CN106460198A - 阴极保护管理系统 - Google Patents

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Abstract

一种能够监控多个测试点和整流器的操作状态的阴极保护系统。该阴极保护系统包括与多个测试点相关联的多个测试点监控器以及与沿着市政管线布置的整流器相关联的多个整流器控制器。这些测试点监控器是电池供电的,而这些整流器控制器可以是市政线路供电的。这些测试点监控器和整流器控制器各自利用无线通信技术与基站通信。该基站与后端服务器通信,该后端服务器操作以累积数据以及在与阴极保护软件应用相关联的显示器上将该数据视觉地呈现给操作人员。该软件应用允许该操作人员监控该系统的健康以及处理由这些测试点或受监控的整流器中的任一个所生成的警报。

Description

阴极保护管理系统
技术领域
[0001] 本公开总体上涉及一种监控阴极管线保护设备的方法和系统。更具体地,本公开 涉及一种与阴极保护系统的测试点和整流器通信以及呈现状态更新以及发起针对该阴极 保护系统的设备的状态检查的系统和方法。
背景技术
[0002] 目前,利用埋在地下的天然气传输或分配管线传输天然气。许多这些管线形成自 铁材料或铁合金,例如钢。含铁材料具有大约0.44伏特的电势。当电子离开带负电荷材料 (阳极)的表面并且流过电解液到达带正电荷的材料(阴极)时,发生金属腐蚀。一个物体与 附近另一个物体之间或者相同物体的不同部分上会存在电势差。电子的离开耗尽该材料。 另外,电子的离开在材料的表面上形成带正电荷的离子,这个离子与氧气或其他元素活跃 地结合。在基于铁的金属,例如钢的情况下,与氧气结合产生锈并且最终导致腐蚀。
[0003] 许多埋入管线形成自含铁材料。铁比常见的土壤更带负电荷,这造成铁管路腐蚀 的电势。在天然气行业中,管线故障会是灾难性的并且因此耗费非常大量的资源来免受这 种腐蚀。
[0004] 目前,存在两种类似的但是不同的技术来保护天然气管线不受腐蚀。最常见的技 术被称为电流保护而不太常见而且更复杂的方法被称为外加电流保护。这两种常见的技术 通常被称为阴极保护并且都涉及操纵钢管路的电压从而使得电子流到管路而不是从管路 离开。含铁管路的电压得到操纵,使得其变为阴极,也就是所谓的阴极保护。
[0005] 如图1所示的阴极保护用于描述带更多负电荷的材料,例如镁或锌(阳极)被靠近 的带更少负电荷的铁天然气管线(阴极)埋入。导线用于将这两种不同的金属连接到彼此以 允许电极在这两种材料之间流动。这两种不相似的金属之间的电势差将使得电子从阳极 (镁)流过连接导线到达管线的钢,使得管线负极化。钢上的极化现在将从土中吸引正离子 到钢,由此停止钢的腐蚀。
[0006] 通过如所讨论的那样将阳极和阴极连接在一起,所得电子流将使得铁管路极化并 且改变这两种材料的自然动态电压的中点附近的电压。随着时间,镁阳极将耗尽并且失效。 镁阳极被称为牺牲阳极。当牺牲阳极耗尽时,其无法保护管路并且必须被替换。
[0007] 第二种类型的阴极保护被称为外加电流保护并且在图2中示出。在利用外加电流 保护的系统中,整流器用于使得电子流到天然气管线从而停止钢的腐蚀。在这种类型的系 统中,AC加电的整流器将AC电压转换为DC电压,该DC电压具有10-50安培和50伏特之间的最 大DC输出。
[0008] 正DC输出端子经由缆线连接到埋在地中的阳极阵列(阳极地床)。外加电流保护系 统中的阳极通常是不活跃的金属或化合物,例如铂、石墨烯、高硅铁或其他材料。另一个缆 线连接在整流器的负极端子和管线之间。
[0009] 由于电子从负极流到正极,电路使得电子从阳极流过整流器中的电路到达管路。 在安装系统时,整流器的操作输出被调整到最优水平。
[0010] 尽管这两种类型的阴极保护系统工作良好而保护钢管线不受腐蚀,美国交通部下 属的有害材料管道运输安全署(PHMSA)要求天然气市政周期性地检查其阴极保护系统的有 效性并记录结果。联邦和本地法律还要求市政在时间范围内纠正缺陷,缺陷因不同的位置 而变化。
[0011] 为了满足PHMSA的要求,遍布整个天然气分配网络构建测试点。这些测试点沿着管 路部分的长度间隔开,而不管这些管路部分是否受到电流或外加电流技术保护。每个测试 点必须每年被调查不少于一次。
[0012] 由于整流器是外加电流系统中的关键元件,必须根据规定在每两个月一次的间隔 对整流器进行调查。
[0013] 在某些市政应用中,市政可能具有超过100000个地理上分散的测试点以及超过 3000个整流器。由于这100000个测试点必须每年被调查一次并且这3000个整流器必须每年 被调查六次,这导致一年内存在118000次测量。由于这些测量当前是手动进行的,市政必须 维护非常大的车队并且必须耗费大量的人力进行这些测量。
[0014] 除了手动读数所需要的物理需求之外,市政当前无法在每年或每两个月测量之间 监控测试点的状态。因此,如果在一年间隔期间在读数之间发生测试点故障或者阴极保护 故障,市政直到下一次读数周期才能检测到该故障。
