持續(xù)交流干擾下斷電電位測量時間點及準確性分析

駱忠江 戴慰慰 胡立標 李 杰 楊小蕓

（浙江鈺烯腐蝕控制股份有限公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

近年來，隨著我國特高壓交流輸電線路和鐵路的快速發(fā)展和大規(guī)模建設(shè)，其產(chǎn)生的雜散電流干擾不僅會影響管道本身的陰極保護效果，還會在管道中形成交流雜散電流，加速管道的腐蝕，嚴重時會造成管道泄漏，引發(fā)重大事故[1,2]。

現(xiàn)階段，人們已經(jīng)清楚的認識到雜散電流干擾的危害，同時也提出了各種各樣的排流方式來解決管道干擾的問題[3]。在管道保護電位的測量中，想要獲取管道的真實保護電位，就必須先將雜散電流的干擾排除掉。目前，常規(guī)的管道電位測量方法有直接測量法、管道斷電電位測量法和試片斷電測量法[4,5]。直接測量法無法消除IR降的影響，測量數(shù)值不夠準確[6]；管道斷電測試法雖然消除了IR降的影響，但是需要實現(xiàn)全線陰極保護同步中斷，使其在實際使用受到限制；試片斷電法普遍認為測試結(jié)果較為準確，應(yīng)用較為廣泛[7,8]。

1 試片斷電測量法

試片斷電測試法采用裸露的試片來模擬管道的破損點，通過試片的斷電測試來獲得真實的保護電位[9, 10]。

影響管道真實電位測量的主要因素是參比與被測管道間流動電流造成的IR降，流動電流主要包括管道陰極保護電流、管道間極化程度不同造成的反饋電流以及雜散干擾造成的電流[11,12]；除此之外，還要考慮到斷電后管道的去極化衰減過程。

在使用試片進行斷電測試時，斷電瞬間陰極保護電流會瞬間消失，試片的去極化過程也逐漸開始[13]。因模擬試片面積較小，不會存在極化程度不均勻而造成反饋電流的現(xiàn)象，也就暫時不需要考慮。而存在的雜散電流會出現(xiàn)瞬間偏正或偏負的脈沖峰，導致試片電位出現(xiàn)較大的正反向突變，但其也會隨著時間的流逝逐漸衰減消散[14]。

一般情況下，陰極保護電流的持續(xù)時間在幾十個毫秒，試片的去極化時間也是在這個時點開始，交流干擾脈沖峰的持續(xù)時間要長于陰極保護電流持續(xù)時間，大約幾百個毫秒[15,16]。

因此，陰極保護電位衰減時間、試片去極化時間和雜散電流的衰減完成時間三者共同決定了陰極保護電位的讀取時間點。要準確分析三者的持續(xù)時間和交叉時間，選擇合適的電位讀取時間點，是獲得試片真實電位的前提條件。

2 測試與試驗

為了完成上述研究，選取北京某燃氣管道公司的一段管道作為研究對象，該段管線與高壓輸電線并行敷設(shè)，存在雜散電流干擾的影響。對此，前期我們對管道的交流干擾進行了調(diào)查與測試[17,18]，現(xiàn)場測量該管道的通電電位和交流干擾電流密度如圖1所示。可以看出，全天24h內(nèi)管道通電電位波動極其異常，測量的交流干擾電流密度范圍達到160～190A/m2，表明該管段持續(xù)處于強交流干擾作用[19]。

圖1 管道通電電位及交流干擾電流密度

為了真實、準確的獲得該管段的保護電位，我們在此處管段設(shè)置試片通斷測試裝置。試片通斷測試裝置由YX-CP-MIS型智能采集儀、復合探頭和參比電極組成（如圖2所示），復合探頭由交流試片（裸露面積1cm2）、直流試片（裸露面積6.5cm2）和自然試片（裸露面積10cm2）組成。在測量過程中可以通過設(shè)定智能采集儀的采樣時間來獲得不同時間點試片的斷電電位，采集儀的采樣響應(yīng)時間范圍為30～200ms，最短采樣時間間隔可達到1ms。

圖2 試片通斷測試示意圖

調(diào)節(jié)智能采集儀的采樣響應(yīng)時間，分別在斷電后延遲30ms，50ms，100ms和200ms下進行采樣，測試不同采樣時間點下試片的斷電電位結(jié)果如圖3所示。

