CN211263679U - 一种管道绝缘接头自动监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管道绝缘接头自动监测装置。该监测装置应用于管道绝缘接头的绝缘性能监测，适用于各种不同材质、口径、埋地、非埋地的管道绝缘接头。本装置包括电源模块、信号发射模块、信号检测模块、信号采集与处理模块、通信模块、定位模块，能实现管道绝缘接头性能监测、状态报警与数据远传功能。本实用新型精度高、可靠性好、使用简便，可缩减人力成本，能大规模应用于管道绝缘接头绝缘性能监测，具有良好的应用价值。

Description

一种管道绝缘接头自动监测装置

技术领域

本实用新型涉及管道检测领域，特别涉及一种管道绝缘接头自动监测装置。

背景技术

在油气管道中，阴极保护系统是重要组成部分，利用电化学原理用于管道保护以减缓、避免管道腐蚀。处于阴极保护系统下的管道包括保护侧和非保护侧，而绝缘接头就是其中起电气隔离作用的重要部件，用于阻断保护电流由保护侧流入非保护侧而造成非保护侧管道带电。非保护侧带电会对非保护侧的人员和设备造成伤害，同时非保护侧分流了保护侧的阴保电流，会造成保护侧无法被阴保电流完全保护。

根据油气易燃易爆、不易陆路运输的特点，石油天然气的运输主要采用管道运输，而实际中油气管道大多铺设在野外，且所需运行寿命较长，故都有一定的防腐措施。目前油气管道都有相应的防腐涂层及阴极保护系统，管道的防腐性能有较大提升，但是由于生产工艺、运输安装等过程防腐涂层不可避免的会出现破损，同时，地形、气候等因素的变化也会对管道造成不利影响。在这种情况下，绝缘接头的存在就显得尤为重要，它可以阻断管道保护侧与非保护侧之间的阴保电流，避免阴保电流泄漏至非保护侧。同时，在较远的两地之间会因土质不同等原因在管道中形杂散电流，造成电化学腐蚀。绝缘接头可以将管道分割为一段段等电势体，从而避免此类事件的发生。但是由于绝缘接头的材料、结构、工作环境以及施工中的一些因素，绝缘接头可能会出现破损、老化等情况，导致绝缘性能失效，无法完成自己的功能，此时就需要及时对绝缘接头进行更换。

现阶段，市面上采用的检测设备主要包括：地下绝缘接头测试仪、绝缘接头测试桩等，大多数设备采用便携式检测，所需人工投入较大，且易受管道周围环境干扰，导致检测精度较低，可能造成误判。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种能实时掌握绝缘接头绝缘性能的监测装置，该装置适用于管道绝缘接头的绝缘状态监测，监测装置包括电源模块、信号发射模块、信号检测模块、信号采集与处理模块、通信模块、定位模块。

所述绝缘接头包括埋地式和非埋地式，用于管道保护端与非保护端、保护端与保护端、非保护端与非保护端之间电气隔离。

所述电源模块为充电电池，平常可以采用太阳能充电，需要时可以更换电池。

所述信号发射模块用于发射指定频率的交流信号，在管道内产生特定的电流信号。

所述信号检测模块用于检测绝缘接头以及绝缘接头两侧管道内部的电流信号，经过采样电阻转化为电压信号，并将电压信号传输至信号采集与处理模块，该模块在使用之前需要进行电流信号校准，排除管道内的其他保护电流和杂散电流。

所述信号采集与处理模块用于实现电压信号采集，AD转换，数据处理，数据存储，异常状态报警，数据处理模块将根据采集到的信息判断绝缘接头的状态，并结合管道内电流信号给出报警级别，若状态正常，报警级别为0。

所述通信模块用于将信息以一定通信方式发送至云平台和手持终端。

所述定位模块用于精确定位设备安装位置，快速进行故障定位。

进一步的，所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述信号发射模块为一个交流电流源，用于向管道发射指定频率的交流信号。

进一步的，所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述信号检测模块为三个霍尔电流传感器和一个电压信号采集装置；

所述霍尔电流传感器呈环形，一个箍于绝缘接头，另外两个分别箍于绝缘接头两侧的管道上；所述电压信号采集装置为嵌入式微控制器的AD模块。

进一步的，所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述信号采集与处理模块包括控制单元、数据采集单元、电源管理单元、通信单元、信号处理单元；