[0015]因此,需要能够自动地监控电流保护测试点以及用于外加电流保护的整流器的系 统和方法。
发明内容
[0016] 本公开涉及一种包括多个测试点和整流器的为管线的面积和长度提供阴极保护 的阴极保护系统。该系统包括与测试点中的每一个测试点相关联的测试点监控器以及与阴 极保护系统的每一个整流器相关联的整流器控制器。测试点监控器和整流器控制器各自与 基站通信,该基站进而将所接收的信息发送到后端服务器。后端服务器包括软件应用,该软 件应用将所接收的信息呈现给操作人员,其方式为操作人员能够使用该信息来监控系统健 康以及符合联邦监控规定。
[0017] 根据本公开的一方面,测试点监控器和整流器控制器各自被指示获得时间同步信 号从而使得测试点监控器和整流器控制器彼此时间同步。上述两个设备的时间同步允许设 备执行不同类型的测试和监控程序。作为示例,整流器控制器能够中断向管线施加保护电 压。然后测试点监控器各自能够在自保护电压中断起的预定延时之后从管线获得电压测量 值。
[0018] 本公开的测试点监控器各自包括控制单元。控制单元包括固件,固件允许测试点 监控器基于测试点的类型被配置。例如,测试点监控器能够被配置为与多种不同类型的测 试点交互。以此方式,测试点监控器能够在安装时配置从而使得单个类型的测试点监控器 能够与不同类型的测试点使用。
[0019] 该阴极保护系统可以进一步包括基站,该基站远离测试点监控器和整流器控制 器。基站与测试点监控器和整流器控制器进行无线通信。后端服务器与基站通信以从多个 测试点监控器接收电压测量值并且还能够与测试点监控器通信。与基站通信的后端服务器 可操作以指示整流器控制器中断向管线施加保护电压以及从测试点监控器获得电压测量 值。
[0020] 本发明的各个其他特征、目的和优点将从结合附图进行的以下描述变得明显。
附图说明
[0021] 附图示出实施本公开的目前所考虑到的最佳方式。在附图中:
[0022] 图1是示出电流阴极保护系统的元件的示意图;
[0023] 图2是示出外加电流保护阴极保护方案的元件的示意图;
[0024] 图3是本公开的用于多个测试点与整流器之间的通信的系统的示意图;
[0025]图4A是在本公开的系统中使用的测试点监控器之一的示意图;
[0026]图4B是在本公开的系统中使用的整流器控制器之一的示意图;
[0027]图5示出了两线电流保护系统;
[0028]图6示出了三线电流保护系统;
[0029] 图7示出了包括一线试片的两线电流保护系统;
[0030] 图8示出了包括一线试片的两线外加电流保护系统;
[0031] 图9示出了关闭测试程序的示意图;
[0032]图10提供了当外加电流保护系统中止时管线电压衰减的示意图;
[0033]图11示出了解决方案管理应用的一种操作方式的示意图;
[0034]图12是市政水平的屏幕显示图;
[0035]图13是区划水平的屏幕显示图;
[0036]图14是区域水平的屏幕显示图;
[0037]图15是区段水平的屏幕显示图;
[0038]图16示出了解决方案管理软件应用管理警报的操作;
[0039] 图17是示出多个新的清晰的且带标记的警报的显示图;
[0040] 图18是示出正在生成警报的一个测试点的细节的显示图;
[0041]图19是示出已经生成警报的测量参数的图形趋势的显示图;
[0042]图20是利用不同调查进行故障排除的示意图;
[0043] 图21是示出可以生成的调查类型的显示图;
[0044] 图22是示出一系列整流器的读数的显示图;
[0045] 图23是示出多个测试点的读数的显示图;
[0046]图24是示出一个月内的警报概览的显示图;以及 [0047]图25是示出利用手动调查输入测量值的示意图。
具体实施方式
[0048]图1示出了第一类型的阴极保护,用于减少并消除从含铁材料,例如但不限于钢, 形成的一段管线10内的腐蚀。当一段管线10被埋入地12中时,电子离开带更负电荷的材料 (阳极)的表面并且流过电解液到达带更正电荷的材料(阴极)。在形成埋入在地中的天然气 传输或配送管线的铁(或铁合金例如钢)的情况下,铁比土具有更负的电荷,从而使得电子 从管线流到土中,这使得氧气结合到管线的表面从而导致腐蚀。
[0049]图1示出了被称为电流阴极保护的第一类型的阴极保护。在图1示出的实施例中, 电流保护方案14包括各自通过导线18连接到一部分管线10的一对镁阳极16。导线18提供使 得电子从带负电荷的镁或锌阳极16流到管线10的外表面20的管道。管线10充当阴极,因为 该管线比阳极16更带正电荷。管线10的钢上的极化将从土中吸引正离子,由此停止钢的腐 蚀。必须监控以确保不发生腐蚀的重要特征是管线10表面上的电压。在图1示出的实施例 中,电压检测设备22通过导线24连接到管线的表面并且充当管线的测试点。通过借助电压 检测设备22监测管线表面上的电压,市政可以确保阳极16不会耗尽并且其保护不会被消 除。
