СТАНЦИЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ-СКЗ "ТВЕРЦА"

Полезная модель относится к устройствам катодной защиты, конкретно к станциям катодной защиты (СКЗ) магистральных газовых и нефтяных трубопроводов от коррозии, вызванной блуждающими в Земле токами.
Известна станция катодной защиты (RU 2204168, Кл. G 05 B 19/00, 2003), содержащая регулируемый источник катодного тока и датчики электрических параметров цепи катодной защиты, соединенные через контроллер с устройством дистанционного доступа к параметрам станции. При этом устройство дистанционного доступа к параметрам станции выполнено в виде передатчика инфранизких частот и канала связи, в качестве которого использован защищаемый станцией от коррозии магистральный трубопровод.
Недостатком известной станции являются недостаточные функциональные возможности, а именно возможность только дистанционного контроля работоспособности СКЗ и невозможность дистанционного управления ее параметрами, обусловленная выбранным диапазоном волн связи.
В основу полезной модели поставлена задача создания станции катодной защиты, конструкция которой позволяет расширить ее функциональные возможности.
Решение поставленной задачи достигается тем, что станция катодной защиты, содержащая регулируемый источник катодного тока и датчики электрических параметров цепи катодной защиты, соединенные через контроллер с устройством дистанционного доступа к параметрам станции, согласно полезной модели устройство дистанционного доступа к параметрам станции выполнено в виде радиомодема, содержащего последовательно соединенные блок дешифраторов, приемо-передающее устройство и
радиоантенну.
При этом радиомодем выполнен стандарта GSM 900/1800. Контроллер выполнен в виде встроенной микроЭВМ, содержащей цифровой дискриминатор, блок памяти и вводно-выводное устройство, соединенные между собой через программируемый операционный вычислитель. Регулируемый источник тока выполнен с возможностью питания цепи катодной защиты постоянным напряжением до 60 В и током до 15 А с шагом дискретизации 500 мА и содержит последовательно соединенные сетевой фильтр, входной выпрямитель, корректор коэффициента мощности, широтно-импульсный (ШИМ)-преобразователь напряжения со схемой управления, соединенной с управляющим входом источника тока, выходной выпрямитель и выходной фильтр. Входной выпрямитель выполнен по мостовой схеме, основанной на модулях типа 36 MB 80 А или на тороидальных ферритовых сердечниках. Корректор коэффициента мощности и ШИМ-преобразователь напряжения выполнены на высоковольтных транзисторах или на базе микропроцессоров. Схема управления ШИМ-преобразователем выполнена на основе микросхемы типа ML 48121 Р, обеспечивающей изменение длительности выходного импульса ШИМ- преобразователя в соответствии с текущими значениями параметров импульсно кодовых сигналов управления корректора. Выходной выпрямитель выполнен по переключаемой параллельно-последовательной схеме на диодных модулях со сверхбыстрым восстановлением типа HFA120MD40C.
Введение радиомодема с цифровым каналом связи позволяют обеспечить возможность не только дистанционного контроля, но и управления параметрами станции катодной защиты и, тем самым, расширить ее функциональные возможности.
Выполнение источника тока с ШИМ-преобразователем напряжения и быстродействующими микросхемами позволяет дополнительно упростить
управление контроллером источником катодного тока и улучшить качество этого управления. При этом достигнут шаг дискретизации катодного тока - 500 мА в диапазоне напряжений до 60 В и постоянного тока до 15 А, соответствующий ГОСТ 25812-83 (СТ СЭВ 5291-85) для нефтяных и газовых трубопроводов. Следствием этого явилось дополнительное расширение возможностей станции катодной защиты по точности и диапазону дистанционного регулирования ее параметрами.
На фиг.1 представлена функциональная схема станции катодной защиты.
