一種埋地管道直流負(fù)干擾控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型是一種解決遭受直流雜散干擾的埋地管道直流負(fù)干擾控制裝置。其原理為：電壓基準(zhǔn)原電路輸出接信號采集比較與觸發(fā)控制電路，而且信號采集比較與觸發(fā)控制電路不斷與埋地管道系統(tǒng)進(jìn)行管地電位的信號采集與信號反饋，信號采集比較與觸發(fā)控制電路輸出經(jīng)光電耦合控制接反向補(bǔ)償控制電路，反向補(bǔ)償控制電路輸出接防回流控制器，防回流控制器輸出接埋地管道系統(tǒng)，防回流控制器內(nèi)部的二極管根據(jù)電流方向來控制防回流控制器與埋地管道系統(tǒng)之間是是否電流導(dǎo)通。本實(shí)用新型能防護(hù)因管道遭受直流干擾而造成管地電位過負(fù)，能解決管道氫脆、涂層剝離風(fēng)險(xiǎn)。
【專利說明】一種埋地管道直流負(fù)干擾控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是一種解決遭受直流雜散干擾的埋地管道直流負(fù)干擾控制裝置。涉及管道系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著城市快軌和高壓直流輸電線路和油氣管道的高速建設(shè)，它們與埋地油氣管道的交叉、平行的現(xiàn)象越來越多，能源“公共走廊”越來越普遍。但直流輸電線路的電場環(huán)境、異常工況運(yùn)行和接地設(shè)置，以及以直流作為激勵源的輕軌系統(tǒng)等都會對其鄰近的埋地鋼質(zhì)管道造成直流雜散電流干擾，在電流流出管道系統(tǒng)(返回雜散電流干擾源)的區(qū)域管地電位正移發(fā)生腐蝕，而在電流流入管道系統(tǒng)的區(qū)域?qū)е鹿艿离娢贿^負(fù)，容易誘發(fā)管道鋼發(fā)生氫脆、防腐涂層剝離等不利影響。對于由于城市輕軌等負(fù)載動態(tài)變化和鐵軌與地的絕緣不良而引起的管道管地電位過負(fù)問題，尚無有效的防控方法與裝置。
[0003]目前，防護(hù)直流干擾對其鄰近埋地管道影響的方式主要要是排流保護(hù)，雖然有直接排流、強(qiáng)制排流、極性排流和接地排流四種方式；但由于國內(nèi)僅為受干擾方單方面防護(hù)等國情和缺乏電氣干擾的協(xié)調(diào)機(jī)制，目前基本采用接地排流。在存在動態(tài)干擾的區(qū)域，為防止雜散電流逆向流入管道，管理者在接地排流回路中普遍通過安裝防逆流器件(常用二極管)，即極性接地排流。上述控制方法和裝置雖然能將管道遭受的干擾程度大幅減弱，解決直流干擾引起的管地電位正向偏移問題，但無法解決管地電位過負(fù)的問題，即通常所說的“排正不排負(fù)”的問題。此外，由于長輸油氣管道野外現(xiàn)場沒有可以利用的供電設(shè)置，在排流控制時需要考慮控制裝置的功耗和自供電問題，以及對于管地電位的檢測反饋和控制觸發(fā)效率等問題。
[0004]CN2779412Y公開了一種多通道管道交直流干擾測量裝置，CN1456879A公開了一種陰極保護(hù)的管道管地電位和地表電位綜合檢測方法，但并未解決管地電位過負(fù)的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種防護(hù)因管道遭受直流干擾而造成管地電位過負(fù)、解決管道氫脆、涂層剝離風(fēng)險(xiǎn)的埋地管道直流負(fù)干擾控制裝置。
[0006]利用采集管地電位，并與電壓基準(zhǔn)源設(shè)定閥值進(jìn)行比較，確定是否需要實(shí)施給管道施加正向電流的反向補(bǔ)償；同時管道電位采集與反饋持續(xù)進(jìn)行，并不斷與設(shè)定閥值進(jìn)行比較反饋，如果管地電位已回到設(shè)定的閥值允許范圍內(nèi)，反向補(bǔ)償中止。在隨后的管地電位采集比較中，如果超過閥值重新啟動反向補(bǔ)償。如此往復(fù)。
