一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置，所述装置能够连接在埋地管道与接地材料之间，所述装置包括：基准源，用于提供基准电位；比较器模块，与基准源以及埋地管道连接，用于获取基准电位以及埋地管道的当前电位，并在埋地管道的当前电位低于基准电位时，输出第一信号，在埋地管道的当前电位高于基准电位时，输出第二信号；控制器，与比较器模块连接，用于在接收到第一信号时，生成导通信号，以及在接收到第二信号时，生成断开信号；CMOS场效应管，与控制器、埋地管道及接地材料连接，用于在接收到导通信号时，控制埋地管道与接地材料处于连接状态，以及在接收到第二信号时，控制埋地管道与接地材料处于断开状态。
【专利说明】一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及埋地管道阴极保护系统【技术领域】，尤其涉及一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置。
【背景技术】
[0002]随着埋地管道周围用电设施的大量兴建，管道遭受杂散电流干扰。当埋地金属管道与直流电气化铁路或高压直流输电线路接地极接近时，管道遭受直流阳极干扰和阴极干扰，在阳极干扰区，杂散电流经防腐层破损点流出管道，管道对地电位正向偏移，正于-850mV时管道发生腐蚀；在阴极干扰区，杂散电流经防腐层破损点流入管道，管道极化程度增加，对地电位负向偏移，负于-1200mV时防腐层易于剥离，甚至会造成管体氢脆。因此，需要采取措施对直流干扰进行缓解。
[0003]目前国内石油石化行业主要采用《SY/T0017-2006埋地钢质管道直流排流保护技术标准》中规定的四种方法，即直接排流、极性排流、强制排流和接地排流。前三种排流方式适用于干扰源明确，且受干扰管道在干扰源附近，将干扰源导体与受干扰管道连接。但是，目前埋地管道上存在的直流干扰多数情况下无法有效确定干扰源，且干扰源(如直流电气化铁路)运行方也不同意将杂散电流引入自身系统中，因此，这三种排流方式的应用存在很大的局限性。第四种排流方式虽然能一定程度上减缓杂散电流干扰，但是接地材料的选择非常有限，只能采用牺牲阳极型的接地材料，而且运行过程中由于接地材料与管道始终保持直接连接，因此会消耗一部分阴极保护电流，需考虑对管道阴极保护系统的影响。随着时间的延长，牺牲阳极材料逐渐消耗，接地电阻增加，对直流干扰的减缓效果降低。此方式对于直流阴极干扰减缓效果不佳。国外多采用极性、强制或直接排流，也是针对阳极干扰，无法解决直流阴极干扰的问题。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供了一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置，连接在埋地管道与接地材料之间，通过控制接地材料与管道之间的通断，降低杂散电流对管道的阴极极化，从而达到减缓埋地钢质管道直流阴极干扰的目的。
[0005]本发明实施例提供了一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置，所述装置能够连接在埋地管道与接地材料之间，所述装置包括:
[0006]基准源，用于提供基准电位；
[0007]比较器模块，与所述基准源以及所述埋地管道连接，用于获取所述基准电位以及所述埋地管道的当前电位，并在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，输出第一信号，在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，输出第二信号；
[0008]控制器，与所述比较器模块连接，用于在接收到所述第一信号时，生成导通信号，以及在接收到所述第二信号时，生成断开信号；
[0009]CMOS场效应管，与所述控制器、所述埋地管道以及所述接地材料连接，用于在接收到所述导通信号时，控制所述埋地管道与所述接地材料处于连接状态，以及在接收到所述断开信号时，控制所述埋地管道与所述接地材料处于断开状态。
[0010]可选的，所述比较器模块包括:
[0011]同相输入端，与所述基准源连接；
[0012]反向输入端，与所述埋地管道连接；
[0013]第一输出端，与所述控制器连接；
[0014]此时，所述比较器模块用于在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出低电平，所述低电平即为所述第一信号，以及在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出高电平，所述高电平即为所述第二信号。
[0015]可选的，所述比较器模块包括:
[0016]同相输入端，与所述埋地管道连接；
[0017]反向输入端，与所述基准源连接；
[0018]第一输出端，与所述控制器连接；