圖3 斷電后不同延遲采樣時間點的試片斷電電位曲線

從圖3可以看出：在斷電后30～50ms內(nèi)測量的數(shù)據(jù)波動較大，主要是由于交流干擾電壓脈沖的存在造成的電位波動；當增長采集時間延遲到100ms時，測得的斷電電位波動范圍逐漸變窄，交流干擾表現(xiàn)為逐漸衰減的過程；在延遲200ms后，斷電電位趨于平穩(wěn)，說明此時交流干擾脈沖已經(jīng)基本不存在，這個時點測得的電位為沒有交流干擾影響的保護電位。

試片去極化時間也是影響電位準確讀取的重要因素。對此，在實驗室中搭建一套外加電流陰極保護系統(tǒng)進行測試。輔助陽極采用φ10×200mm的MMO棒狀陽極，陰極采用φ200×1000mm的Q235鋼管，放置在混凝土池中并用土壤進行掩埋，混凝土池可以有效防止外部電流對試驗的干擾。鋼管外表面采用環(huán)氧樹脂進行防腐保護，同時埋設(shè)一組極化試片和最短采集時間為5ms的數(shù)據(jù)采集記錄儀，待管道完全極化并維持通電電位在-1.20mV左右，經(jīng)過24h后在150ms開始斷電并每隔10ms進行電位測量和數(shù)據(jù)記錄，測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 斷電電位測試曲線

從圖4（b）測試結(jié)果可以看出，從1 5 0 m s開始進行斷電測試，180ms后電位瞬間衰減正移至-0.827mV，在170～200ms電位基本不變，而后電位開始逐漸緩慢衰減，去極化過程持續(xù)進行。

從上述試驗結(jié)果可以看出：在無交流干擾的情況下，應(yīng)當在斷電后30～50ms內(nèi)讀取斷電電位；此時，陰極保護電流已經(jīng)衰減完成，管道去極化衰減即將開始，此時間段讀取的保護電位最為準確。假若存在交流干擾的影響，這個時間點范圍內(nèi)將受到交流電壓脈沖的影響，采集到的電位會出現(xiàn)異常波動，測試電位結(jié)果將不再準確。當?shù)竭_200ms時間點采樣時，交流干擾電流消失，采集的保護電位趨于穩(wěn)定，于是很多人認為此時的測試電位即是準確的保護電位。其實不然，因為試片又持續(xù)了100ms的去極化衰減過程，雖然排除了交流干擾的影響，但測得的電位已經(jīng)是真實電位衰減100ms后的結(jié)果，與實際保護電位存在一定的偏差。

通過上述分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在交流干擾存在的情況下，無論在哪一個時間點進行數(shù)據(jù)采集，試片斷電法測得的保護電位與真實的保護電位都會有一定的差異。主要是因為在30～50ms這個極化衰減即將開始和交流干擾還未消失的時間段內(nèi)，無法將交流干擾的影響剝離剔除；或者在50～200ms這個時間范圍，無法使試片去極化衰減過程停止。

顯而易見，要想阻止試片的去極化過程是幾乎不可能的，重點應(yīng)該放在剝除交流干擾上。對此，劉嚴強等人[20]曾經(jīng)提出一種管道交流腐蝕的實驗室測定方法，通過現(xiàn)場真實的交流干擾狀況，采用快速傅里葉變換方法分離交直流混合信號，通過實驗室模擬方式來評價管道真實的保護電位。該方法在實驗室內(nèi)具有一定的適用性，但在現(xiàn)場如何實現(xiàn)將管道或試片上的交流干擾進行剝離仍然是個難點，需要廣大研究者們的進一步關(guān)注及研究。

3 結(jié)語

（1）采用試片斷電法時，在沒有交流干擾的情況下，試片斷電電位最佳讀取時間應(yīng)為30～50ms之間；

（2）在存在交流干擾的情況下，試片斷電后交流干擾電流在200ms后基本消失；

（3）在交流干擾存在的情況下，交流干擾電流基本已經(jīng)衰減消失的情況下讀取的保護電位與真實保護電位仍然存在一定的偏差。主要是沒有考慮到從試片極化衰減開始至交流干擾消失這一時間段內(nèi)，試片去極化引起的電位衰減；

（4）現(xiàn)場測試時，在陰極保護電流消失至交流干擾消失這一時間段內(nèi)，如何剔除掉交流干擾的影響仍然是個難點，需要廣大研究者們共同關(guān)注。