固态去耦合器在解决阀室阴保漏电问题中的应用

张连军

摘要：埋地管道在受到严重交流干扰时，其人身安全、管道设备和阴极保护效果都会受到一定影响。因此，对操作阀室进行绝缘检查，消除阴极保护电流的损失，确保阀室内埋地管道处于良好的阴极保护状态尤为重要。本文通过输油管道阀室阴极保护泄漏存在问题的探讨，采用固态解耦的方法解决了阀室内的阴极保护泄漏问题，为解决阀室内阴极保护泄漏提供了一种新的思路和方法。

关键词：固态去耦合器；阀室阴保漏电；应用

引言

阀室是长输管道的管道的一个重要节点，属于存在气体泄漏风险的易燃爆炸场所。有效的阴极保护系统可以控制气体输送管线的外部腐蚀，基于电气安全考虑，阀门内的仪表必须正确接地。如果管道上的绝缘连接或仪器与管道之间的绝缘套管发生故障，将导致阴极保护电流引入地面，使管道处于未受保护的阴极保护状态。因此，有必要对阀室阴极保护绝缘与雷电和静电接地的兼容性进行研究，提供技术支持以改进阀室的操作管理。
一、固态去耦合器

管道和电气接地网络之间应进行连续隔离和绝缘连接，目前，广泛使用的分离器和绝缘装置是固态去耦合器[1]。固态去耦合器是交流干扰保护产品，其功能是防止和通过交流，其性能是有效隔离阴极保护电流泄漏、启动低阈值电压、高电流交流故障和雷电功率，以及更大的放电功率稳定。在管道、高压室和电气化铁路的平行交叉处，以及发电厂和阀门室的集中接地处，可以安装固定空间断开装置，保护金属管道免受交流、故障电流和闪电的干扰以及阴极保护的电流损失。如果固定空间断开装置在压力转换器和管道中接地网络之间依次连接（例如，额定绝缘电压为2～2V），当故障电流较大时，固定空间断开装置两侧的电压在额定绝缘电压之外，电流可以通过断路器在固定状态下传输，以满足压力传感器的避雷和接地要求。同时，当管道阴极保护电流超过一小时，固态隔离开关两侧的电压均在绝缘额定电压范围内，电流不能通过固态隔离装置传输，保证阀门室埋藏管道阴极保护电流不从接地网络渗出，连接到压力转换器。
二、存在问题
1、排流效果不理想

影响掩蔽干扰的主要因素是排流系统接地电极的接地电阻。接地电阻越低，干燥效果越好。但由于接地材料、施工质量和第三方损坏等因素，逐渐出现接地加速度恶化、接地电阻高、电缆断裂等问题，导致保护装置排流效率低下；一般来说，如果能及时发现和纠正上述固态去除部件和接地电极的质量问题，可以改善电流输出不满意的情况。然而，由于国内工业目前还没有有效的检测和评价指标和方法来切断固定资产与直接排流的连接，管线运营商无法及时检查、维护和维护相关设施，导致排流效果不佳。
2、对管道阴保系统的负面影响

在设计管道交流保护时，固定状态断开装置通常采用统一规范（阈值±2V），而无需根据管道干扰的实际状态作出合理选择。当直流干扰同时影响管道交流干扰段时，如果干扰导致管道接地电位与接地电极电位之间的差额超过阈值，固态去耦合器装置会导致直流电流，其结果是直流电流通过接地电极进入管道并从接地电极流出，导致管道保护电位连续波动，影响电位计系统正常输出和阴极保护效果。在这种情况下，使用具有正电位的铜电缆接地可能会导致管道中蒸汽腐蚀的风险。在使用牺牲的锌、镁等阳极材料接地时，尽管没有腐蚀或蒸汽泄漏，也应注意锌阳极材料的土壤电阻率和镁阳极材料可变径流极性反转[2]。
三、固态去耦合器在解决阀室阴保漏电问题中的应用
1、固态去耦合器解决阀室阴保漏电问题的原理