[0019]此时，所述比较器模块用于在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出高电平，所述高电平即为所述第一信号，以及在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出低电平，所述低电平即为所述第二信号。
[0020]可选的，所述CMOS场效应管，包括:
[0021]漏极输入端，与所述接地材料连接；
[0022]源极输出端，与所述埋地管道连接；
[0023]栅极控制端，与所述控制器连接；
[0024]此时，所述CMOS场效应管用于在从所述控制器接收到所述导通信号时，控制所述漏极输入端与所述源极输出端导通，以使所述埋地管道与所述接地材料处于连接状态，以及在从所述控制器收到所述断开信号，控制所述漏极输入端与所述源极输出端断开，以使所述埋地管道与所述接地材料处于断开状态。
[0025]可选的，所述装置还包括:
[0026]电流传感器，串联在所述接地材料和所述漏极输入端之间，且与所述控制器连接；
[0027]此时，所述控制器还用于:
[0028]在所述漏极输入端与所述源极输出端导通时，获取流经所述电流传感器的电流，并判断所述电流是否大于一预设电流值，在所述电流大于所述预设电流值时，向所述CMOS场效应管的栅极控制端发送所述断开信号，以控制所述漏极输入端和所述源极输出端断开。
[0029]本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点:
[0030]本发明实施例提供了一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置，所述装置能够连接在埋地管道与接地材料之间，通过控制接地材料与管道之间的通断，降低杂散电流对管道的阴极极化，从而达到减缓埋地钢质管道直流阴极干扰的目的。
[0031]本发明实施例中的埋地管道直流阴极干扰减缓装置，不仅适用于稳定直流阴极干扰的埋地管道系统，如油田/站场管道多套阴极保护系统的相互干扰，也能适用于非稳定直流阴极干扰的埋地管道系统，如埋地管道与直流电气化铁路接近、与高压直流输电系统接地极接近、或与临时直流用电设施接近的情况。
[0032]随着我国经济飞速发展，对能源的需求迅速增加，油气管道及输电设施大量兴建，管道与输电线路临近的情况越来越多，尤其是在西部河西走廊段，管道与输电线路长距离平行。管道遭受的直流干扰日益增多。2010年，管道公司对杂散电流干扰情况进行了调研，调研结果表明东北管网约有20%管道存在直流杂散电流干扰，需要进行减缓。因此，本装置有较大的应用需求，且本装置结构简单，易于加工制作，便于推广，经济效益显著，应用前景广阔。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明实施例中埋地管道直流阴极干扰减缓装置的结构示意图；
[0034]图2为本发明实施例中埋地管道直流阴极干扰减缓装置工作时的信号流图。
【具体实施方式】
[0035]本发明实施例提供了一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置，连接在埋地管道与接地材料之间，通过控制接地材料与管道之间的通断，降低杂散电流对管道的阴极极化，从而达到减缓埋地钢质管道直流阴极干扰的目的。
[0036]本发明实施例总体思路如下:
[0037]—种埋地管道直流阴极干扰减缓装置，所述装置能够连接在埋地管道与接地材料之间，所述装置包括:
[0038]基准源，用于提供基准电位；
[0039]比较器模块，与所述基准源以及所述埋地管道连接，用于获取所述基准电位以及所述埋地管道的当前电位，并在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，输出第一信号，在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，输出第二信号；控制器，与所述比较器模块连接，用于在接收到所述第一信号时，生成导通信号，以及在接收到所述第二信号时，生成断开信号；CM0S场效应管，与所述控制器、所述埋地管道以及所述接地材料连接，用于在接收到所述导通信号时，控制所述埋地管道与所述接地材料处于连接状态，以及在接收到所述断开信号时，控制所述埋地管道与所述接地材料处于断开状态。
[0040]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
[0041]实施例一
[0042]如图1、图2所示，本实施例提供了一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置，所述装置连接在埋地管道与接地材料之间，所述装置包括:
[0043]基准源，用于提供基准电位；