[0050] 在图1示出的系统的一个实施例中,阳极和阴极之间的连接导致电子流,使得铁管 线极化并且将其电压改变为接近这两种材料的自然电流电压的中点。作为示例,镁的自然 电流电压为-2.3伏特,而铁的自然离子电压为0.44伏特。这两个电压之间的平均值为大约-0.95伏特数。本领域的专家已经确定具有-0.85伏特或更低的负电荷的阴极被有效地保护 不受腐蚀。因此,沿着管线利用电压检测设备22在多个位置测试管路的电压以确保管线10 的表面为至少-0.85伏特从而确保管线不遭受腐蚀。
[0051] 例如电压检测设备22所示出的测试点位于沿着管线10的间隔开的地理位置处。在 某些市政管线系统中,可能存在超过100000个必须至少每年一次手动调查的地理上分散的 测试点。
[0052] 图2示出了第二类型的阴极保护系统,其将被称为外加电流保护系统并且在图2中 通过参考标号26示出。在外加电流保护系统26中,整流器28位于管线10和一系列连接的阳 极30之间。整流器28连接到市政电源32并且促使电子流向天然气管线10以停止钢的腐蚀。 在此系统中,AC加电的整流器28将AC电压转换为DC。整流器28通常具有在10-50安培和50伏 特之间的最大DC输出。由于安全考虑,许多天然气公司将外加电流量限制为不超过40安培。 [0053] 正极DC输出端子34通过一系列缆线36连接到埋在地中的阳极30的阵列38。阳极30 通常是不活跃的金属或化合物,例如铂、石墨烯、高硅铁或其他类似的材料。另一个缆线40 连接到整流器的负极端子并且延伸到管线10的外表面20。由于电子从负极流到正极,整流 器电路将使得电子从阳极片38流过整流器28中的电路到达管线10。在安装系统26时,来自 整流器28的保护电压输出被调整到最佳水平并且被记录以供参考。
[0054] 整流器28也要符合美国交通部的规定并且必须每两个月被测试一次。
[0055]除了整流器28之外,各自包括电压检测设备22的多个测试点也沿着管线的长度靠 近整流器28布置。如图1的实施例,在测试点进行的电压测量需要至少一年监控并记录一 次。
[0056]图3示出了根据本公开构造的阴极保护系统42。阴极保护系统42包括地理上分散 的多个测试点44以及各自也是地理上分散的多个整流器28。在图3示出的实施例中,每个测 试点44包括提供到管线10和保护系统的电连接的接线盒46。接线盒46进而连接到测试点监 控器48,该测试点监控器包括通过天线50发射信息的内部的、电池供电的发射器。可以利用 各种不同类型的通信协议,例如但不限于可从Sensus Metering获得的Fl_exN_e.®通信协议, 传递从每个测试点监控器48发送的信息。测试点监控器48可以发射并接收信息并且可以记 录与一段管线10有关的信息并且自动地传递此信息。
[0057]目前,存在用于测量管线10的表面上的电压的多种不同类型的物理配置和接线盒 46。作为示例,接线盒46可以与两线测试点、三线测试点、四线测试点、临界连结测试点、壳 体测试点或电流降测试点一起使用。这些不同接线盒中的每一种接线盒使用从管线10的表 面获得电压的不同配置。
[0058] 测试点监控器48包括控制单元,该控制单元包括可以被配置成与不同类型的接线 盒46中的每一种接线盒交互的内部固件。在测试点44处安装每个测试点监控器48时,包含 在测试点监控器48内的内部固件根据接线盒46的类型被配置。基于对固件的指令,测试点 监控器48将计算存在于管线10的表面上的电压,然后使用天线50和通信协议中继该电压。 [0059] 进一步如图3所示,整流器28连接到具有天线50的整流器控制器49。以此方式,整 流器28可以接收并发射与整流器28的操作状态有关的信息。
[0060] 连接到整流器28的整流器控制器49也包括控制单元,该控制单元包括固件,该固 件允许整流器控制器49控制包含在连接到市政电源32的整流器28的内部电路的操作。作为 说明性示例,该固件将能够基于在整流器控制器49处接收的通信信号在期望的间隔中断向 管线的表面施加保护电压。整流器控制器49的控制单元可以利用整流器控制器49通过天线 50接收的通信控制信号执行各种其他操作序列。
[0061] 如图3所示,阴极保护系统42包括基站52,该基站能够与该多个分散的测试点监控 器48和整流器控制器49进行无线通信。基站52可以位于可以与最大数量的测试点监控器48 和整流器控制器49通信的位置。当测试点监控器48和整流器控制器49的地理分散使得单个 基站52无法与所有测试点监控器48和整流器控制器49通信时,可以使用多个基站52。如上 所述,FlexNet通信协议允许基站52与多个分散的测试点监控器48和整流器控制器49之间 通信。
[0062] 基站52进而利用硬连线或无线通信技术与一个或多个后端服务器54通信。后端服 务器54处理从该多个测试点监控器48和整流器控制器49接收的信息。后端服务器54包括数 据库,这些数据库对从测试点监控器48和整流器控制器49接收的信息进行编译并且能够利 用解决方案管理应用56,如在显示屏58上所示,将信息呈现给操作人员。解决方案管理应用 56允许一个或多个操作人员观看后端服务器54所编译的信息并且通过测试点监控器48和 整流器控制器49将命令发送到单个测试点44和整流器28,如以下将更详细描述的。解决方 案管理应用56提供软件应用,该软件应用能够收集并显示数据并且提供分析以识别并解决 系统问题而不需要维修人员手动地在每个测试点44和整流器28处读取信息。