固态去耦合器是具有“直流防扰”功能的交流干扰保护产品，可导致稳定的交流干扰电流、故障电流、闪电冲击电导和极低的直流泄漏电流。该产品可安装在管道、高压输电线路和电气化铁路的平行交叉处，以及车站和阀门室的集中连接处，保护金属管道免受交流干扰、故障电流和雷电波的影响，避免阴极保护电流损失。作为直流绝缘和交流布线设备，固态断路可防止直流电流在一定电压范围内传输，如2V～2V或3V～1V，为交流电流提供低电阻通道。当在固定空间中断开连接的两个连接器之间的电压超过DC导电阈值时，固定空间将断开DC低电阻导电模式；当两个连接器之间的电压降至直流导电阈值以下时，固态去耦合器再次对直流电流产生较大的阻力，从而切断直流电流。当故障电流或闪电电流冲击时，固定状态的断开装置可以立即引导内部模块，通过接地释放干扰电流，影响管道空间和人员保护。固定空间绝缘的应用领域：在阴极保护系统中，交流接地和电气设备直流绝缘。降低交流电压。
2、新型固态去耦合器系统方案

新型固态去耦合器系统构成如图1所示。控制模块检查排流单元中的两个连接端口，以获得排流电流、交流电阻、电压降低和排流单元中的接地电位值。它确定下水道单元的工作状态，并将数据发送到监控平台进行远程传输。数据通过数据库进行计算和分析，并分组为废水处理厂状况图，该图为废水处理状况评估、产品故障评估和废水处理厂改造提供了知识库。传感器识别排流点的自然腐蚀电位、极化管道电位和交流电流密度，并将数据发送到监控平台（计算机和手机）。数据通过数据库进行计算和分析，并汇编成排流状况图，对排流系统的效率进行综合评估。模块无线传输模块采用移动物联网+技术，通过天线模块通过GPRS/3G/4G/5G/BeiDou通道将数据传输到云平台服务器。连接到云平台服务器的监控应用程序接口允许对固态去耦合器状态和管道运行进行背景监控。服务器运行包括数据库服务、实时跟踪服务、推导数据服务、GIS服务等。云平台服务器使用主动推送将数据发送到每个应用程序终端，以便及时提供应用程序终端状态信息。积极获取信息，包括基础设施数据、警报数据、检查和维护计划以及工作量数据，为分析固态去耦合器装置的状态和寿命以及闭环信号管理、综合评估和预警提供了基础

[3]。

                   图1新型固态去耦合器系统构成
3、固态去耦合器排流

固定模式断开装置是一种交流干扰放电装置，结合“直流锁定”功能和交流故障电流锁定功能和闪光灯电流锁定功能。这可以有效减少交流废料电流对埋藏钢管的影响。当管道不受扩散电流干扰或强电流干扰时，从生产中去除固定空间可影响直流保护，通过去除固定空间防止内外电流流出或进入管道；当管道受到交流干扰时，去除固态可以防止感应电流中的直流放电。一般来说，稳定的交流电流可达45A，可以有效缓解交流扩散电流的干扰，防止阴极保护电流损失或引入其他散射电流；当管道暴露于交流故障电流或闪电电流时，固态去除可在额定放电电流为4/10μs时提供防波保护，一般为100kA，故障电流（交流RMS/电源频率/30循环）超过3500A。接地基板可采用铜缆，接地效果好，结构简单，耐腐蚀。固定式空间分配器具有免维护、安装方便、防雷等优点，广泛应用于国内外长途新型地下管道，以防交流干扰。
结束语

在解决阀室阴极保护泄漏问题的过程中，首次通过固态解耦解决了阴极保护需要良好的电气接地和良好绝缘之间的矛盾，既满足了良好的电气连接要求，又隔离了阴极保护泄漏。该技术方法的实际应用可以指导解决电气接地与阴极保护之间存在矛盾的问题。此外，选择适合不同地质环境的接地极类型和敷设方法也很重要。例如，在地表土壤电阻高的地区可以使用深井接地极，在征地有限的地区可以采用钢管垂直敷设，以减少征地面积。因此，有必要从这些方面研究排流设计的合理性分析指标和方法。
参考文献
[1]李立东．阀室接地网漏失管道阴极保护电流的处理措施［J］．煤气与热力，2018(5):A39－A41．
[2]袁柱，李玉星，马孝亮，等．固态去耦合器在油气管道阀室中的应用［J］．仪表电气，2016(4):70－72．
[3]韩非.固态去耦合器与钳位式排流器的排流效果对比[J].腐蚀与防护，2015，36（12）：1186-1189.

作者简介：张连军，西安建筑科技大学电气工程及其自动化专业，本科，工程师，现任长庆输油气分公司管道管理部主管，主要从事线路、防腐工作。