持续交流干扰下断电电位测量时间点及准确性分析

骆忠江 戴慰慰 胡立标 李 杰 杨小芸

（浙江钰烯腐蚀控制股份有限公司，浙江 宁波 315000）

0 引言

近年来，随着我国特高压交流输电线路和铁路的快速发展和大规模建设，其产生的杂散电流干扰不仅会影响管道本身的阴极保护效果，还会在管道中形成交流杂散电流，加速管道的腐蚀，严重时会造成管道泄漏，引发重大事故[1,2]。

现阶段，人们已经清楚的认识到杂散电流干扰的危害，同时也提出了各种各样的排流方式来解决管道干扰的问题[3]。在管道保护电位的测量中，想要获取管道的真实保护电位，就必须先将杂散电流的干扰排除掉。目前，常规的管道电位测量方法有直接测量法、管道断电电位测量法和试片断电测量法[4,5]。直接测量法无法消除IR降的影响，测量数值不够准确[6]；管道断电测试法虽然消除了IR降的影响，但是需要实现全线阴极保护同步中断，使其在实际使用受到限制；试片断电法普遍认为测试结果较为准确，应用较为广泛[7,8]。

1 试片断电测量法

试片断电测试法采用裸露的试片来模拟管道的破损点，通过试片的断电测试来获得真实的保护电位[9, 10]。

影响管道真实电位测量的主要因素是参比与被测管道间流动电流造成的IR降，流动电流主要包括管道阴极保护电流、管道间极化程度不同造成的反馈电流以及杂散干扰造成的电流[11,12]；除此之外，还要考虑到断电后管道的去极化衰减过程。

在使用试片进行断电测试时，断电瞬间阴极保护电流会瞬间消失，试片的去极化过程也逐渐开始[13]。因模拟试片面积较小，不会存在极化程度不均匀而造成反馈电流的现象，也就暂时不需要考虑。而存在的杂散电流会出现瞬间偏正或偏负的脉冲峰，导致试片电位出现较大的正反向突变，但其也会随着时间的流逝逐渐衰减消散[14]。

一般情况下，阴极保护电流的持续时间在几十个毫秒，试片的去极化时间也是在这个时点开始，交流干扰脉冲峰的持续时间要长于阴极保护电流持续时间，大约几百个毫秒[15,16]。

因此，阴极保护电位衰减时间、试片去极化时间和杂散电流的衰减完成时间三者共同决定了阴极保护电位的读取时间点。要准确分析三者的持续时间和交叉时间，选择合适的电位读取时间点，是获得试片真实电位的前提条件。

2 测试与试验

为了完成上述研究，选取北京某燃气管道公司的一段管道作为研究对象，该段管线与高压输电线并行敷设，存在杂散电流干扰的影响。对此，前期我们对管道的交流干扰进行了调查与测试[17,18]，现场测量该管道的通电电位和交流干扰电流密度如图1所示。可以看出，全天24h内管道通电电位波动极其异常，测量的交流干扰电流密度范围达到160～190A/m2，表明该管段持续处于强交流干扰作用[19]。

图1 管道通电电位及交流干扰电流密度

为了真实、准确的获得该管段的保护电位，我们在此处管段设置试片通断测试装置。试片通断测试装置由YX-CP-MIS型智能采集仪、复合探头和参比电极组成（如图2所示），复合探头由交流试片（裸露面积1cm2）、直流试片（裸露面积6.5cm2）和自然试片（裸露面积10cm2）组成。在测量过程中可以通过设定智能采集仪的采样时间来获得不同时间点试片的断电电位，采集仪的采样响应时间范围为30～200ms，最短采样时间间隔可达到1ms。

图2 试片通断测试示意图

调节智能采集仪的采样响应时间，分别在断电后延迟30ms，50ms，100ms和200ms下进行采样，测试不同采样时间点下试片的断电电位结果如图3所示。

图3 断电后不同延迟采样时间点的试片断电电位曲线

从图3可以看出：在断电后30～50ms内测量的数据波动较大，主要是由于交流干扰电压脉冲的存在造成的电位波动；当增长采集时间延迟到100ms时，测得的断电电位波动范围逐渐变窄，交流干扰表现为逐渐衰减的过程；在延迟200ms后，断电电位趋于平稳，说明此时交流干扰脉冲已经基本不存在，这个时点测得的电位为没有交流干扰影响的保护电位。

试片去极化时间也是影响电位准确读取的重要因素。对此，在实验室中搭建一套外加电流阴极保护系统进行测试。辅助阳极采用φ10×200mm的MMO棒状阳极，阴极采用φ200×1000mm的Q235钢管，放置在混凝土池中并用土壤进行掩埋，混凝土池可以有效防止外部电流对试验的干扰。钢管外表面采用环氧树脂进行防腐保护，同时埋设一组极化试片和最短采集时间为5ms的数据采集记录仪，待管道完全极化并维持通电电位在-1.20mV左右，经过24h后在150ms开始断电并每隔10ms进行电位测量和数据记录，测试结果如图4所示。

图4 断电电位测试曲线

从图4（b）测试结果可以看出，从1 5 0 m s开始进行断电测试，180ms后电位瞬间衰减正移至-0.827mV，在170～200ms电位基本不变，而后电位开始逐渐缓慢衰减，去极化过程持续进行。

从上述试验结果可以看出：在无交流干扰的情况下，应当在断电后30～50ms内读取断电电位；此时，阴极保护电流已经衰减完成，管道去极化衰减即将开始，此时间段读取的保护电位最为准确。假若存在交流干扰的影响，这个时间点范围内将受到交流电压脉冲的影响，采集到的电位会出现异常波动，测试电位结果将不再准确。当到达200ms时间点采样时，交流干扰电流消失，采集的保护电位趋于稳定，于是很多人认为此时的测试电位即是准确的保护电位。其实不然，因为试片又持续了100ms的去极化衰减过程，虽然排除了交流干扰的影响，但测得的电位已经是真实电位衰减100ms后的结果，与实际保护电位存在一定的偏差。

通过上述分析结果可以发现，在交流干扰存在的情况下，无论在哪一个时间点进行数据采集，试片断电法测得的保护电位与真实的保护电位都会有一定的差异。主要是因为在30～50ms这个极化衰减即将开始和交流干扰还未消失的时间段内，无法将交流干扰的影响剥离剔除；或者在50～200ms这个时间范围，无法使试片去极化衰减过程停止。

显而易见，要想阻止试片的去极化过程是几乎不可能的，重点应该放在剥除交流干扰上。对此，刘严强等人[20]曾经提出一种管道交流腐蚀的实验室测定方法，通过现场真实的交流干扰状况，采用快速傅里叶变换方法分离交直流混合信号，通过实验室模拟方式来评价管道真实的保护电位。该方法在实验室内具有一定的适用性，但在现场如何实现将管道或试片上的交流干扰进行剥离仍然是个难点，需要广大研究者们的进一步关注及研究。

3 结语

（1）采用试片断电法时，在没有交流干扰的情况下，试片断电电位最佳读取时间应为30～50ms之间；

（2）在存在交流干扰的情况下，试片断电后交流干扰电流在200ms后基本消失；

（3）在交流干扰存在的情况下，交流干扰电流基本已经衰减消失的情况下读取的保护电位与真实保护电位仍然存在一定的偏差。主要是没有考虑到从试片极化衰减开始至交流干扰消失这一时间段内，试片去极化引起的电位衰减；

（4）现场测试时，在阴极保护电流消失至交流干扰消失这一时间段内，如何剔除掉交流干扰的影响仍然是个难点，需要广大研究者们共同关注。