所述控制单元与数据采集单元采用嵌入式微控制器或PLC实现；

所述通信模块包括RS485接口、GPRS接口、NB－IOT接口、蓝牙接口；

所述信号处理单元用于所采集信号的滤波、增益放大。

进一步的，所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述通信模块包括有线通信与无线通信方式，有线通信方式采用RS232/RS485协议，无线通信方式兼容GPRS、蓝牙、NB－ IOT，用于将所采集数据、装置状态信息传送至手持终端、监测站、云平台；

进一步的，所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述定位模块采用GPS/北斗卫星定位模块。

进一步的，所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述装置可以用于非埋地式管道绝缘接头绝缘监测和埋地式绝缘接头绝缘监测。

进一步，所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述电流信号与电压信号用于管道绝缘接头绝缘性能判定、管道绝缘接头两侧管道阴保状态评估。

所述阴保状态评估，为对管道上施加的阴极保护状态的评估。

综上所述，本实用新型的有益效果是：

本实用新型不但可以应用于非埋地式管道绝缘接头，也可以应用于埋地式管道绝缘接头，可以对管道绝缘接头的绝缘性能进行一个长效的监测，不需要人员检测，可将监测信息实时传回后台，可以直接计算得到绝缘接头的绝缘性能而非推断其性能，可以对绝缘接头周围的绝缘破损做到故障定位，可以对设备进行定位。

本实用新型的精度更高、可靠性高、可检测项目更全，可节省人力成本，有很好的应用价值。

附图说明

图1为本实用新型的监测流程图

图2为本实用新型的结构示意图

图中标记：1-绝缘接头，2-电压检测装置，3-信号发射模块，4-霍尔电流传感器，5-管道。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

所述监测装置包括电源模块、信号发射模块、信号检测模块、信号采集与处理模块、通信模块、定位模块。

所述绝缘接头包括埋地式和非埋地式，用于管道保护端与非保护端、保护端与保护端、非保护端与非保护端之间电气隔离。

所述电源模块为充电电池，平常可以采用太阳能充电，需要时可以更换电池。

所述信号发射模块用于发射指定频率的交流信号，在管道内产生特定的电流信号，高频信号容易受到噪声干扰，而低频信号不但传输距离长且噪声少，应尽量选择低频信号，一般选取 50Hz以下信号。

所述信号检测模块用于检测绝缘接头以及绝缘接头两侧管道内部的电流信号，经过采样电阻转化为电压信号，并将电压信号传输至信号采集与处理模块，该模块在使用之前需要进行电流信号校准，排除管道内的其他保护电流和杂散电流。

所述信号采集与处理模块用于实现电压信号采集，AD转换，数据处理，数据存储，异常状态报警，数据处理模块将根据采集到的信息判断绝缘接头的状态，当绝缘接头上所流过的电流大于发射端管道上电流的20％时触发报警系统，若绝缘接头绝缘电阻值小于预定值时，同样触发报警系统，装置将结合管道内电流信号给出报警级别，若状态正常，报警级别为0。

所述通信模块用于将信息以一定通信方式发送至云平台和手持终端。

所述定位模块用于精确定位设备安装位置，快速进行故障定位。

所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述信号发射模块为一个交流电流源，用于向管道发射指定频率的交流信号。

所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述信号检测模块为三个霍尔电流传感器和一个电压信号采集装置；

所述霍尔电流传感器呈环形，一个箍于绝缘接头，另外两个分别箍于绝缘接头两侧的管道上；

所述电压信号采集装置为嵌入式微控制器的AD模块。

所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述信号采集与处理模块包括控制单元、数据采集单元、电源管理单元、通信单元、信号处理单元；

所述控制单元与数据采集单元采用嵌入式微控制器或PLC实现；

所述通信模块包括RS485接口、GPRS接口、NB－IOT接口、蓝牙接口；

所述信号处理单元用于所采集信号的滤波、增益放大。

所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述通信模块包括有线通信与无线通信方式，有线通信方式采用RS232/RS485协议，无线通信方式兼容GPRS、蓝牙、NB－IOT，用于将所采集数据、装置状态信息传送至手持终端、监测站、云平台；

