加鹽保濕降低陽極地床接地電阻解決恒電位儀超槽壓告警

李佳青，楊永志，安卓亮，周夏濱

（中國石油管道公司北京輸油氣分公司，北京102488）

雄縣輸油站管道陰極保護采用兩臺福建三明生產的PS-1恒電位儀，一用一備，儀器的額定輸出電壓為40V，額定輸出電流為10A。陽極地床于2004年7月進行了更換，采用尺寸為φ75mm×1500mm高硅鑄鐵陽極共30根，按3.5m間距均勻分布，利用螺旋鉆孔機鉆陽極孔，孔深3 300mm，直徑為300mm，先預填200mm的焦炭，垂直放入高硅鑄鐵陽極，然后在陽極周圍填充焦炭，地床土質為黃土。陽極地床整體接地電阻為1Ω，投入運行經充分極化（不少于3d）后檢測管道電位正常。恒電位儀輸出電流為3.0A輸出電壓為6.9V

1 恒電位儀超槽壓告警

2010年2月8日，正常運行的2＃恒電位儀告警，當時給定電位為-1.4V，，輸出電流6.9A，輸出電壓46V，當把給定電位下調至-1.34V后，告警消除，輸出電流6.8A，輸出電壓45.7V，恢復正常。

2012年3月22日，正常運行的1＃恒電位儀告警。此時，恒電位儀輸出電壓47.7V，輸出電流3.75A，控 制 電 位-1.2V，調 低 控 制 電 位 至-1.15V后告警停止，但運行幾分鐘后繼續(xù)告警，停機斷開輸出陽極端子后進行儀器自檢正常，切換至正常備用的2＃機運行，故障現(xiàn)象相同，儀器自檢也正常。幸好提前備有一臺額定輸出電壓50V、額定輸出電流50A的恒電位儀，換上后將控制電位設定在-1.3V，儀器運行后輸出電壓在60.5V、輸出電流在5.2A，雖然也超出了額定電壓，但告警消除，工作正常。但是，一旦這臺儀器再出現(xiàn)問題，那么將會無法對管道提供陰極保護供電。

2 恒電位儀超槽壓告警的原因分析

槽電壓是儀器本身的參數(shù)。槽電壓＝理論分解電壓＋陰陽極過電位＋電解液產生的電壓＋膜產生的電壓＋電極和電極與導線電阻產生的電壓，可見，槽電壓與陰陽電極的材料、電解液溶液的性質、膜的種類、導線長短都有關系，所以隨反應的進行它是會變化的。管道陰極保護站的核心部分是恒電位儀／恒電流儀，這是一種伺服系統(tǒng)（反饋）。恒電位模式，儀器不斷采集工作電極相對于參比電極的電位，然后與設定的電位進行比較，如果大于設定的電位，就降低（或升高）對電極電位。然而，對電極的電位是不能無限度地降低／升高，對電極能達到的最大／最小電壓就是儀器的槽壓。恒電流模式也類似。

根據(jù)歐姆定律也可從恒電位儀的運行參數(shù)輸出電壓（60.5V）與輸出電流（5.1A）的比值再減去陽極電纜的電阻（一般減1Ω）看出陽極的接地電阻過大。

接地電阻規(guī)定值可以按以下經驗判斷公式判斷：

式中：R為陽極地床電阻允許值（Ω）；U為電源直流額定輸出電壓（V）；I為管道實際保護電流（A）。

以1號恒電位儀運行參數(shù)史與歷年陽極地床接地電阻對比（見表1），可以看出隨著陽極地床接地電阻的逐漸增大，恒電位儀的輸出電壓與輸出電流的比值也逐漸增大，當這一值達到一定的程度，超出了恒電位儀固有的參數(shù)即會告警而不能正常工作了。

表1 恒電位儀運行參數(shù)史與歷年陽極地床接地電阻對比一覽表

現(xiàn)場用ZC-8型接地電阻測試儀從恒電位儀機房測試接地電阻為6.35Ω，到陽極地床的測試樁測得接地電阻值為5.05Ω。遠遠超出了地床接地電阻不大于1Ω的規(guī)定值，也超出了≤3Ω的允許值，再從開挖地床檢查得知陽極棒周圍的環(huán)境非常干燥，見圖1。

圖1 開挖后陽極棒及環(huán)境情況

綜上所述，分析判斷故障原因是由于陽極床太干燥造成電阻過大，現(xiàn)場所需電壓超過儀器額定值。另外現(xiàn)場負荷太重，儀器容量不足，也出現(xiàn)超槽壓報警，更換額定功率更大的儀器只是權宜之計，根本方案是檢修或更換陽極地床。更新陽極地床所需時間周期較長且投資較大，鑒于現(xiàn)有陽極地床腐蝕情況不太嚴重，提出了加鹽灌水降低陽極地床接地電阻的檢修方案。

3 加鹽灌水降低陽極地床的接地電阻

鹽具有良好的導電性和對土壤的保濕性。故采用開挖陽極地床，溝深至露出陽極棒頂部為止。溝底寬度為100cm，在距陽極棒中心30cm為半徑，四周開挖深度為30cm左右的溝槽，在溝槽內鋪灑100kg工業(yè)用鹽，然后覆土30cm后往溝里灌滿水，待地床土壤充分濕潤后，測試地床接地電阻合格后進行最后回填。如圖2、圖3所示。

4 地床降阻后恒電位儀的運行情況

采用上述方法對地床進行降阻處理后，接地電阻降到了0.9Ω的水平，1＃和2＃恒電位儀分別投入運行后，給定電位設置在-1.3V，輸出電流為5.6A，輸出電壓為7.2V，取得了令人滿意的效果。

5 結束語

在陽極地床接地電阻逐漸增大的初期，調低恒電位儀的輸出，雖然能制止儀器的告警，繼續(xù)運行一段時期，這是以犧牲儀器的一定供電能力作為代價而換來的，而且過分降低恒電位儀給定電位影響管道的保護長度和效果。更換較大輸出功率的儀器也只是權宜之計，不可取。只有采取更換陽極地床或降低陽極地床接地電阻的方法，才能從根本上解決問題。做為一名管道維護和管理工作者，要掌握陰極保護系統(tǒng)的工作原理，當系統(tǒng)發(fā)生問題時，要準確的分析判斷問題的根源，及時采取解決問題的方法，使系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)運行。