CN107805816B - 一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，包括如下内容：一、收集前期普测阶段的测试数据；二、管道上的典型位置的选取；三、典型位置的针对性测试；四、确定站控点位置；五、确定自动变频阴极保护电源设备。本发明将抑制地铁直流干扰和强制电流阴极保护融为一体，自动变频阴极保护电源设备具备电流可调可控的能力，干扰抑制效果明显；将作用范围内的埋地钢质管道的腐蚀速率控制在小于0.01mm/年；地铁直流干扰的抑制通过站场/阀室内的阴极保护站来实现，相对于在管道沿线进行排流整改具有投资小、减少征地、施工方便的优点；地铁直流干扰防护措施实施后的维护管理工程量少。

Description

一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法

技术领域

本发明涉及一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法。

背景技术

为缓解日趋严重的城市交通压力，地铁轨道交通得到了迅速发展。城市地铁一般选用直流电力牵引的供电方式，采用接触网或第三轨为正极，走行轨即钢轨兼作负回流线。牵引变电站将交流电转换为直流电，经接触网向电力机车输送，电流由铁轨及相关导线返回变电站。钢轨铺设于道床之上，通过绝缘垫层与大地电气隔离。但随着线路运营时间增长，受油渍污染、渗水潮湿、轮轨磨损散落的铁粉等因素影响，轨地绝缘性能降低，导致钢轨向周围土壤介质泄漏一定的电流，称为地铁杂散电流。

埋地金属管道具有良好的导电性能，一旦地铁杂散电流通过破损的防腐层进入管道，该电流会传导很远。杂散电流在金属管道上的流入、流出，造成其阴极保护电位发生波动，尤其在电流流出点发生铁的阳极溶解反应，构成严重的电解腐蚀。由于工作中的地铁牵引机车是一个移动的杂散电流源，因而产生的是动态杂散电流，管道上特定位置的杂散电流流入、流出特性不确定。牵引机车的数量和周围环境的变化会使得问题更加复杂，这给影响规律的分析和缓解措施的设计提出了更高的要求。

随着中国城市化进程和城市轨道交通的快速发展，所面临的受干扰影响管道越来越多的问题日益严重，阴极保护本身是一种管道直流干扰防护措施。但目前而言，现有的防护技术存在以下弊端：

1、地铁杂散电流干扰，导致管地电位正负交变频繁、波动快、幅度变化大的这种动态干扰特征，使得能集中提供阴极保护电流的阴极保护站却无法正常运行。

2、常规恒电位仪设备在地铁直流干扰下难以正常工作。常规恒电位仪设备受响应时间和控制电位范围的限制，一旦管道出现超过500mV的外部干扰，通常会系统报警，继而自动转“恒电流运行”模式或关机。

3、需沿线设置众多的牺牲阳极或排流点，施工安装要二次进场，征地范围广、费用高，提供的电流和抑制能力有限，且不可调节与控制。

解决目前面临问题的关键技术在于：既要发挥防护点集中设置，便于外部电源给管道提供足够保护电流，减少征地，方便维护的优点，又需能在地铁杂散电流干扰环境下，实时实现与干扰程度相匹配的抑制能力的自动调控。为此，需研发一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控技术。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，包括如下内容：

一、收集前期普测阶段的测试数据；

二、管道上的典型位置的选取；

三、典型位置的针对性测试；

四、确定站控点位置；

五、确定自动变频阴极保护电源设备。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1、通过更专业、更具针对性的干扰源信息收集与分析，合理选取站控点位置，使用新型自动变频阴极保护电源设备，将抑制地铁直流干扰和强制电流阴极保护融为一体，解决了以往干扰下阴极保护站不能正常投运问题。

2、针对不同的地铁直流干扰程度，自动变频阴极保护电源设备具备电流可调可控的能力，干扰抑制效果明显。

3、将作用范围内的埋地钢质管道的腐蚀速率控制在小于0.01mm/年。

4、地铁直流干扰的抑制通过站场/阀室内的阴极保护站来实现，相对于在管道沿线进行排流整改具有投资小、减少征地、施工方便的优点。

5、地铁直流干扰防护措施实施后的维护管理工程量少。

具体实施方式

一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，包括如下内容：

根据地铁直流干扰对管道影响的特点，所开发的自动变频阴极保护站控技术应具备以下主要技术性能或关键点：

1、干扰源信息收集与分析

1.1收集整理前期普测(预备性测试)阶段的测试数据。针对地铁直流牵引系统的调查测试，应按照现行国家标准《埋地钢质管道直流干扰防护技术标准》GB 50991的第4.2.2条及4.3.2条规定执行，并重点关注如下资料：

