土壤电阻Rl的一端相连；
土壤电阻R1，其一端与阳极连接，另一端与涂层电阻R2的一端相连；
涂层电阻，其一端与土壤电阻连接，另一端与管道连接；
管道，其一端与涂层电阻连接，另一端与阴极保护装置的负极端相连；或者是，管道的一端与涂层电阻连接，管道的另一端与负向电力电子开关组TN的IGBT集电极C端相连；计算机控制器，一方面与电流互感器的TA信号端连接，另一方面同时与正向电力电子开关组TP的IGBT门极G端、负向电力电子开关组TN的IGBT门极G端连接；
计算机控制器接收来自电流互感器的采样信息判断阴极保护恒电位仪的工作方式，进一步地控制正向电力电子开关组、负向电力电子开关组启闭，并按预先设定的时间定时向锁存器发出故障复位命令并对第二级故障锁存信号进行清理。
[0007]优选的是，所述计算机控制器内，还包括
过电流保护信号生成电路，其包括电位增益整流电路、限流峰值保护整定值经过预先设定的两个比较器；所述单位增益整流电路一方面与阴极保护恒电位仪通过接线端与限流峰值保护整定值经过预先设定的两个比较器连接；
过电流保护控制电路，其与过电流保护信号生成电路连接；
硬件封锁控制保护电路，其与过电流保护控制电路连接。
[0008]在上述任一方案中优选的是，阴极保护恒电位仪为双向电流输出的阴极保护恒电位仪。
[0009]在上述任一方案中优选的是，阴极保护恒电位仪为单向电流输出的阴极保护恒电位仪。
[0010]在上述任一方案中优选的是，所述正向电力电子开关组TP为正向耐高压电力电子开关组，且其由N个电力电子开关管(如IGBT等)按顺序串联组成。
[0011 ] 在上述任一方案中优选的是，所述负向电力电子开关组TN为负向耐高压电力电子开关组，且其由N个电力电子开关管(如IGBT等)按顺序串联组成。
[0012]本发明第二个技术方案是提供一种阴极保护方法，包括如下步骤:
A:将正向电力电子开关组、负向电力电子开关组串入被保护设备电流回路里，设定恒电位仪的过流保护定值；
B:通过单位增益整流电路将电流进行整流处理，并将经过调理过的电流信号分别输送到限流峰值保护整定值经过预先设定的两个比较器内；
C:通过锁存器将将经过两个比较器的电流信号锁存，并将锁存后的电流信号与瞬时封锁级的输出信号一同送入计算机控制器内；
D:计算机控制器控制正向