[0007]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:首先建立三個相對獨(dú)立的電路:電壓基準(zhǔn)源電路、信號采集比較與觸發(fā)控制電路和反向補(bǔ)償控制電路(見圖1)。電壓基準(zhǔn)源作為信號采集比較與觸發(fā)控制電路觸發(fā)控制所依據(jù)的閥值。當(dāng)信號采集比較與觸發(fā)控制電路所采集的管地電位超過閥值規(guī)定值時，該電路中的運(yùn)算放大器正向輸出，光電耦合導(dǎo)通，觸發(fā)反向補(bǔ)償控制電路開始給管道施加正向電流；直到信號采集與比較電路所采集的管地電位已回到設(shè)定閥值允許范圍內(nèi)時，運(yùn)算放大器無輸出，光電隔離生效，觸發(fā)控制取消，反向補(bǔ)償控制電路停止工作。
[0008]埋地管道直流負(fù)干擾控制裝置的原理如圖1所示。電壓基準(zhǔn)原電路輸出接信號采集比較與觸發(fā)控制電路，而且信號采集比較與觸發(fā)控制電路不斷與埋地管道系統(tǒng)進(jìn)行管地電位的信號采集與信號反饋，信號采集比較與觸發(fā)控制電路輸出經(jīng)光電耦合控制接反向補(bǔ)償控制電路，反向補(bǔ)償控制電路輸出接防回流控制器，防回流控制器輸出接埋地管道系統(tǒng)，防回流控制器內(nèi)部的二極管根據(jù)電流方向來控制防回流控制器與埋地管道系統(tǒng)之間是是否電流導(dǎo)通。
[0009]埋地管道管地電位過負(fù)控制裝置的電路原理如圖2所示，電源I Pl的正極與分壓電阻Rl的一端相連，分壓電阻Rl的另一端分別與極性電容Cl的正極端、可調(diào)電阻器R2的一端，以及三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Tl的K端和R端相連，電源I Pl的負(fù)極端分別與極性電容Cl的負(fù)極端、三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Tl的A端，以及可調(diào)電阻器R2的另一端相連。可調(diào)電阻器R2的調(diào)節(jié)輸出端與運(yùn)算放大器ARl的反向輸入端相連，運(yùn)算放大器ARl的正向輸入端與CuSO4參比電極LI相連，ARl運(yùn)算放大器的輸出端與光電稱合器U2的輸入端相連,光電耦合器U2的直通輸出端分別與電源II P2的負(fù)極和三端正電壓輸出控制器Ul的接地端相連，電源II P2的正極與三端正電壓輸出控制器Ul的輸入端相連，三端正電壓輸出控制器Ul的輸出端與埋地管道系統(tǒng)L2及防回流控制器U5的輸出端相連。電源III P3的負(fù)極與三端正電壓輸出控制器U3的接地端相連，并接地；電源III P3的正極分別與三端正電壓輸出控制器U3的輸入端、場效應(yīng)管U4的D端相連和限流電阻R3的一端，場效應(yīng)管U4的S端與防回流控制器U5的輸入端相連；場效應(yīng)管U4的G端和限流電阻R3的另一端與雙極性晶體管Ql的控制極相連，雙極性晶體管Ql的發(fā)射極接地；三端正電壓輸出控制器U3的輸出端與光電稱合器U2的稱合輸入端相連,光電稱合器U2的稱合輸出端分別與分壓電阻R4的一端和限流電阻R5的一端相連，分壓電阻R4的另一端與雙極性晶體管Ql的基極相連，限流電阻R5的另一端與接地地床L3相連。