所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述定位模块采用GPS/北斗卫星定位模块。所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述装置可以用于非埋地式管道绝缘接头绝缘监测和埋地式绝缘接头绝缘监测。

所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述电流信号与电压信号用于管道绝缘接头绝缘性能判定、管道绝缘接头两侧管道阴保状态评估。

所述阴保状态评估，为对管道上施加的阴极保护状态的评估。

上述管道绝缘接头自动监测装置的绝缘接头绝缘性能测试方法如下：

第一步：按照附图2所绘位置安装设备；

第二步：信号发射模块向管道发射指定信号；

第三步：信号采集与处理模块读取信号检测模块接收信号，通过实时数据计算绝缘接头的绝缘电阻和漏电率；

绝缘电阻计算公式：

漏电率计算公式：

其中，R为绝缘电阻，单位为欧姆；U₁为绝缘接头其中一侧的电势，单位为伏特；U₂为绝缘接头另一侧电视，单位为伏特；I为通过绝缘接头的总电流，单位为安培；η为漏电率；I_y为信号发射装置与绝缘接头之间一侧管道的电流值，单位为安培；I_n为绝缘接头另一侧管道位置的电流值，单位为安培。

第四步：结合绝缘接头的绝缘电阻、漏电率、绝缘接头两侧管道上电流大小分析绝缘接头的绝缘状态，判断绝缘接头的状态和报警级别；根据相应的状态向后台发送绝缘接头状态信号和报警状态信号；

第五步：将采集到的数据、绝缘接头状态信号、报警级别状态信号发送到后台；

第六步：在云平台上对数据、绝缘接头状态信号、报警级别状态信号进行存储、分析，绘制成图表，分析数据，结合绝缘接头状态信号、报警级别状态信号发出报警信息。

第七步：对所有绝缘接头长期的数据进行数据分析。

Claims (8)

1.一种管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，该监测装置应用于管道绝缘接头，所述监测装置包括电源模块、信号发射模块、信号检测模块、信号采集与处理模块、通信模块、定位模块；

所述绝缘接头包括埋地式和非埋地式，用于管道保护端与非保护端、保护端与保护端、非保护端与非保护端之间电气隔离；

所述电源模块为充电电池；

所述信号发射模块用于发射指定频率的交流信号，在管道内产生电流信号；

所述信号检测模块用于检测绝缘接头以及绝缘接头两侧管道内部的电流信号，经过采样电阻转化为电压信号，并将电压信号传输至信号采集与处理模块；

所述信号采集与处理模块用于实现AD转换，数据处理，数据存储，异常状态报警；

所述通信模块用于将信息以一定通信方式发送至云平台和手持终端；

所述定位模块用于精确定位设备安装位置，快速进行故障定位。

2.如权利要求1所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述信号发射模块为一个交流电流源，用于向管道发射指定频率的交流信号。

3.如权利要求1所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述信号检测模块为三个霍尔电流传感器和一个电压信号采集装置；

所述霍尔电流传感器呈环形，一个箍于绝缘接头，另外两个分别箍于绝缘接头两侧的管道上；

所述电压信号采集装置为嵌入式微控制器的AD模块。

4.如权利要求1所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述信号采集与处理模块包括控制单元、数据采集单元、电源管理单元、通信单元、信号处理单元；

所述控制单元与数据采集单元采用嵌入式微控制器或PLC实现；

所述通信模块包括RS485接口、GPRS接口、NB－IOT接口、蓝牙接口；

所述信号处理单元用于所采集信号的滤波、增益放大。

5.如权利要求1所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述通信模块包括有线通信与无线通信方式，有线通信方式采用RS232/RS485协议，无线通信方式兼容GPRS、蓝牙、NB－IOT，用于将所采集数据、装置状态信息传送至手持终端、监测站、云平台。

6.如权利要求1所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述定位模块采用GPS/北斗卫星定位模块。

7.如权利要求1所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述装置可以用于非埋地式管道绝缘接头绝缘监测和埋地式管道绝缘接头绝缘监测。

8.如权利要求3所述管道绝缘接头自动监测装置，其特征在于，所述电流信号与电压信号用于管道绝缘接头绝缘性能判定、绝缘接头两侧管道阴保状态评估；

所述阴保状态评估，为对管道上施加的阴极保护状态的评估。

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