一种埋地管道直流负干扰控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型是一种解决遭受直流杂散干扰的埋地管道直流负干扰控制装置。其原理为：电压基准原电路输出接信号采集比较与触发控制电路，而且信号采集比较与触发控制电路不断与埋地管道系统进行管地电位的信号采集与信号反馈，信号采集比较与触发控制电路输出经光电耦合控制接反向补偿控制电路，反向补偿控制电路输出接防回流控制器，防回流控制器输出接埋地管道系统，防回流控制器内部的二极管根据电流方向来控制防回流控制器与埋地管道系统之间是是否电流导通。本实用新型能防护因管道遭受直流干扰而造成管地电位过负，能解决管道氢脆、涂层剥离风险。
【专利说明】一种埋地管道直流负干扰控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型是一种解决遭受直流杂散干扰的埋地管道直流负干扰控制装置。涉及管道系统【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，随着城市快轨和高压直流输电线路和油气管道的高速建设，它们与埋地油气管道的交叉、平行的现象越来越多，能源“公共走廊”越来越普遍。但直流输电线路的电场环境、异常工况运行和接地设置，以及以直流作为激励源的轻轨系统等都会对其邻近的埋地钢质管道造成直流杂散电流干扰，在电流流出管道系统(返回杂散电流干扰源)的区域管地电位正移发生腐蚀，而在电流流入管道系统的区域导致管道电位过负，容易诱发管道钢发生氢脆、防腐涂层剥离等不利影响。对于由于城市轻轨等负载动态变化和铁轨与地的绝缘不良而引起的管道管地电位过负问题，尚无有效的防控方法与装置。
[0003]目前，防护直流干扰对其邻近埋地管道影响的方式主要要是排流保护，虽然有直接排流、强制排流、极性排流和接地排流四种方式；但由于国内仅为受干扰方单方面防护等国情和缺乏电气干扰的协调机制，目前基本采用接地排流。在存在动态干扰的区域，为防止杂散电流逆向流入管道，管理者在接地排流回路中普遍通过安装防逆流器件(常用二极管)，即极性接地排流。上述控制方法和装置虽然能将管道遭受的干扰程度大幅减弱，解决直流干扰引起的管地电位正向偏移问题，但无法解决管地电位过负的问题，即通常所说的“排正不排负”的问题。此外，由于长输油气管道野外现场没有可以利用的供电设置，在排流控制时需要考虑控制装置的功耗和自供电问题，以及对于管地电位的检测反馈和控制触发效率等问题。
[0004]CN2779412Y公开了一种多通道管道交直流干扰测量装置，CN1456879A公开了一种阴极保护的管道管地电位和地表电位综合检测方法，但并未解决管地电位过负的问题。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是设计一种防护因管道遭受直流干扰而造成管地电位过负、解决管道氢脆、涂层剥离风险的埋地管道直流负干扰控制装置。
[0006]利用采集管地电位，并与电压基准源设定阀值进行比较，确定是否需要实施给管道施加正向电流的反向补偿；同时管道电位采集与反馈持续进行，并不断与设定阀值进行比较反馈，如果管地电位已回到设定的阀值允许范围内，反向补偿中止。在随后的管地电位采集比较中，如果超过阀值重新启动反向补偿。如此往复。
[0007]本实用新型所采用的技术方案是:首先建立三个相对独立的电路:电压基准源电路、信号采集比较与触发控制电路和反向补偿控制电路(见图1)。电压基准源作为信号采集比较与触发控制电路触发控制所依据的阀值。当信号采集比较与触发控制电路所采集的管地电位超过阀值规定值时，该电路中的运算放大器正向输出，光电耦合导通，触发反向补偿控制电路开始给管道施加正向电流；直到信号采集与比较电路所采集的管地电位已回到设定阀值允许范围内时，运算放大器无输出，光电隔离生效，触发控制取消，反向补偿控制电路停止工作。