[0063] 图4A示出了用于每个测试点44和基站54之间通信的测试点监控器48的一个示意 性实施例。图4B示出用于整流器28和基站54之间通信的整流器控制器49的一个实施例。 [0064] 每个测试点监控器48和整流器控制器49包括控制相关联的设备的操作的控制单 元60。控制单元60包括内部固件,当测试点监控器48与一个测试点一起使用时,该内部固件 控制测试点监控器48的配置。控制单元60通过相关联的整流器控制器控制整流器的操作。 控制单元60连接到电池61,该电池为测试点监控器48或整流器控制器49内包含的所有部件 提供电力。考虑到电池61将可被容易地替换并且将在电池61开始到达放电阈值时向控制单 元60提供指示。当到达该阈值时,控制单元60将发信号指示电池61需要由维修技术人员替 换。
[0065]由于整流器控制器49安装在用于监控连接到市政电源的整流器的位置处,电池61 可以被去除,因为市政电源可以用于为整流器控制器49的内部部件供电。在市政电源不可 用的其他实施例和应用中,电池61将为测试点监控器48或整流器控制器49的内部部件供 电。
[0066] 控制单元6 0连接到能够从天线5 0发射和接收信息的收发器6 2。控制单元6 0连接到 存储器设备64,该存储器设备允许控制单元60存储信息以及取回从用户输入设备66输入到 设备中的存储的操作参数。控制单元60从电压检测器68接收信息并且连接到切换元件70。 切换元件70允许控制单元60中断电流以及因此中断从整流器向管线施加保护电压,以下将 更详细地描述其方式。
[0067] 在测试点监控器48的初始设置期间,维修技术人员可以将测试点监控器48配置为 针对管线在所选间隔进行系统读数,例如按小时或者每天一次,或者当接收到命令时。另 外,测试点监控器48的固件可以被配置成与可供使用的并且在以上描述的测试点的不同物 理配置交互。以此方式,该固件能够配置测试点监控器或各种不同类型的测试点。控制单元 60可以进一步从收发器62接收有关来自收发器62的通信的信噪比的信息并且可以相应地 修改操作。
[0068] 当初始地安装测试点监控器48和整流器控制器49时,安装设备的GPS坐标通过输 入设备66被输入到控制单元60中并且被存储在存储器64中。可替代地,测试点监控器48和 整流器控制器49可以包括内部GPS设备并且可以自动地记录此信息。
[0069] 除了此信息之外,技术人员还向控制单元60提供有关测试点监控器48和整流器控 制器49所用于的系统特定应用类型的信息。作为示例,测试点监控器48可以用作电流保护 测试点或外加电流测试点的一部分。因此,当控制单元60通过收发器62发送信号时,基站和 相关联的后端服务器可以确定测试点监控器所用于的应用类型。
[0070] 除了此信息之外,技术人员可以在整流器控制器49中输入粗糙和精细电压传感 器,取决于整流器28的配置。
[0071] 此外,在测试点处使用的保护方案的类型可以被输入到测试点监控器的固件中。 如以下将描述的,可以使用许多不同类型的保护方案,例如两线保护、三线保护、结合一线 试片的两线保护、临界连结保护或壳体保护。
[0072] 通过收发器62,控制单元60可以从解决方案管理应用软件接收信息,从而使得可 以调整控制单元60的配置和设置。例如,可以通过收发器62所接收的自动信号调整控制器 读数阈值和频率。
[0073] 根据本公开的一个实施例,图4B中示出的整流器控制器49包括电压检测器68,该 电压检测器可以测量并记录单相和三相输入AC电压、高达50伏特的DC电压、高达50安培的 DC电流。
[0074]图5示出了市政所使用的一种类型的电流保护装置。在图5示出的实施例中,测试 点监控器48被示出为连接到测试站接线盒46,该接线盒进而连接到两线电流保护系统。在 此实施例中,缆线72直接从阳极16连接到管线10。在这种情况下,管线10上总是存在电荷。 当如图所示配置时,两条导线被呈现给测试站接线盒46,即,来自阴极的第一导线74和来自 参比半电池78的第二导线76。在此装置中,可以提取的唯一有意义的数据将是管线10和参 比半电池78之间的电势差。测试点监控器48中的电压检测器68检测这个电压差。在所示实 施例中,测试点监控器48可以终止这两个连接并且测量管线10相对于半电池78的电压。 [0075]图6示出了被称为三线电流保护装置的另一个保护装置。在此实施例中,三条导线 被呈现在测试站接线盒46处。第一导线72直接连接到阳极16,第二导线74连接到阴极管线 10,而第三导线76连接到半电池78。测试点监控器48的内部固件和切换元件70允许测试点 监控器48在正常操作条件下将阳极16连接到阴极(管线)10。在测试程序期间,测试点监控 器48可以移动切换元件70并且电压检测器68可以用于检测管线10和半电池78之间的电压 差。切换元件70允许测试点监控器48具有终止所有三条导线以及中断从阳极到阴极的电子 流的能力。以此方式,测试点监控器48可以测量阳极和参比半电池之间的电势差以及未受 保护管路与参比半电池之间的电势差。