[0010]圖3為防回流控制器U5的電路原理圖，電感L4的一端與場效應(yīng)管U4的S端相連，電感L4的另一端分別與電感L5的一端和極性電容C2的正極段相連；電感L5的另一端分別與電感L6的一端及極性電容C3的正極端相連；電感L6的另一端分別與極性電容C4的正極端、MBR2545集成電路芯片的引腳I與3相連；極性電容C2、C3、C4的負(fù)極端連在一起，并接地；三引腳MBR2545集成電路芯片的引腳2與埋地管道系統(tǒng)L2相連。
[0011]為了防止正電壓從管道流入反向補(bǔ)償控制電路而損壞電路某些元器件，在與管道相連電路的尾部增加了防回流控制器。流程在反向補(bǔ)償控制系統(tǒng)工作后變?yōu)?防回流控制器導(dǎo)通；施加到埋地管道系統(tǒng)。
[0012]本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果:
[0013](I)可以采用蓄電電池等自供電方式來解決長輸管道野外無供電的問題；
[0014](2)可以通過多點(diǎn)補(bǔ)償方式來解決瞬時大干擾問題；
[0015](3)裝置尺寸小，安裝與維護(hù)方便；
[0016](4)特別適合于間斷性動態(tài)干擾的控制。
【專利附圖】

【附圖說明】[0017]圖1埋地管道管地電位過負(fù)控制裝置原理框圖
[0018]圖2埋地管道管地電位過負(fù)控制裝置電路原理圖
[0019]圖3防回流控制器的電路原理圖
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例.下面結(jié)合附圖對實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。本例為試驗(yàn)樣機(jī)，埋地管道管地電位過負(fù)控制裝置的原理如圖1所示。電壓基準(zhǔn)原電路輸出接信號采集比較與觸發(fā)控制電路，而且信號采集比較與觸發(fā)控制電路不斷與埋地管道系統(tǒng)進(jìn)行管地電位的信號采集與信號反饋，信號采集比較與觸發(fā)控制電路輸出經(jīng)光電耦合控制接反向補(bǔ)償控制電路，反向補(bǔ)償控制電路輸出接防回流控制器，防回流控制器輸出接埋地管道系統(tǒng)，防回流控制器內(nèi)部的二極管根據(jù)電流方向來控制防回流控制器與埋地管道系統(tǒng)之間是是否電流導(dǎo)通。
[0021]裝置的電路原理如圖2所示。電源I Pl的正極與分壓電阻Rl的一端相連，分壓電阻Rl的另一端分別與極性電容Cl的正極端、可調(diào)電阻器R2的一端，以及三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Tl的K端和R端相連，電源I Pl的負(fù)極端分別與極性電容Cl的負(fù)極端、三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Tl的A端，以及可調(diào)電阻器R2的另一端相連?？烧{(diào)電阻器R2的調(diào)節(jié)輸出端與運(yùn)算放大器ARl的反向輸入端相連，運(yùn)算放大器ARl的正向輸入端與CuSO4S比電極LI相連,ARl運(yùn)算放大器的輸出端與光電I禹合器U2的輸入端相連,光電I禹合器U2的直通輸出端分別與電源II P2的負(fù)極和三端正電壓輸出控制器Ul的接地端相連，電源II P2的正極與三端正電壓輸出控制器Ul的輸入端相連，三端正電壓輸出控制器Ul的輸出端與埋地管道系統(tǒng)L2及防回流控制器U5的輸出端相連。電源III P3的負(fù)極與三端正電壓輸出控制器U3的接地端相連，并接地；電源III P3的正極分別與三端正電壓輸出控制器U3的輸入端、場效應(yīng)管U4的D端相連和限流電阻R3的一端，場效應(yīng)管U4的S端與防回流控制器U5的輸入端相連；場效應(yīng)管U4的G端和限流電阻R3的另一端與雙極性晶體管Ql的控制極相連，雙極性晶體管Ql的發(fā)射極接地；三端正電壓輸出控制器U3的輸出端與光電耦合器U2的耦合輸入端相連，光電稱合器U2的稱合輸出端分別與分壓電阻R4的一端和限流電阻R5的一端相連，分壓電阻R4的另一端與雙極性晶體管Ql的基極相連，限流電阻R5的另一端與接地地床L3相連。
