调整阴极保护参数的过程（几种阴极保护参数测试方法探讨）

在埋地钢质管道阴极保护系统运行维护及故障诊断过程中，需要对阴极保护系统的各种参数进行测试。例如，通过绝缘性能测试，可以排查因绝缘接头(法兰)故障引起的阴极保护电位不合格问题；通过测试管内阴极保护电流大小，可以了解阴极保护系统中电流在各管道间的分配情况及管道的受保护情况等。以上两项参数是需要经常测试的重要项目。

目前，国内对这些参数的测量，主要参照GB/T 21246-2007«埋地钢质管道阴极保护参数测试方法»执行。但是，在现场测试工作中经常出现由于测试条件不足等原因，即使按照国标方法操作也很难得到准确数据的情况，显示出GB/T 21246-2007中部分方法的局限性。今天就让我们一起就上述问题进行分析讨论吧！

绝缘接头(法兰)绝缘性能测试方法探讨

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测试方法介绍

GB/T 21246-2007共推荐了4种测量在役绝缘接头(法兰)绝缘性能的方法，分别为电位法、漏电电阻法、埋地管道防腐层检测仪(PCM)漏电率法和接地电阻测量仪法。

图1 电位法的基本原理及接线示意图

如图1所示，先测试通电前非保护侧的管地电位Va1，再测试通电后非保护侧和保护侧的管地电位Va2，Vb。若Va1和Va2基本相等，则认为绝缘接头(法兰)的绝缘性能良好；若|Va2|＞|Va1|且Va2接近Vb值，则认为绝缘接头(法兰)的绝缘性能可疑。若辅助阳极距绝缘接头(法兰)足够远，且判明与非保护侧相连的管道没同保护侧的管道接近或交叉，则可判定为绝缘接头(法兰)的绝缘性能很差(严重漏电或短路)；否则应用其他方法进一步测量。

图2 漏电电阻法的基本原理及接线示意图

如图2所示，测试绝缘接头(法兰)两侧电位差ΔV、输出电流I及管内阴极保护电流I1，利用如下公式可分别计算漏电电阻RH和漏电率η

若RH＜10MΩ，η＞15％，表明绝缘性能差，会明显影响阴极保护效果。

图3 PCM漏电率法的基本原理及接线示意图

如图3所示，测试绝缘接头(法兰)两侧的信号电流(I1和I2)，并按下式计算漏电率

若η＞15％，表明绝缘性能差，会明显影响阴极保护效果。

图4 接地电阻测量仪法的基本原理及接线示意图

如图4所示，测试绝缘接头(法兰)两侧的接地电阻(Ra和Rb)及回路总电阻(Rr)，并按下式计算

若R＜10MΩ，表明绝缘性能差，会明显影响阴极保护效果。

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测试结果

采用4种方法对靖边5条集输管道上的绝缘法兰进行现场测试。结果如表1~4所示。

表1 绝缘性能现场测量数据(电位法)

表2 绝缘性能现场测量数据(漏电电阻法)

表3 绝缘性能现场测量数据(PCM漏电率法)

表4 绝缘性能现场测量数据(接地电阻测量仪法)

结合现场其他测试数据发现，这5个绝缘法兰的绝缘性能均良好。由此可见，电位法最为准确，PCM漏电率法次之，另外两种方法均不准确。

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误差分析及改进措施

(1)电位法

误差分析：

经分析发现，该项目中未设置绝缘法兰测试桩，在测试时万用表压接到管道上，容易产生测量误差。这是该方法的主要误差来源。

改进方法：

对同一地区而言，管道的自然腐蚀电位比较接近。因此可以省去通电前非保护端管地电位的测量，只测量通电后绝缘接头(法兰)两侧的管地电位。部分检测工程的现场测试结果也证明该方法更加简便、实用。此外，也有资料提出采用通断电电位法来避免阳极床地电场、区域阴极保护及绝缘法兰两侧管道的干扰，测试更为准确。