[0076]图7示出了被称为具有一线试片的两线电流保护的另一个电流保护装置。在此实 施例中,阳极16直接通过导线72连接到管线10。半电池78通过导线76连接到接线盒46。
[0077] 许多市政已经担心联邦规定可能改变,因此迫使市政通过当前与外加电流方法一 起使用的瞬间关闭测试增强标准电流系统测试。为了这样做,市政将具有与管线10类似的 材料特征的试片80靠近管路埋入。试片80将连接到总是由阳极充电的管路。试片80被示出 为具有延伸到接线盒并且最终延伸到切换元件70的导线82。这个连接将使得试片80实现与 连接的系统相同的电压。
[0078] 当如图7所示那样配置时,到试片80的电流供应可以由测试点监控器48中断,由此 允许测量试片和参比半电池78之间的瞬间关闭电压。测试点监控器48通过切换元件70具有 终止所有三条导线以及在试片80和管线10之间提供可中断连续性的能力。测试点监控器48 可以中断试片到管路的连接并且通过五十毫秒的延迟测量试片与半电池之间的电势差。
[0079] 图8示出了包括试片80的两线外加电流保护示意图。在图8示出的实施例中,整流 器28被布置在阳极阵列38与形成阴极的管线10之间。形成测试点的一部分的测试点监控器 48连接到接线盒。图8示出的实施例与图7的实施例类似,区别之处在于整流器28被布置在 阳极和管线10之间。
[0080] 尽管未在附图中示出,在道路下方或具有显著负荷的另一个区域下方铺设管线的 情形下,市政围住管路的承受负荷的区域。在这种情形下,保护壳体与管路的其他部分电隔 离。随着时间流逝,负荷可以改变壳体的朝向,通过电势从而在外壳体与管线之间造成短 路。这种情形将造成管路不受阴极保护系统保护。
[0081] 在这种情景下,两条导线可以被呈现在接线盒处;一条来自管路而另一条来自接 地壳体。这两个源之间的电压电势应当低于-0.850伏特。在这种实施例中,智能网关可以由 此确定外部保护遮盖物是否短路并且发送信号向市政报警。
[0082] 返回参考图3,与每一个整流器28相关联的整流器控制器49能够执行多个不同的 功能并且获得与整流器28的操作相关联的多个不同类型的读数。例如,整流器控制器49可 以测量从市政电源32到整流器28的AC输入电压、从整流器28到管线10的DC输出以及到管线 的DC电流。
[0083]当操作人员观看显示器58上的解决方案管理应用56时,操作人员可以接收到指示 已经检测到低DC电流阈值报警的报警。低DC电流阈值报警指示流向管线10的DC电流的值低 于阈值。为了解决这个报警情形,操作人员发出命令以从产生报警情况的整流器28获得所 有关键计量。基于此信息,操作人员可以确定AC电压输入是120伏特而DC输出电压和DC电流 输出是0。这种读数指示整流器正在从市政接收AC电力而不是整流器未正确地操作来向管 线供应所需的电流和电压。在这种情形下,技术人员可以告知维修团队替换或维修有故障 的整流器。
[0084]除了这个报警情形之外,本公开的系统允许市政执行整流器的各种不同的测试程 序。一个这种程序被称为PSP2:关闭测试程序。在此程序中,利用在图4示出的切换设备中断 从整流器流到管线的DC电流。如图9所示,DC电流的中断由转变84示出。在此中断之后,每个 测试点被给予特定的时间来收集在电流中断之后〇. 5秒发生的电压读数。在进行这些测量 之后,电力被恢复到管路段,这由图9中的转变86示出。在到管线的电流的这个中断期间,系 统确定每个测试点是否返回高于图9示出的850临界电压线88的读数。以此方式,系统能够 在从阳极到阴极的电流中断之后在每个测试点测试管线上的电压。
[0085] 为了执行上述程序,与整流器相关联的整流器控制器49和与每个测试点相关联的 相关联的测试点监控器48必须时间同步。根据本公开的一方面,与测试点或整流器相关联 的每个测试点监控器48和整流器控制器49接收同一个时间同步信号。该时间同步信号与来 自后端服务器或来自同一个GPS时钟的信号有关系。由于测试点的测试点监控器48和整流 器的整流器控制器49连接到同一个网络,可以协调整流器和测试点之间的时间同步。在现 有技术系统中没有这种协调。
[0086] 作为说明性示例,整流器28可以向图3示出的管线10提供电流以及由此的保护电 压。管线10可以包括按照某个距离,例如五英里,间隔开的大量测试点,例如二十个测试点。 为了执行图9示出的测试程序,整流器控制器49中断电流以及因此中断向管线的表面施加 保护电压。由于每个测试点监控器和整流器控制器彼此同步,每个测试点处的测试点监控 器可以被协调以收集在整流器处中断电流之后0.5秒发生的电压读数。这个电压测量值被 保存并且被中继回到后端服务器54以利用图3示出的管理应用软件56进行分析。