[0022]防回流控制器的電路原理如圖3所示，電感L4的一端與場效應(yīng)管U4的S端相連，電感L4的另一端分別與電感L5的一端和極性電容C2的正極段相連；電感L5的另一端分別與電感L6的一端及極性電容C3的正極端相連；電感L6的另一端分別與極性電容C4的正極端、MBR2545集成電路芯片的引腳I與3相連；極性電容C2、C3、C4的負(fù)極端連在一起，并接地；三引腳MBR2545集成電路芯片的引腳2與埋地管道系統(tǒng)L2相連。
[0023]在本實(shí)施案例中，
[0024]電源I Pl選用輸出5V的恒壓電壓；
[0025]分壓電阻Rl為100 Ω;
[0026]極性電容Cl為100 μ F ;
[0027]三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Tl為TL431 ；
[0028]可調(diào)電阻器R2電阻為200 Ω，并調(diào)節(jié)可調(diào)電阻器R2的調(diào)節(jié)輸出端使其相對接地CuSO4參比電極LI的電壓保持在-1.2V ；[0029]運(yùn)算放大器ARl的型號為0p07 ；
[0030]電源II P2為輸出電壓為IOV的便攜式電源；
[0031]三端正電壓輸出控制器I Ul型號為LM7805 ；
[0032]埋地管道系統(tǒng)L2為施加有陰極保護(hù)的Φ 720mm管道；
[0033]電壓III P3為輸出電壓為IOV的便攜式電源；
[0034]三端正電壓輸出控制器II U3型號為LM7805;
[0035]場效應(yīng)管U4的型號為IRF4905 ；
[0036]限流電阻R3的電阻為1000 Ω ;
[0037]運(yùn)算光電稱合器U2的型號為6N137 ；
[0038]分壓電阻R4的電阻為2000 Ω ；
[0039]雙極性晶體管Ql型號為T0-226-AA NPN晶體管；
[0040]限流電阻IIR5的電阻為10000 Ω ；
[0041]地床L3材質(zhì)為硅鐵陽極；
[0042]電感L4、電感L5和電感L6均為330 μ H ;
[0043]極性電容C2、極性電容C3和極性電容C4均為470 μ F ;
[0044]U6為并聯(lián)兩個二極管的三引腳MBR2545集成電路芯片。
[0045]本例經(jīng)試驗(yàn)，可以采用蓄電電池等自供電方式來解決長輸管道野外無供電的問題；能通過多點(diǎn)補(bǔ)償方式來解決瞬時大干擾問題；裝置尺寸小，安裝與維護(hù)方便；特別適合于間斷性動態(tài)干擾的控制。
【權(quán)利要求】
1.一種埋地管道直流負(fù)干擾控制裝置，其特征是它包括電壓基準(zhǔn)源電路、信號采集比較與觸發(fā)控制電路和反向補(bǔ)償控制電路；電壓基準(zhǔn)源電路輸出連接信號采集比較與觸發(fā)控制電路，而信號采集比較與觸發(fā)控制電路與埋地管道系統(tǒng)之間有輸出和輸入的連接，信號采集比較與觸發(fā)控制電路輸出經(jīng)光電耦合控制接反向補(bǔ)償控制電路，反向補(bǔ)償控制電路輸出接防回流控制器，防回流控制器輸出接埋地管道系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋地管道直流負(fù)干擾控制裝置，其特征是(I)電壓基準(zhǔn)源電路AOl的可調(diào)電阻器R2的調(diào)節(jié)輸出端與信號采集比較與觸發(fā)控制電路A02的運(yùn)算放大器ARl的反向輸入端相連，信號米集比較