(2)漏电电阻法

误差分析：

根据现场测试发现，I在1.5~3.6A，ΔV在0.3~0.93V。按照漏电电阻不低于10MΩ的要求，根据式(1)反推出(I-I1)的值在1×10-7~1×10-8A。现场阴极保护机柜电流表(测试I值)的精度仅为0.1A，因此阴极保护机柜电流表精度不足是该方法的主要误差来源。

改进方法：

通过提高阴保机柜电流表的测量精度可以减少误差。此外，也有资料提出采用电流环来测量管内电流，可以提高电流测量精度。

(3)PCM漏电率法

误差分析：

该项目中非保护端管道(站内管道)存在管道露空、分叉与接地极相连等情况，使用PCM测试管内电流难以准确测量，这是该方法的主要误差来源。

改进方法：

将PCM发射机接在距绝缘接头(法兰)有较长距离的站外管道测试桩上，分别测试接入点两侧管道上的信号电流，并以此计算漏电率。采用该方法可在一定程度上避免在站内测试造成的误差。

(4)接地电阻测量仪法

误差分析：

根据现场测试数据，(Ra＋Rb)在1.8~763Ω。按照绝缘电阻不低于10MΩ的要求，根据式(4)反推出Rr-(Ra＋Rb)的值在1×10-3~1×10-9Ω。ZC-8接地电阻测量仪的测试精度仅为0.01Ω，因此接地电阻测量仪精度不足是该方法的主要误差来源。

改进方法：

可以通过提高接地电阻测量仪的测量精度来降低该测试方法的误差。

管内电流测试方法探讨

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测试方法介绍

在GB/T 21246-2007中共推荐了两种管内电流测量方法，分别为电压降法和标定法。

如图5所示，测试a，b间的管长Lab及电压降Vab，在已知管径D、壁厚δ及管材电阻率ρ的情况下，用欧姆定律可计算管内电流I

图5 电压降法的基本原理及接线示意图

如图6所示，分别测试外接回路电流为0(断路)、I1和I2时c，d间的电压降V0，V1，V2，用欧姆定律计算管内电流I

图6 标定法的基本原理及接线示意图

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测试结果

该项目中的管道只设置了电位测试桩，而未设置电流测试桩，因此只采用电压降法对靖边4条集输管道进行现场测试研究。现场测试数据如表5所示。

表5 管内电流现场测量数据(电压降法)

经过与现场阴保机柜上的电流测试数据对比发现，两者较为接近。因此该方法测试结果较为准确。

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误差分析及改进措施

(1)电压降法

误差分析：

分析发现，因埋地管道存在起伏、转向等情况，在地面测量其长度难以达到精确。这是该方法的主要误差来源。

改进方法：

用PCM准确定位管道的走向，减少测量误差，也可以从竣工图资料中获得管道的准确长度，提高测量精度。

(2)标定法

误差分析：

研究显示，当被测管道直径较大(线电阻率变小)或管道防腐层较新(需要的阴保电流较小)时，在被测管道上的电位差就有可能小于50μV，从而超出该方法所用仪器的测量精度，导致测量误差。

改进方法：

可以通过提高仪器的测量精度来降低测量误差。此外，也有文献提出采用测试精度更高的电流环来测试管内电流。

结论

电位法和PCM漏电率法适用于在役绝缘接头(法兰)的绝缘性能测试，两者结合使用可以提高测量的准确性。因仪器测量精度不够，漏电电阻法和接地电阻测量仪法不适用于绝缘接头(法兰)的绝缘性能测试。电压降法和标定法适用于管内阴保电流的测量。

通过上述分析讨论可知，GB/T 21246-2007中推荐的测试方法存在一定的局限性。因此除了尽量完善测试桩等阴保测试辅助设施外，研究这些测试方法的改进措施或替代技术也是十分必要的。

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