[0087] 图10示出了可以利用本公开的系统实现的另一种类型的测试程序的结果。根据市 政时间表,操作人员执行100毫伏极化测试。在此测试期间,到与正在测试的管路段相关联 的所有整流器的DC电流被中断。在中断之后,系统记录在测试程序中与管路段相关联的每 个测试点的每小时电压读数。为了确定测试结果,应用软件计算测试之前的上一次"接通" 电压测量值与测试程序期间发生的上一次"断开"电压之间的差值。如果针对某个测试点, 这个差值的绝对值大于或等于100毫伏,该测试点通过。否则,该测试点未通过。图10示出了 点90所示的瞬间关闭之后管线上的电压值减小。如图10所示,电压92下降到临界电压线88 以下并且当整流器被再次激活时再次超过临界线,如电压签名部分94所示。
[0088] 如可以在图9和图10示出的测试程序所理解的,系统应用软件能够基于测试点监 控器和整流器控制器之间的时间同步以及与同每个测试点44相关联的测试点监控器以及 同每个整流器28相关联的整流器控制器通信的能力来运行众多不同的测试程序。应用软件 与每个测试点监控器48和整流器控制器49之间的双向通信允许操作人员按照有规律的指 定的间隔或者按照用户定义的时间点测试整流器和测试点的功能。
[0089] 如参照图3所述,阴极保护应用42的一部分是在后端服务器54上操作的并且呈现 在显示器58上的解决方案管理应用56。将参照图11至图25示出并描述解决方案管理应用 56 〇
[0090]图11示意性地示出了解决方案管理应用的第一个功能,该功能是监控整个系统健 康的能力。如图11所示,观看显示器58的操作人员100能够在由参考标号102、122、130以及 139示出的四个单独的水平监控系统健康。在顶级水平102,仪表盘允许操作人员100观看整 个市政电网。在图12中更详细地示出市政电网显示屏。如图12所示,市政显示屏被分解为在 显示区域104中示出的四个单独的区划(波特兰、比佛顿、塞勒姆和克拉克马斯)。尽管示出 了四个单独的区划,应当理解的是取决于市政,区划数量可以大于或小于四个。
[0091] 在显示区域104中,应用软件为操作人员呈现四个区划列表、每个区划中的区域数 量以及每个区划中的在给定时间的当前警报数量。地图区域106通过边界线108视觉地示出 每个区划。在每个所示区划中,指示器110示出在该区域中发生的警报数量。
[0092] 在图12示出的显示器中,信息图112以图形方式显示每个单独的区划120内的电流 测试点114和外加电路测试点116的数量。以此方式,操作人员可以快速地观看每个区划的 分解、每个区划内的警报数量以及在地图上叠加的每个区划的位置。
[0093] 当用户选择一个区划时,该用户被指向图13示出的显示屏。区划水平显示屏122包 括视觉地示出分解为单独区域的区划的类似的地图区域106。在显示区域124中列出并示出 了这些区域以及显示区域中的警报数量的指示器125。在图13示出的示例中,波特兰都会区 包括八个区域。信息图126示出了每个区域的电流保护系统114和外加电流测试点116的数 量。图13示出的显示器122进一步示出每个区域内的测试点的分解。
[0094] 如果操作人员选择区域4,如图13的光标128所指示的,为用户呈现图14的区域显 示屏130中的另一个地图。区域显示器130包括在显示区域132中示出的单独区段。每个区域 区段包括在每个区段中提供各自的数量的整流器显示栏134和测试点显示栏136。警报栏 138快速地向操作人员指示每个区段内的警报数量。在说明性示例中被标记为岩溪的高亮 区段140指示该区段中正在发生警报。光标128可以用于高亮地图的这个区域并且当被选定 时将用户指引到图15示出的区段显示。
[0095] 在图15中,为操作人员呈现示出特定区域内的每个整流器的更详细的地图106以 及完整的列表140。在图15示出的实施例中,示出了五个整流器并且用字母a-e标记。对于整 流器a,为操作人员显示AC电压、DC电压和电流。整流器a具有六个测试点,所有这些测试点 在表格部分142中列出。在栏144中显示测试点处的上一次电压读数。
[0096] 如在图12-15示出的下拉菜单和显示器中可以理解的,操作人员可以通过选择更 详细的地图区域来确认哪一个测试点可能正在生成报警,并且基于这个选择,确认市政的 系统中的哪一个测试点正在生成报警情况。
[0097]如前所述,每一个测试点能够通过其自身的测试点监视器48与后端服务器进行双 向通信。后端服务器54累积此数据并且以视觉上可理解的方式将此数据呈现给操作人员从 而允许操作人员按需从中央位置访问数据。
[0098] 除了监控系统健康之外,图16示出操作人员100可以管理在显示器58上指示的警 报。该程序的第一步骤是操作人员验证是否已经生成警报,并且基于警报原因如步骤150所 示消除警报或者如步骤152所示生成工作命令。
[0099] 图17示出了指示市政网络上发生的所有警报的警报显示屏154。每个警报由文本 标识符156和视觉显示器158标识。视觉显示器158是色彩编码的并且指示警报是新的、旧的 以及需要后续跟进还是已经被消除。显示器154上的每一条线指示警报的位置、警报发生在 哪个管线段、哪种类型的设备正在生成警报以及设备所提供的保护类型。栏160示出在生成 警报的设备处读取的上一个值。动作按钮162为操作人员给出操作人员可以基于警报选择 的一系列功能。
