恒電位儀輸出電壓過高故障原因分析及處理

李鑫 丁曦 王琨 李博賢

摘要： 陰極保護法是輸氣管道腐蝕防護的有效方法，恒電位儀是陰極保護系統(tǒng)的控制中心和電源。恒電位儀工作不正常，尤其是輸出電壓電流異常，會導致管道保護電位異常，引起管道腐蝕加快泄漏爆管等事故，后果非常嚴重。本文針對一起恒電位儀輸出電壓過高故障進行原因分析，并給出排查處理方法。

關鍵詞：恒電位儀，輸出電壓，陰極保護

一、設備概況

線路陰極保護系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：恒電位儀、陽極地床、長效參比電極、絕緣接頭（法蘭）及其防護裝置（接地電池、火花間隙、氧化鋅避雷器等）、犧牲陽極、排流裝置、電位測試樁等。強制電流陰極保護通過恒電位儀的正極電纜與輔助陽極相連接，通電后在地下形成一個半球面電場，負極接在被保護管道上，參比電極接線柱與參比電極相連接，參比電極埋設在管道附近，測量輸氣管道電位，監(jiān)測保護效果。恒電位保護開啟后，保護電流從恒電位儀正極流出，經過輔助陽極進入土壤，再流到管道上，又沿陰極導線回到電源負極，從而起到保護管道的作用。

西氣東輸西一線黃河陰保站采用兩臺PS-1LC系列恒電位儀與一臺配套的CBZ-3陰極保護控制臺配合使用，恒電位儀一用一備。恒電位儀可以看作是一種自動控制的整流器，主要適用于管地電位經常波動的地方，如存在有雜散電流的干擾影響、介質流速的影響、季節(jié)因素等。保護電流隨著管地電位波動不斷的進行調整，來維持一個恒定的電位。恒電位儀陰極保護系統(tǒng)不得任意中斷，因故需停運12小時以上，應報上級主管部門批準。檢修電源設備時，每次停運實踐不應超過2小時，全年不應超過10次。西一線干線管道采用X70鋼，外防腐層為三層PE，因此在施加陰極保護的情況下，用硫酸銅參比電極測量保護電位應在-0.85V至-1.5V之間。

二、故障現(xiàn)象：

2019年10月23日站內線路人員在記錄黃河陰保站恒電位儀數據時，發(fā)現(xiàn)恒電位儀故障報警，保護電位偏低，輸出電流很小，輸出電壓超限。當站內人員通過手動調節(jié)提高保護電位數據時，輸出電流數據變化不大，但是輸出電壓已經超過額定電壓的105%，儀器上顯示“電壓超限報警”。當手動降低保護電位數據時，輸出電壓的數值會隨之降低，但是輸出電流數據仍舊很小幾乎為零。長此以往管道就處于“欠保狀態(tài)”。

三、原因分析：

PS-1LC恒電位儀輸出電流為零，輸出電壓超限的可能原因有：

1.恒電位儀本體故障

當恒電位儀處于“自動”工作狀態(tài)時，給定信號（控制信號）和經阻抗變換器隔離后的參比信號一起送入比較放大器，經高精度、高穩(wěn)定性的比較放大器比較放大，輸出誤差控制信號，將此信號送入移相觸發(fā)器，移相觸發(fā)器根據該信號的大小，自動調節(jié)脈沖的移相時間，通過脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖調整極化回路中可控硅的導通角，改變輸出電壓、電流的大小，使保護電位等于設定的給定電位，從而實現(xiàn)恒電位保護。

2.陽極地床接地電阻過大

陽極地床的設計與工程質量密切相關?！皻庾琛币矔龟枠O地床電阻增加。當陽極使用一段時間后，也會由于腐蝕嚴重，表面溶解不均勻造成電流障礙。另一個薄弱環(huán)節(jié)是陽極電纜與陽極接頭處的絕緣與密封，若施工質量不合格或日常維護不力會造成接頭處的腐蝕以及斷路，這就造成了電流無法輸出保護管道。此外，陽極地床的安裝位置也很重要，從實際測試數據來看輔助陽極距離匯流點200米以內是，對電流的分布影響較大，超過300米后影響就不大了，所以一般在長輸管道的干線上設置輔助陽極一般在300至500米左右為宜。

3.陰極匯流點接觸不良或陰極線斷線

陰極匯流點是陰保系統(tǒng)中陰極電纜與被保護管道的連接點，保護電流通過此點流回電源。陰極電纜要求埋地敷設時，應避免電纜接頭。電纜穿越圍墻、道路、管道、溝渠以及其他電纜時，應當采用套管防護。電纜與管道焊接前應將焊點處打磨至露出金屬光澤，焊點應牢固無尖銳突出，不虛焊，焊后應清除焊渣，焊點應防腐密封。

四、故障排查及處理：

1.對恒電位儀進行自檢，自檢顯示恒電位儀機器本身各項功能正常。檢查恒電位儀的輸入輸出保險均顯示正常。

2.采用接地電阻測試儀測試一下陽極電纜的接地電阻，如果測試的數據無窮大，則證明陽極線開路，這時就可以通過專業(yè)的設備來查找陽極電纜的斷線點，如果發(fā)現(xiàn)斷線點需要采用焊接的方式進行連接，如果查找不出斷電可以采用更換全部電纜的方法。

3.采用接地電阻測試儀首先測試陽極電纜的電阻，如果測試的結果正常則說明陽極電纜沒有問題;斷開陰極線以及零位接陰的端子，因為陰極線和零位都是連接到管道的通電點上，采用萬用表的電阻檔測試兩者之間的電阻，結果是斷路的。又因“參比線、零位接陰線開路，輸出電流為零;輸出電壓為零;電位指示表示測量開關置“保護”時比置“控制”時，數字大?！惫士梢耘袛酁槭顷帢O輸出斷路，再用接地電阻測試儀進行測量，結果顯示為無窮大?？梢源_認為輸出陰極電纜斷路。

五、經驗總結

1.強制電流陰極保護是管道腐蝕控制的重要環(huán)節(jié)，公司程序文件也明確要求陰極保護的開機率要達到98%，所以在陰極保護參數出現(xiàn)異常時，要第一時間進行處理。

2.我們每天在記錄恒電位儀運行參數時，要注意觀察運行參數的變化，在參數有較大變化的情況下及時匯報專業(yè)崗，開展問題排查和整改工作。

3.在故障排查過程中，首先應確認恒電位儀本身是否存在故障，通過設備本身的自檢功能以及實測數據與面板顯示數據的比較可以進行判定，在否定設備本身的故障后，需要檢查現(xiàn)場四線的問題。

4.在故障排查過程中，勞保防護要齊全，在故障排查時，恒電位儀要保持關機狀態(tài)，謹防觸電。

5.在調整恒電位儀參數時，操作不應過快，防止沖擊電流過大，損壞設備。

6.在設備工作過程中，如遇到輸出超限的情況，應及時停止運行恒電位儀，防止設備損壞。

結束語： 總之，恒電位儀設備的穩(wěn)定工作是確保管道陰保水平達標的重點，作為線路管理人員，必須要盡心盡責，做到每日查看設備狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常并匯報，在專業(yè)人員的指導下開展故障排查和整改工作。

參考文獻：

[1] 吳蔭順、曹備.陰極保護和陽極保護-原理技術及工程應用[M].中國石化出版社，2000.

[2] 王維斌、胡亞博、李琴.油氣長輸管道陰極保護技術及工程應用[M].琴中國石化出版社，2000.

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