[0008]埋地管道直流负干扰控制装置的原理如图1所示。电压基准原电路输出接信号采集比较与触发控制电路，而且信号采集比较与触发控制电路不断与埋地管道系统进行管地电位的信号采集与信号反馈，信号采集比较与触发控制电路输出经光电耦合控制接反向补偿控制电路，反向补偿控制电路输出接防回流控制器，防回流控制器输出接埋地管道系统，防回流控制器内部的二极管根据电流方向来控制防回流控制器与埋地管道系统之间是是否电流导通。
[0009]埋地管道管地电位过负控制装置的电路原理如图2所示，电源I Pl的正极与分压电阻Rl的一端相连，分压电阻Rl的另一端分别与极性电容Cl的正极端、可调电阻器R2的一端，以及三端可调分流基准源Tl的K端和R端相连，电源I Pl的负极端分别与极性电容Cl的负极端、三端可调分流基准源Tl的A端，以及可调电阻器R2的另一端相连。可调电阻器R2的调节输出端与运算放大器ARl的反向输入端相连，运算放大器ARl的正向输入端与CuSO4参比电极LI相连，ARl运算放大器的输出端与光电稱合器U2的输入端相连,光电耦合器U2的直通输出端分别与电源II P2的负极和三端正电压输出控制器Ul的接地端相连，电源II P2的正极与三端正电压输出控制器Ul的输入端相连，三端正电压输出控制器Ul的输出端与埋地管道系统L2及防回流控制器U5的输出端相连。电源III P3的负极与三端正电压输出控制器U3的接地端相连，并接地；电源III P3的正极分别与三端正电压输出控制器U3的输入端、场效应管U4的D端相连和限流电阻R3的一端，场效应管U4的S端与防回流控制器U5的输入端相连；场效应管U4的G端和限流电阻R3的另一端与双极性晶体管Ql的控制极相连，双极性晶体管Ql的发射极接地；三端正电压输出控制器U3的输出端与光电稱合器U2的稱合输入端相连,光电稱合器U2的稱合输出端分别与分压电阻R4的一端和限流电阻R5的一端相连，分压电阻R4的另一端与双极性晶体管Ql的基极相连，限流电阻R5的另一端与接地地床L3相连。
[0010]图3为防回流控制器U5的电路原理图，电感L4的一端与场效应管U4的S端相连，电感L4的另一端分别与电感L5的一端和极性电容C2的正极段相连；电感L5的另一端分别与电感L6的一端及极性电容C3的正极端相连；电感L6的另一端分别与极性电容C4的正极端、MBR2545集成电路芯片的引脚I与3相连；极性电容C2、C3、C4的负极端连在一起，并接地；三引脚MBR2545集成电路芯片的引脚2与埋地管道系统L2相连。
[0011]为了防止正电压从管道流入反向补偿控制电路而损坏电路某些元器件，在与管道相连电路的尾部增加了防回流控制器。流程在反向补偿控制系统工作后变为:防回流控制器导通；施加到埋地管道系统。
[0012]本实用新型所达到的有益效果:
[0013](I)可以采用蓄电电池等自供电方式来解决长输管道野外无供电的问题；
[0014](2)可以通过多点补偿方式来解决瞬时大干扰问题；
[0015](3)装置尺寸小，安装与维护方便；
[0016](4)特别适合于间断性动态干扰的控制。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1埋地管道管地电位过负控制装置原理框图
[0018]图2埋地管道管地电位过负控制装置电路原理图
[0019]图3防回流控制器的电路原理图
【具体实施方式】
[0020]实施例.下面结合附图对实用新型作进一步的说明。本例为试验样机，埋地管道管地电位过负控制装置的原理如图1所示。电压基准原电路输出接信号采集比较与触发控制电路，而且信号采集比较与触发控制电路不断与埋地管道系统进行管地电位的信号采集与信号反馈，信号采集比较与触发控制电路输出经光电耦合控制接反向补偿控制电路，反向补偿控制电路输出接防回流控制器，防回流控制器输出接埋地管道系统，防回流控制器内部的二极管根据电流方向来控制防回流控制器与埋地管道系统之间是是否电流导通。