與觸發(fā)控制電路的A02的光電稱合器U2的稱合輸入端與反向補(bǔ)償控制電路A03的三端正電壓輸出控制器U3的輸出端相連,而光電I禹合器U2的耦合輸出端分別與反向補(bǔ)償控制電路A03的分壓電阻R4的一端和限流電阻R5的一端相連；埋地管道系統(tǒng)分別與信號采集比較與觸發(fā)控制電路A02的三端正電壓輸出控制器Ul的輸出端、防回流控制器U5的輸出端相連； (2)電壓基準(zhǔn)源電路AOl的構(gòu)成包括電源IP1、分壓電阻R1、可調(diào)電阻器R2、極性電容Cl和三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Tl，其電源I Pl的正極與分壓電阻Rl的一端相連，分壓電阻Rl的另一端分別與極性電容Cl的正極端、可調(diào)電阻器R2的一端以及三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Tl的K端和R端相連，電源I Pl的負(fù)極端分別與極性電容Cl的負(fù)極端、三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Tl的A端以及可調(diào)電阻器R2的另一端相連； (3)信號采集比較與觸發(fā)控制電路A02由運(yùn)算放大器ARl、CuSO4S比電極L1、三端正電壓輸出控制器U1、光電耦合器U2和電源II P2組成；其運(yùn)算放大器ARl的正向輸入端與CuSO4參比電極LI相連，ARl運(yùn)算放大器的輸出端與光電稱合器U2的輸入端相連,光電耦合器U2的直通輸出端分別與電源IIP2的負(fù)極和三端正電壓輸出控制器Ul的接地端相連，電源IIP2的正極與三端正電壓輸出控制器Ul的輸入端相連； (4)反向補(bǔ)償控制電路A03由電源IIIP3、三端正電壓輸出控制器U3、場效應(yīng)管U4、雙極性晶體管Q1、限流電阻R3、分壓電阻R4和接地地床L3組成；其電源IIIP3的負(fù)極與三端正電壓輸出控制器U3的接地端相連，并接地；電源IIIP3的正極分別與三端正電壓輸出控制器U3的輸入端、場效應(yīng)管U4的D端和限流電阻R3的一端相連，場效應(yīng)管U4的S端與防回流控制器U5的輸入端相連；場效應(yīng)管U4的G端和限流電阻R3的另一端與雙極性晶體管Ql的控制極相連，雙極性晶體管Ql的發(fā)射極接地；三端正電壓輸出控制器U3的輸出端與光電稱合器U2的稱合輸入端相連,光電稱合器U2的稱合輸出端分別與分壓電阻R4的一端和限流電阻R5的一端相連，分壓電阻R4的另一端與雙極性晶體管Ql的基極相連，限流電阻R5的另一端與接地地床L3相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的埋地管道直流負(fù)干擾控制裝置，其特征是防回流控制器的電原理為:電感L4的一端與場效應(yīng)管U4的S端相連，電感L4的另一端分別與電感L5的一端和極性電容C2的正極端相連；電感L5的另一端分別與電感L6的一端及極性電容C3的正極端相連；電感L6的另一端分別與極性電容C4的正極端、MBR2545集成電路芯片的引腳I與3相連；極性電容C2、C3、C4的負(fù)極端連在一起，并接地；三引腳MBR2545集成電路芯片的引腳2與埋地管道系統(tǒng)L2相連。
【文檔編號】G05F1/56GK203397251SQ201320320294
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】趙君, 陳新華, 張豐, 趙晉云, 周興濤, 高強(qiáng), 徐華天, 畢武喜, 徐承偉, 陳洪源, 薛致遠(yuǎn), 劉玲莉, 吳長訪, 滕延平, 王禹欽, 王巨洪, 陳振華, 姜有文 申請人:中國石油天然氣股份有限公司