1)收集整理前期普测(预备性测试)阶段获取的土壤电阻率及管/地电位测试数据、管道与地铁直流牵引系统的相对位置关系。管/地电位应包括通电电位和断电电位两组数据，断电电位须采用极化探头或者参比管法测量，通电电位应采用24h连续监测。

2)收集并记录地铁运行时刻表、平均运行速度、发车间隔、车站分布图。

1.2管道上的典型位置的选取。

1)根据前期普测阶段获取的测试数据对管线干扰状况进行评价，关注如下数据点对应的测试桩位置：

——干扰期间管/地电位测试获取的断电电位数据显示管道一直处于欠保护(相对于CSE，正于-0.85V)的点。

——24h连续进行的管/地电位测试获取的通电电位数据显示管道长期处于正电位(相对于CSE，正于0V)的点。

——干扰期间管/地电位测试获取的通电电位数据显示波动幅度大于500mV的点。

2)优先选用管道与牵引变电站最近处、管道与地铁轨道交叉处为典型位置。

3)拟选用的典型位置应具备管道测试桩，并方便到达、地势平坦。

4)综合上述两条原则，针对地铁直流干扰通常在管道上选取3～5处典型位置进行针对性测试。

1.3典型位置的针对性测试。

1)根据前期普测阶段获取的测试数据，找出地铁运行影响大的时间段，作为针对性测试的测试时间段。

2)不同典型位置的测试应当同步进行。

3)管/地电位连续监测应使用示波器或高速采集记录仪(数据采集频率100个/s)。

4)首次测试时，管/地电位连续监测时间段应根据地铁运行时刻表中单次循环对应的时间进行选取，通常为30min～60min，数据采样频率不低于1个/s。测试完成后，各典型位置均应绘制管/地电位-时间曲线。

5)根据首次测试数据绘制管/地电位-时间曲线，选取正电位波峰对应的时间段，结合地铁运行时刻表，确定再次测试的时间。

6)再次测试的时间长度应根据首次数据绘制的管/地电位-时间曲线中正电位波峰时间段确定，通常为3min～5min，数据采样频率不低于100个/s。测试完成后，各典型位置均应绘制管/地电位-时间曲线。

7)根据高频次采集绘制的管/地电位-时间曲线，确定电位波动幅度超过300mV时的间隔周期。

1.4根据管道上各典型位置获取的管/地电位数据，评估地铁直流干扰的影响程度。对于已投运阴极保护的管道，可考虑如下分级：

Ⅰ级——干扰导致管道通电电位正于0mV～500mV；

Ⅱ级——干扰导致管道通电电位正向偏移500mV～2000mV；

Ⅲ级——干扰导致管道通电电位正向偏移＞2000mV。

2、选取合理的站控点位置

2.1站控点即为自动变频阴极保护站的安装位置。实施过程中，需预先设置一定数量的站控点，原则如下：

1)评估为“Ⅲ级”的典型位置，需设置1处站控点。

2)评估为“Ⅱ级”的典型位置，且土壤电阻率≤50Ω.m时，宜预设1处站控点。评估为“Ⅰ级”的典型位置或“Ⅱ级”的高土壤电阻率区域，可不预设站控点。

3)为保证站控缓解的有效范围，站控点的间距不宜大于20km。

4)站控点的设置还应考虑如下技术因素：

——稳定可靠的外电接入；

——可供使用的阳极地床安装位置；

——方便的机柜安装场地，宜依托在线路阀室、站场内。

2.2管道直流干扰防护宜与线路管道阴极保护系统相结合，即将抑制干扰和强制电流阴极保护融为一体，抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站同时具备线路管道阴极保护站的功能。考虑线路管道阴极保护站的布设间距时，可根据管道阴极保护半径，在已有的为抑制地铁直流干扰而预设的自动变频阴极保护站基础上，增设常规的线路管道阴极保护站。

2.3由于抑制管道直流干扰所需的电流输出量大于常规线路管道阴极保护需求量，自动变频阴极保护站对应的辅助阳极地床就需要更低的接地电阻(不大于3Ω)。

2.4选取自动变频阴极保护站位置时，需要进行土壤电阻率测试，踏勘拟建站址处的地形地貌，充分考虑区域规划、征地、土质和地形条件等阳极地床建设的外部条件。

2.5由于阴极保护系统是通过通电点向管道施加负向电压，可用于抑制管道受到外部干扰而发生的正向电位偏移，故应将自动变频阴极保护站的位置选取在外部杂散电流的流出区域。