[0021]装置的电路原理如图2所示。电源I Pl的正极与分压电阻Rl的一端相连，分压电阻Rl的另一端分别与极性电容Cl的正极端、可调电阻器R2的一端，以及三端可调分流基准源Tl的K端和R端相连，电源I Pl的负极端分别与极性电容Cl的负极端、三端可调分流基准源Tl的A端，以及可调电阻器R2的另一端相连。可调电阻器R2的调节输出端与运算放大器ARl的反向输入端相连，运算放大器ARl的正向输入端与CuSO4S比电极LI相连,ARl运算放大器的输出端与光电I禹合器U2的输入端相连,光电I禹合器U2的直通输出端分别与电源II P2的负极和三端正电压输出控制器Ul的接地端相连，电源II P2的正极与三端正电压输出控制器Ul的输入端相连，三端正电压输出控制器Ul的输出端与埋地管道系统L2及防回流控制器U5的输出端相连。电源III P3的负极与三端正电压输出控制器U3的接地端相连，并接地；电源III P3的正极分别与三端正电压输出控制器U3的输入端、场效应管U4的D端相连和限流电阻R3的一端，场效应管U4的S端与防回流控制器U5的输入端相连；场效应管U4的G端和限流电阻R3的另一端与双极性晶体管Ql的控制极相连，双极性晶体管Ql的发射极接地；三端正电压输出控制器U3的输出端与光电耦合器U2的耦合输入端相连，光电稱合器U2的稱合输出端分别与分压电阻R4的一端和限流电阻R5的一端相连，分压电阻R4的另一端与双极性晶体管Ql的基极相连，限流电阻R5的另一端与接地地床L3相连。
[0022]防回流控制器的电路原理如图3所示，电感L4的一端与场效应管U4的S端相连，电感L4的另一端分别与电感L5的一端和极性电容C2的正极段相连；电感L5的另一端分别与电感L6的一端及极性电容C3的正极端相连；电感L6的另一端分别与极性电容C4的正极端、MBR2545集成电路芯片的引脚I与3相连；极性电容C2、C3、C4的负极端连在一起，并接地；三引脚MBR2545集成电路芯片的引脚2与埋地管道系统L2相连。
[0023]在本实施案例中，
[0024]电源I Pl选用输出5V的恒压电压；
[0025]分压电阻Rl为100 Ω;
[0026]极性电容Cl为100 μ F ;
[0027]三端可调分流基准源Tl为TL431 ；
[0028]可调电阻器R2电阻为200 Ω，并调节可调电阻器R2的调节输出端使其相对接地CuSO4参比电极LI的电压保持在-1.2V ；[0029]运算放大器ARl的型号为0p07 ；
[0030]电源II P2为输出电压为IOV的便携式电源；
[0031]三端正电压输出控制器I Ul型号为LM7805 ；
[0032]埋地管道系统L2为施加有阴极保护的Φ 720mm管道；
[0033]电压III P3为输出电压为IOV的便携式电源；
[0034]三端正电压输出控制器II U3型号为LM7805;
[0035]场效应管U4的型号为IRF4905 ；
[0036]限流电阻R3的电阻为1000 Ω ;
[0037]运算光电稱合器U2的型号为6N137 ；
[0038]分压电阻R4的电阻为2000 Ω ；
[0039]双极性晶体管Ql型号为T0-226-AA NPN晶体管；
[0040]限流电阻IIR5的电阻为10000 Ω ；
[0041]地床L3材质为硅铁阳极；
[0042]电感L4、电感L5和电感L6均为330 μ H ;
[0043]极性电容C2、极性电容C3和极性电容C4均为470 μ F ;
[0044]U6为并联两个二极管的三引脚MBR2545集成电路芯片。
[0045]本例经试验，可以采用蓄电电池等自供电方式来解决长输管道野外无供电的问题；能通过多点补偿方式来解决瞬时大干扰问题；装置尺寸小，安装与维护方便；特别适合于间断性动态干扰的控制。
【权利要求】
