陰極保護系統(tǒng)故障無從下手？快來看看國外專家怎么說！

來源： Mishumarin/Dreamstime.com

導讀：

為了確保對地下或水下金屬結構的腐蝕控制，周期浸潤腐蝕函數(shù)的測定和故障診斷等，采用陰極保護系統(tǒng)是必須的。

陰極保護

陰極保護是一種用于腐蝕控制的技術，它可以有效減輕地下或水下金屬結構的腐蝕。陰極保護系統(tǒng)存在外加電流和犧牲陽極這兩種類型，通常根據(jù)需要被保護結構的屬性和需求來確定哪一種保護方式。

為了確保對地下或水下金屬結構的腐蝕控制，進行充分的陰極保護是必需的。所以，定期采用陰極保護系統(tǒng)進行功能測試和故障排除，是確保操作系統(tǒng)正確運轉的必要措施。此處，我們將討論陰極保護系統(tǒng)用于功能測試和故障排除。

功能測試與故障診斷

對于任何一個系統(tǒng)來說想要確保其處于正確的操作中，功能測試都是一種必要的測試。在該測試中對系統(tǒng)的主要功能及其組件進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)存在任何問題，都需要對系統(tǒng)進行故障排除。而任何系統(tǒng)中的任一組件都可能會出現(xiàn)故障，故障排除存在于所有組件的維護和系統(tǒng)運行過程中。

陰極保護系統(tǒng)的功能測試

陰極保護系統(tǒng)的功能是將被保護結構——陰極——也就是鋼結構，極化到一定的負電位。施加陰極保護時，為了確保為碳鋼結構提供充分的陰極保護，碳鋼結構的電位負移至少達到-850 mV或更負（相對Cu/CuSO4電極作參比電極）。陰極保護條件取決于金屬類型和不同土壤電阻率。

測量保護結構的電位所需的工具為：

● 一個直流內阻電壓表

●  Cu/CuSO4參比電極

●  導線

測量被保護結構的電位可以按如下操作：

1. 使參考電極與保護結構盡可能的接近，以使土壤中的電阻壓降最小化。

2. 用導線將參比電極與直流電壓表的負極連接在一起。

3. 用導線將保護結構與直流電壓表的正極連接在一起。

4. 通過一個電流斷續(xù)器使陰極保護系統(tǒng)瞬間斷開，測量被保護結構的電位。

如果測量的電位比-850 mv更正，那么這是一個存在故障的陰極保護系統(tǒng)。因此，故障排除對于陰極保護系統(tǒng)來說是必要的。

陰極保護系統(tǒng)的故障排除

排除一個陰極保護系統(tǒng)的故障，需要對該系統(tǒng)的每個組件進行排查，包括：

● 外加電流陰極保護用的電源

●  直流電纜

●  地床

●  保護結構

變壓整流器的故障診斷

雖然常用的電源有很多種類型，如熱電發(fā)電機、太陽能發(fā)電機、風力發(fā)電機、發(fā)動機驅動的發(fā)電機、電池或燃料電池等，但是變壓整流器依然是用于陰極保護系統(tǒng)的最常見電源。

變壓整流器的主要部件有：

● 整流器或面板

●  交流電路——交流終端、交流斷路器、交流融合和交流過載保護

●  電源變壓器

●  整流電路——全波橋、直流融合、直流過載保護和直流輸出終端

●  直流電流表和電壓表并聯(lián)

通常情況下，變壓整流器的故障源可能在交流電路、直流電路或整流電路。為了確定變壓整流器的故障源，應采用一個便攜式的萬用表來測量直流輸出。

在故障狀態(tài)下，變壓整流器輸出的直流可能是下列情況之一：

1. 正常的電壓，但電流為0：

在這種情況下，故障應該存在于整流器外部的直流電路，可能是直流電纜、正極或負極、或陽極（陽極本身或其對接工具）。

2.   電壓 0 - 2，電流為0：

在這種情況下，故障存在于交流電源或整流電路。

3. 正常電壓0.5，正常電流0.5：

在這種情況下，故障存在于交流電源或二極管本身。

請注意，在使用單相電源的情況下，正常電壓被認為是二次側電壓的15%。

直流電纜的故障排除

直流電纜用于連接變壓整流器直流輸出終端和陽極、正極電纜，以及保護結構和負極電纜。直流電纜的故障源是非持續(xù)性的，這可能是由于其埋藏在土壤中的機械應力導致的。如前所述，要檢查直流電纜可以通過交流電壓表測量電阻，看變壓整流器的輸出電壓是否為正常值以及輸出電流是否為0。

如果正極電纜是故障源，它的電阻會呈現(xiàn)非常高；而負極電纜的電阻則等于測試引線電阻和負極電纜電阻之和。

如果負極電纜是故障源，它的電阻會呈現(xiàn)非常高；而正極電纜的電阻則等于測試引線電阻和正極電纜電阻之和。

地床的故障排除

由一個或多個陽極組成的地床，通過是通過陽極接線盒或者接頭裝備連接到主正極電纜上。地床的故障源頭可能出在陽極尾處、陽極連接處或陽極本身。

通常情況下，陽極電阻會隨著時間的推移而增加；其原因是發(fā)生了腐蝕或陽極與土壤發(fā)生了相互作用，這是由于高硅鑄鐵陽極與土壤中富含的氯會發(fā)生反應使其表面形成一層氣態(tài)層。陽極電阻的增加也可能是由于土壤的干燥，因為土壤干燥會導致碳質回填覆蓋在周圍的陽極上。

當變壓整流器輸出電壓是正常的、同時正負直流電纜的狀態(tài)都是完好的，但沒有電流的時候，我們需要去檢查地床。在故障狀態(tài)下，地床的電阻會表現(xiàn)出非常高的值。此時我們需要測量地床電阻，然后將其測量值與其最初的設計值和以往的記錄值進行對比。

被保護結構的故障排除

當變壓器的輸出電壓和電流是正常的，但陰極保護條件未能達到保護結構物的目的的時候，那么故障的源頭可能是鐵路和交叉口的涂料退化、直流雜散電流、屏蔽、短路，或者電氣隔離短路。（進一步了解相關信息可以閱讀“雜散電流腐蝕和預防措施Stray Current Corrosion and Preventive Measures” ）。

為了評估涂層條件或涂層效率，需要進行沿管線的實地調查。這可能包括Pearson調查或直流電壓梯度調查。如果有必要的話，可能需要對涂層進行維修。

陰極保護屏蔽可能是由于沿管道路線附著了混凝土塊的原因。由于這些土塊的存在，陰極保護電流不能有效地到達被保護結構的表面；因此，等于沒有有效的陰極保護條件。在這種情況下，如果還可以繼續(xù)使用，那么清除這些土塊是必須的；但如果不能的話，可以通過電鍍陽極來確保一個適當?shù)年帢O保護系統(tǒng)。

對于任何一個下套管的管道，都應該測量其下套管前后的陰極保護電流，以確定在主要管道和套管之間是否存在短路。

隔離包也需要檢測其是否短路、需要修理或更換。檢查沿管道路線的直流干擾可以確定任何雜散電流問題。

按照一定的程序和時間表對陰極保護系統(tǒng)進行定期檢查，同時所有檢驗數(shù)據(jù)都要做好完整的記錄以便用于故障診斷。