3、自动变频阴极保护电源设备

(1)具备常规阴极保护电源设备的功能，即能根据从管道采集的对地电位自动调整输出电流量的大小，使管道阴极保护电位处于现行国家标准《埋地钢质管道阴极保护技术规范》GB/T 21448所要求的范围内。

(2)具备适当的输出功率，额定输出电压范围为0V～50V，额定输出电流为0A～30A。

(3)能根据地铁直流杂散电流干扰的波动频率快速响应，自动调节输出电流量大小，响应时间小于100ms。

(4)偏差值大，即自动变频阴极保护电源设备能够承受外部干扰所产生的最大电位变化是+5000mV，这通常大于地铁杂散电流干扰下管地电位曲线的幅值。在偏差值范围内可连续调节，当参比保护电位值超出“控制电位+偏差”控制范围，系统自动报警。

Claims (7)

1.一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，其特征在于：包括如下内容：

一、收集前期普测阶段的测试数据；

二、管道上的典型位置的选取；

三、典型位置的针对性测试：

1）根据前期普测阶段获取的测试数据，找出地铁运行影响大的时间段，作为针对性测试的测试时间段；

2）不同典型位置的测试同步进行；

3）使用示波器或高速采集记录仪对管/地电位进行连续监测；

4）首次测试时，管/地电位连续监测时间段需根据地铁运行时刻表中单次循环对应的时间进行选取，测试完成后，各典型位置均需绘制管/地电位-时间曲线；

5）根据首次测试数据绘制管/地电位-时间曲线，选取正电位波峰对应的时间段，结合地铁运行时刻表，确定再次测试的时间；

6）再次测试的时间长度需根据首次数据绘制的管/地电位-时间曲线中正电位波峰时间段确定，测试完成后，各典型位置均需绘制管/地电位-时间曲线；

7）根据高频次采集绘制的管/地电位-时间曲线，确定电位波动幅度超过300mV时的间隔周期；

四、确定站控点位置；

五、确定自动变频阴极保护电源设备。

2.根据权利要求1所述的一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，其特征在于：所述前期普测阶段的测试数据包括土壤电阻率及管/地电位测试数据、管道与地铁直流牵引系统的相对位置关系、地铁运行时刻表、平均运行速度、发车间隔、车站分布图。

3.根据权利要求2所述的一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，其特征在于：所述管/地电位包括通电电位和断电电位两组数据，断电电位采用极化探头或者参比管法测量，通电电位采用24h连续监测。

4.根据权利要求1所述的一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，其特征在于：选取管道上的典型位置时，根据前期普测阶段获取的测试数据对管线干扰状况，在如下数据点对应的测试桩位置中优先选用管道与牵引变电站最近处、管道与地铁轨道交叉处为典型位置：

（1）干扰期间管/地电位测试获取的断电电位数据显示管道一直处于欠保护的点；

（2）24h连续进行的管/地电位测试获取的通电电位数据显示管道长期处于正电位的点；

（3）干扰期间管/地电位测试获取的通电电位数据显示波动幅度大于500mV的点。

5.根据权利要求1所述的一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，其特征在于：确定站控点位置时，根据管道上各典型位置获取的管/地电位数据，对于已投运阴极保护的管道进行地铁直流干扰的影响程度分级，其中：

Ⅰ级——干扰导致管道通电电位正向偏移＜500 mV；

Ⅱ级——干扰导致管道通电电位正向偏移500 mV～2000mV；

Ⅲ级——干扰导致管道通电电位正向偏移＞2000mV；

对于Ⅲ级的典型位置，需设置1处站控点，对于Ⅱ级的典型位置，且土壤电阻率≤50Ω.m时，需预设1处站控点。

6.根据权利要求5所述的一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，其特征在于：所述站控点的间距小于等于20km；且站控点需具备稳定可靠的外电接入、可供使用的阳极地床安装位置、机柜安装在线路阀室中或站场内。

7.根据权利要求1所述的一种用于抑制地铁直流干扰的自动变频阴极保护站控方法，其特征在于：所述自动变频阴极保护电源设备的额定输出电压范围为0V～50V，额定输出电流为0A～30A；能根据地铁直流杂散电流干扰的波动频率的响应时间小于100ms；能够承受外部干扰所产生的最大电位变化是+5000mV。