1.一种埋地管道直流负干扰控制装置，其特征是它包括电压基准源电路、信号采集比较与触发控制电路和反向补偿控制电路；电压基准源电路输出连接信号采集比较与触发控制电路，而信号采集比较与触发控制电路与埋地管道系统之间有输出和输入的连接，信号采集比较与触发控制电路输出经光电耦合控制接反向补偿控制电路，反向补偿控制电路输出接防回流控制器，防回流控制器输出接埋地管道系统。
2.根据权利要求1所述的埋地管道直流负干扰控制装置，其特征是(I)电压基准源电路AOl的可调电阻器R2的调节输出端与信号采集比较与触发控制电路A02的运算放大器ARl的反向输入端相连，信号米集比较与触发控制电路的A02的光电稱合器U2的稱合输入端与反向补偿控制电路A03的三端正电压输出控制器U3的输出端相连,而光电I禹合器U2的耦合输出端分别与反向补偿控制电路A03的分压电阻R4的一端和限流电阻R5的一端相连；埋地管道系统分别与信号采集比较与触发控制电路A02的三端正电压输出控制器Ul的输出端、防回流控制器U5的输出端相连； (2)电压基准源电路AOl的构成包括电源IP1、分压电阻R1、可调电阻器R2、极性电容Cl和三端可调分流基准源Tl，其电源I Pl的正极与分压电阻Rl的一端相连，分压电阻Rl的另一端分别与极性电容Cl的正极端、可调电阻器R2的一端以及三端可调分流基准源Tl的K端和R端相连，电源I Pl的负极端分别与极性电容Cl的负极端、三端可调分流基准源Tl的A端以及可调电阻器R2的另一端相连； (3)信号采集比较与触发控制电路A02由运算放大器ARl、CuSO4S比电极L1、三端正电压输出控制器U1、光电耦合器U2和电源II P2组成；其运算放大器ARl的正向输入端与CuSO4参比电极LI相连，ARl运算放大器的输出端与光电稱合器U2的输入端相连,光电耦合器U2的直通输出端分别与电源IIP2的负极和三端正电压输出控制器Ul的接地端相连，电源IIP2的正极与三端正电压输出控制器Ul的输入端相连； (4)反向补偿控制电路A03由电源IIIP3、三端正电压输出控制器U3、场效应管U4、双极性晶体管Q1、限流电阻R3、分压电阻R4和接地地床L3组成；其电源IIIP3的负极与三端正电压输出控制器U3的接地端相连，并接地；电源IIIP3的正极分别与三端正电压输出控制器U3的输入端、场效应管U4的D端和限流电阻R3的一端相连，场效应管U4的S端与防回流控制器U5的输入端相连；场效应管U4的G端和限流电阻R3的另一端与双极性晶体管Ql的控制极相连，双极性晶体管Ql的发射极接地；三端正电压输出控制器U3的输出端与光电稱合器U2的稱合输入端相连,光电稱合器U2的稱合输出端分别与分压电阻R4的一端和限流电阻R5的一端相连，分压电阻R4的另一端与双极性晶体管Ql的基极相连，限流电阻R5的另一端与接地地床L3相连。
3.根据权利要求2所述的埋地管道直流负干扰控制装置，其特征是防回流控制器的电原理为:电感L4的一端与场效应管U4的S端相连，电感L4的另一端分别与电感L5的一端和极性电容C2的正极端相连；电感L5的另一端分别与电感L6的一端及极性电容C3的正极端相连；电感L6的另一端分别与极性电容C4的正极端、MBR2545集成电路芯片的引脚I与3相连；极性电容C2、C3、C4的负极端连在一起，并接地；三引脚MBR2545集成电路芯片的引脚2与埋地管道系统L2相连。
【文档编号】G05F1/56GK203397251SQ201320320294
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2013年6月5日
【发明者】赵君, 陈新华, 张丰, 赵晋云, 周兴涛, 高强, 徐华天, 毕武喜, 徐承伟, 陈洪源, 薛致远, 刘玲莉, 吴长访, 滕延平, 王禹钦, 王巨洪, 陈振华, 姜有文 申请人:中国石油天然气股份有限公司