[0044]比较器模块，与所述基准源以及所述埋地管道连接，用于获取所述基准电位以及所述埋地管道的当前电位，并在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，输出第一信号，在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，输出第二信号；
[0045] 控制器，与所述比较器模块连接，用于在接收到所述第一信号时，生成导通信号，以及在接收到所述第二信号时，生成断开信号；
[0046]CMOS场效应管，与所述控制器、所述埋地管道以及所述接地材料连接，用于在接收到所述导通信号时，控制所述埋地管道与所述接地材料处于连接状态，以及在接收到所述断开信号时，控制所述埋地管道与所述接地材料处于断开状态。
[0047]在具体实施过程中，所述基准源为可调基准源，可以任意设置所述基准电位的大小，所述基准源可以采用TL431芯片，该芯片内部包含电压负反馈电路，可以稳定地输出
2.5V基准电压。
[0048]在具体实施过程中，所述比较器模块可以采用LM393芯片，该芯片可作为一款高精度的比较器模块来用，另外，可减少由于温漂引起的失调电压，在单电源供电条件下，输入共模电压范围接近地电平，并且兼容逻辑电路。
[0049]在具体实施过程中，所述控制器可采用stm32fl03rbt6芯片，该芯片的主频可达72MHz, I/O端口输出脉冲频率可达50MHz，完全能够高速开关CMOS场效应管。
[0050]在具体实施过程中，所述CMOS场效应管的型号可以为IRFB3207，其导通内阻仅为
3.6毫欧，最大值不会超过4.5毫欧，作为接地体与管道之间的开关管可大大提高传输效率。
[0051] 在具体实施过程中，在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，CMOS场效应管会控制所述埋地管道与所述接地材料处于连接状态，从而达到减缓埋地钢质管道直流阴极干扰的技术效果。反之，在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，CMOS场效应管会控制所述埋地管道与所述接地材料处于断开状态，使管道电位保持正常。
[0052]进一步，所述比较器模块包括:
[0053]同相输入端，与所述基准源连接；
[0054]反向输入端，与所述埋地管道连接；
[0055]第一输出端，与所述控制器连接；
[0056]此时，所述比较器模块用于在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出低电平，所述低电平即为所述第一信号，以及在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出高电平，所述高电平即为所述第二信号。
[0057]在具体实施过程中，还可以为所述同相输入端与所述埋地管道连接，所述反向输入端与所述基准源连接；此时，所述比较器模块用于在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出高电平，所述高电平即为所述第一信号，以及在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出低电平，所述低电平即为所述第二信号。
[0058]进一步，所述CMOS场效应管，包括:
[0059]漏极输入端，与所述接地材料连接；
[0060]源极输出端，与所述埋地管道连接；
[0061]栅极控制端，与所述控制器连接；
[0062]此时，所述CMOS场效应管用于在从所述控制器接收到所述导通信号时，控制所述漏极输入端与所述源极输出端导通，以使所述埋地管道与所述接地材料处于连接状态，以及在从所述控制器收到所述断开信号，控制所述漏极输入端与所述源极输出端断开，以使所述埋地管道与所述接地材料处于断开状态。
[0063]进一步，所述装置还包括:
[0064]电流传感器，串联在所述接地材料和所述漏极输入端之间，且与所述控制器连接；
[0065]此时，所述控制器还用于:
[0066]在所述漏极输入端与所述源极输出端导通时，获取流经所述电流传感器的电流，并判断所述电流是否大于一预设电流值，在所述电流大于所述预设电流值时，向所述CMOS场效应管的栅极控制端发送所述断开信号，以控制所述漏极输入端和所述源极输出端断开。
[0067]在具体实施过程中，所述电流传感器是采用霍尔效应原理制作而成的，对于较大额定电流值较大的传感器，就不需要连接到电路中，直接可以输出当前穿孔导线上通过的电流大小，可大大减小管压降。
[0068]在具体实施过程中，所述电流传感器能够实时监测流过它的电流(即:阴极电流)的大小，当阴极电流过大时，所述控制器同样会输出断开信号使得CMOS场效应管的漏极输入端和源极输出端断开,避免电流过大烧坏主控电路板。
[0069]上述本发明实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点:
[0070]本埋地管道直流阴极干扰减缓装置与接地材料配合使用，能够减缓由于直流杂散电流引起的阴极干扰，具有以下效果:
[0071]1、降低杂散电流对管道的极化程度；