[0100] 如果用户选择图17示出的第一个警报,用户被移动到图18示出的显示屏164。在此 显示屏中,应用软件为用户呈现报警166的类型以及报警发生的时间。触发报警的值168被 呈现给操作人员。总结线170允许操作人员快速地确定报警类型、设备所提供的保护类型以 及网络地址还有设备的安装日期。总结线170还指示测试点被测试的频率。在所示实施例 中,测试点被每二十四小时测试一次。动作按钮172允许用户发起所示的若干功能。
[0101] 图19示出了区域174示出的曲线图所示的测试点电压的与图18中通过图表示出的 相同的测试点。此图解说明允许操作人员快速地查看记录值在延长的时间段内的改变。
[0102] 返回参考图18,如果操作人员确定需要维修命令,操作人员可以快速地从图18示 出的显示屏作出维修命令。如果报警是基于已知的维修需要或其他程序生成的,操作人员 可以简单地使用图18示出的一个动作项消除报警。
[0103] 除了在应用软件的警报部分所讨论的功能之外,本公开的阴极保护软件应用还可 以用于通过发起整流器和阴极保护测试点的调查来排除故障。如图20所示,操作人员100可 以通过显示器58发起调查。当发起时,调查请求可以从基站52被中继到每个整流器28和测 试点44,其各自包括一个测试点监控器48或整流器控制器49。每个测试点监控器48和整流 器控制器49所记录的信息被返回到基站52并且由后端服务器总结并且在显示器58上呈现 给操作人员100。
[0104]图21示出了操作人员发起选择框180中所示出的PSP关闭程序的能力。一旦已经发 起调查,每个测试点执行调查功能并且将测量值返回后端服务器。后端服务器进而在图22 示出的列表182中呈现调查结果。以此方式,操作人员可以进行每个整流器的调查。在图22 示出的显示器182中,包括防门开报警184的整流器被显示给操作人员。
[0105] 图23示出了已经具有DC报警电压188的每个测试点的显示器186。根据最新的对结 果进行分类并且其被容易地呈现给操作人员,从而使得操作人员可以快速地并且决定性地 对警报做出行动。
[0106]图24示出了允许操作人员快速地确定已经在预定的时间范围内接收的警报数量 的分析显示器190。在所示实施例中,警报被示出为持续一个月。图形显示器192在每天的基 础上示出显示器,而饼图显示器194示出在这一个月内生成的警报类型。如分析显示器所指 示的,操作人员坐在终端处而无需单独地拉取每个测试点和整流器,就可以快速地评估所 生成的警报数量、所生成的警报类型并且形成各种报告。
[0107] 除了自动地轮询每个设备之外,经过培训的现场工作人员可以进行步骤208所示 出的现场调查。基于现场调查的结果,技术人员可以手动地将结果导入后端服务器进行显 示58。
[0108] 本书面描述使用示例来公开本发明,包括最佳方式,并且还使用示例来使得任何 本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的保护范围由权利要求书限定并且可以包 括本领域技术人员可以想到的其他示例。这种其他示例旨在落入权利要求书的范围,如果 它们具有与权利要求书的字面语言相同的结构元件或者如果它们包括与权利要求书的字 面语言没有实质性不同的等效结构元件。

Claims (22)

1. 一种监控管线的阴极保护的系统,包括:地理上分散在沿着所述管线的多个位置处 的多个测试点,所述测试点各自包括多个连接配置中的一个以将所述测试点连接到所述管 线的外表面;多个测试点监控器,各自与所述多个测试点中的一个测试点通信以至少从所 述测试点的所述连接配置在所述测试点的位置确定与所述管线相关联的电压测量值,其 中,所述测试点监控器各自包括可配置成与所述测试点的所述连接配置交互的控制单元以 及用于发射和接收无线通信信号的收发器;以及后端服务器,所述后端服务器被配置成至 少从所述多个测试点监控器接收所述电压测量值以及将命令发送到所述测试点监控器。
2. 如权利要求1所述的系统,其中,所述控制单元包括固件,所述固件可编程以从所述 测试点接收电压相关信号以及将所述电压相关信号转换为所述电压测量值。
3. 如权利要求2所述的系统,其中,所述固件选择性地基于所述测试点的特定的所述连 接配置可编程。
4. 如权利要求1所述的系统,其中,所述测试点监控器各自包括用于为所述收发器和所 述控制单元提供电力的电池。
5. 如权利要求1所述的系统,其中,所述多个测试点与可操作以在所述管线上施加保护 电压的整流器相关联。
6. 如权利要求5所述的系统,其中,整流器控制器与所述整流器通信,其中,所述整流器 控制器的控制单元至少控制并监控所述整流器到所述管线的连接。