[0072]2、能将管道对地极化电位控制在_850mV至_1200mV范围内；
[0073]3、采用CMOS场效应管，寿命达到10年；
[0074]4、对管道已有的阴极保护系统不造成影响。
[0075]本发明提供了一种用于减缓埋地管道直流阴极干扰的装置，不仅适用于稳定直流阴极干扰的埋地管道系统，如油田/站场管道多套阴极保护系统的相互干扰，也能适用于非稳定直流阴极干扰的埋地管道系统，如埋地管道与直流电气化铁路接近、与高压直流输电系统接地极接近、或与临时直流用电设施接近的情况。
[0076]随着我国经济飞速发展，对能源的需求迅速增加，油气管道及输电设施大量兴建，管道与输电线路临近的情况越来越多，尤其是在西部河西走廊段，管道与输电线路长距离平行。管道遭受的直流干扰日益增多。2010年，管道公司对杂散电流干扰情况进行了调研，调研结果表明东北管网约有20%管道存在直流杂散电流干扰，需要进行减缓。因此，本装置有较大的应用需求，且本装置结构简单，易于加工制作，便于推广，经济效益显著，应用前景广阔。
[0077]尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0078]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种埋地管道直流阴极干扰减缓装置，其特征在于，所述装置连接在埋地管道与接地材料之间，所述装置包括: 基准源，用于提供基准电位； 比较器模块，与所述基准源以及所述埋地管道连接，用于获取所述基准电位以及所述埋地管道的当前电位，并在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，输出第一信号，在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，输出第二信号； 控制器，与所述比较器模块连接，用于在接收到所述第一信号时，生成导通信号，以及在接收到所述第二信号时，生成断开信号； CMOS场效应管，与所述控制器、所述埋地管道以及所述接地材料连接，用于在接收到所述导通信号时，控制所述埋地管道与所述接地材料处于连接状态，以及在接收到所述断开信号时，控制所述埋地管道与所述接地材料处于断开状态。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比较器模块包括: 同相输入端，与所述基准源连接； 反向输入端，与所述埋地管道连接； 第一输出端，与所述控制器连接； 此时，所述比较器模块用于在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出低电平 ，所述低电平即为所述第一信号，以及在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出高电平，所述高电平即为所述第二信号。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比较器模块包括: 同相输入端，与所述埋地管道连接； 反向输入端，与所述基准源连接； 第一输出端，与所述控制器连接； 此时，所述比较器模块用于在所述埋地管道的当前电位低于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出高电平，所述高电平即为所述第一信号，以及在所述埋地管道的当前电位高于所述基准电位时，通过所述第一输出端输出低电平，所述低电平即为所述第二信号。
4.如权利要求1~3任一所述的装置，其特征在于，所述CMOS场效应管，包括: 漏极输入端，与所述接地材料连接； 源极输出端，与所述埋地管道连接； 栅极控制端，与所述控制器连接； 此时，所述CMOS场效应管用于在从所述控制器接收到所述导通信号时，控制所述漏极输入端与所述源极输出端导通，以使所述埋地管道与所述接地材料处于连接状态，以及在从所述控制器收到所述断开信号，控制所述漏极输入端与所述源极输出端断开，以使所述埋地管道与所述接地材料处于断开状态。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 电流传感器，串联在所述接地材料和所述漏极输入端之间，且与所述控制器连接； 此时，所述控制器还用于: 在所述漏极输入端与所述源极输出端导通时，获取流经所述电流传感器的电流，并判断所述电流是否大于一预设电流值，在所述电流大于所述预设电流值时，向所述CMOS场效应管的栅极控制端发送所述断开信号，以控制所述漏极输入端和所述源极输出端断开。
【文档编号】C23F13/06GK104178770SQ201410432983
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】赵君, 徐华天, 孙伶, 杨理践, 周兴涛, 张丰, 陈新华, 刘玲莉, 陈洪源, 薛致远, 赵晋云, 高强, 吴长访, 姜有文, 黄平 申请人:中国石油天然气股份有限公司