7. -种监控管线的阴极保护的系统,包括:地理上分散在沿着所述管线的多个位置处 的多个测试点;与所述多个测试点相关联的整流器,其中,所述整流器可操作以在所述管线 上施加保护电压;多个测试点监控器,各自与所述多个测试点中的一个测试点通信以至少 在所述测试点的位置确定与所述管线相关联的电压测量值,其中,所述多个测试点监控器 各自包括控制单元以及用于发射和接收无线通信信号的收发器;整流器控制器,所述整流 器控制器与所述整流器通信以控制在所述管线上施加所述保护电压,其中,所述测试点监 控器和所述整流器控制器各自被指示接收时间同步信号从而使得所述测试点监控器和所 述整流器控制器彼此时间同步;至少一个基站,所述至少一个基站远离所述测试点监控器 和所述整流器控制器并且与所述多个测试点监控器和所述整流器控制器通信;以及与所述 基站通信的后端服务器,其中,所述后端服务器至少从所述多个测试点监控器接收所述电 压测量值以及将命令发送到所述多个测试点监控器和所述整流器控制器;其中,与所述基 站通信的所述后端服务器可操作以指示所述整流器控制器中断从所述整流器向所述管线 施加所述保护电压以及在预定的延时之后从所述测试点中的每一个测试点获得所述电压 测量值。
8. 如权利要求7所述的系统,进一步包括操作人员接口终端,所述操作人员接口终端与 所述后端服务器相关联以在所述预定的延时之后显示来自所述多个测试点监控器的所述 测量值。
9. 如权利要求7所述的系统,其中,当在所述预定的延时之后所述电压测量值下降到参 考值以下时,所述后端服务器生成警报。
10. 如权利要求8所述的系统,其中,所述后端服务器将来自所述测试点监控器的所述 测量值记录在数据库中,其中,所述操作人员能够使用所述操作人员接口终端从所述数据 库访问所记录的测量值。
11. 如权利要求7所述的系统,其中,与所述整流器相关联的所述整流器控制器操作以 至少测量市政输入电压、来自所述整流器的输出电压以及来自所述整流器的输出电流。
12. -种监控管线的阴极保护的系统,包括:地理上分散在沿着所述管线的多个位置处 的多个测试点;与所述多个测试点相关联的至少一个整流器,其中,所述整流器可操作以在 所述管线上施加保护电压;多个测试点监控器,各自与所述多个测试点中的一个测试点通 信以至少在所述测试点的位置确定与所述管线相关联的电压测量值,其中,所述测试点监 控器各自包括控制单元以及用于发射和接收无线通信信号的收发器;整流器控制器,所述 整流器控制器与所述整流器通信以控制在所述管线上施加所述保护电压;至少一个基站, 所述至少一个基站远离所述测试点监控器和所述整流器控制器并且与所述测试点监控器 和所述整流器控制器通信;与所述基站通信的后端服务器,其中,所述后端服务器至少从所 述多个测试点监控器接收所述电压测量值以及将命令发送到所述测试点监控器和所述整 流器控制器;以及操作人员接口终端,所述操作人员接口终端与所述后端服务器相关联以 显示来自所述多个测试点监控器的所述测量值。
13. 如权利要求12所述的系统,其中,所述操作人员接口终端包括软件应用,所述软件 应用可操作以显示来自所述测试点监控器的所述电压测量值。
14. 如权利要求12所述的系统,其中,所述多个测试点监控器各自可操作以在所述电压 测量值下降到正常的操作参数以外时生成警报。
15. 如权利要求13所述的系统,其中,所述软件应用显示从所述多个测试点监控器接收 的警报。
16. 如权利要求13所述的系统,其中,所述软件应用视觉地显示从所述测试点监控器接 收的所述警报。
17. 如权利要求13所述的系统,其中,所述软件应用为操作人员呈现针对从所述测试点 监控器接收的所述警报中的每一个警报的多个动作。
18. 如权利要求12所述的系统,其中,所述软件应用允许操作人员在所述多个测试点监 控器处发起测量。
19. 一种监控管线的阴极保护的方法,包括:将多个测试点沿着所述管线布置,所述测 试点各自具有多个物理配置中的一个物理配置;将整流器布置就位以在所述管线上施加保 护电压,其中,所述整流器与所述多个测试点相关联;将测试点监控器布置在所述测试点中 的每一个测试点处并且将整流器控制器布置在所述整流器处,所述测试点监控器和整流器 控制器各自包括收发器和控制单元;基于所述测试点的所述物理配置将所述测试点监控器 配置为与所述测试点通信;将所述多个测试点监控器各自与彼此以及所述整流器控制器进 行时间同步;生成命令至与所述整流器相关联的所述整流器控制器以中断向所述管线施加 所述保护电压,以及生成命令至与所述多个测试点相关联的所述测试点监控器,以在自所 述保护电压中断起的预定延时之后从所述管线获得电压测量值;将所述电压测量值无线地 发射到后端服务器;将所述电压测量值与报警阈值进行比较;以及当所述电压测量值触及 所述报警阈值时生成警报。
20. 如权利要求19所述的方法,其中,所述电压测量值和所述警报被基于所述测试点的 地理位置视觉地显示。
21. 如权利要求20所述的方法,其中,与所述整流器相关联的所述整流器控制器可操作 以测量市政电压、来自所述整流器的输出电压以及来自所述整流器的输出电流,其中,来自 所述整流器控制器的所述测量值被无线地发射到所述后端服务器。
22.如权利要求19所述的方法,进一步包括允许操作人员从连接到所述后端服务器的 显示器发起测量周期的步骤。
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