Станция катодной защиты (СКЗ) содержит регулируемый источник 1 катодного тока и блок 2 датчиков электрических параметров цепи 3 катодной защиты, соединенных через контроллер 4 с устройством 5 дистанционного доступа к параметрам СКЗ. Устройство 5 дистанционного доступа к параметрам станции выполнено в виде радиомодема стандарта GSM 900/1800, содержащего блок 6 дешифраторов, соединенный через приемо-передающее устройство 7 с радиоантенной 8 и предназначено для преобразования импульсно-кодовых сигналов контроллера 4 в радиочастотные сигналы и передачи их через систему радиосвязи 9 на центральный диспетчерский пункт в режиме контроля параметров СКЗ, а также для приема с диспетчерского пункта радиочастотных команд управления параметрами СКЗ и преобразования полученных команд в импульсно-кодовые сигналы управления СКЗ. Приемо-передающее устройство 7 радиомодема 5 выполнено с диапазоном частот стандарта GSM 900/1800. Контроллер 4 предназначен для обработки данных датчиков блока 2 и выработки информационных и управляющих импульсно-кодовых сигналов СКЗ в автономном и дистанционных режимах управления и содержит цифровой дискриминатор, блок памяти и вводно-выводное устройство, соединенные между собой через программируемый операционный вычислитель. Регулируемый источник тока 1 выполнен с возможностью питания цепи
катодной защиты постоянным напряжением до 60 В и током до 15 А с шагом дискретизации 500 мА и содержит последовательно соединенные сетевой фильтр 10, выпрямитель 11, корректор 12 коэффициента мощности, ШИМ-преобразователь 13 напряжения со схемой управления, соединенной с управляющим входом источника 1 тока, выходной выпрямитель 14, выполненные на диодах со сверхбыстрым восстановлением и выходной фильтр 15.
Входной выпрямитель 11 выполнен по мостовой схеме, основанной на модулях типа 36 MB 80 А или на тороидальных ферритовых сердечниках. Корректор 12 коэффициента мощности и ШИМ-преобразователь 13 напряжения выполнены на высоковольтных транзисторах или на микропроцессорах. Схема управления ШИМ-преобразователем 13 выполнена на основе микросхемы типа ML 48121 Р, обеспечивающей изменение длительности выходного импульса ШИМ-преобразователя в соответствии с текущими значениями параметров импульсно кодовых сигналов управления корректора 4. Выходной выпрямитель 14 выполнен по переключаемой параллельно-последовательной схеме на диодных модулях со сверхбыстрым восстановлением типа HFA120MD40C.
Работа станции катодной защиты состоит в следующем. В автономном режиме контроллер 4 СКЗ работает в режиме цифрового дискриминатора. Показания датчиков СКЗ блока 2 в контроллере 4 пересчитываются в удобную для оценки функцию качества, характеризующую необходимую степень защиты газовых и нефтяных трубопроводов от коррозии, вызванной блуждающими в Земле токами, в соответствии с ГОСТ 25812-83 (СТ СЭВ 5291-85) с последующими изменениями и дополнениями. Рассчитанное текущее значение функции качества сравнивается с установочными значениями функции, введенными в память контроллера при заводской настройке или дистанционно с с центрального диспетчерского пункта. При отклонении текущих значений
функции качества от установочных значений контролер 4 вырабатывает сигнал ошибки, пропорциональный величине отклонения функции качества от установочных значений с соответствующим знаком компенсации отклонения. Цифровой сигнал ошибки с контроллера 4 параллельным кодом выдается на схему управления ШИМ-преобразователя 13. При этом в зависимости от знака и величины ошибки рассогласования ШИМ-преобразователь 13 преобразует постоянное напряжение, поступающее с корректора 12 в импульсы соответствующей длительности. Далее эти импульсы выпрямителем 14 преобразуются в постоянное напряжение, большей или меньшей величины (с шагом дискретизации 500 мА), в зависимости от знака сигнала ошибки и после сглаживания выходным фильтром 15 подаются в цепь катодной защиты 3. При этом датчики СКЗ блока 2 фиксируют новые значения электрических параметров цепи 3. Новые показания указанных датчиков контроллером 4 пересчитываются в новое текущее значение функции качества СКЗ, которое повторно сравниваются с требуемым ее значением. При равенстве этих значений (сигнал ошибки на входе ШИМ-преобразователя равен нулю) процесс корректировки электрических параметров СКЗ заканчивается, иначе этот процесс повторяется по описанной схеме. В процессе работы с ЭВМ диспетчерского пункта управления (не показан) периодически и/или по заданной программе по радиолинии 9 на антенну 8 СКЗ выдаются запросные импульсно-кодовые сигналы. Принятые антенной 8 радиосигналы в приемником устройства 7 преобразуются в импульсно-кодовые приемные видеосигналы, которые через соответствующий дешифратор блока 6 поступают на считывающий вход вводно-выводного устройства контроллера 4. По расшифрованному запросному сигналу контроллер 4 выдает на блок 6 ответные импульсно-кодовые сигналы, характеризующие показания датчиков СКЗ. Ответные сигналы контроллера 4 через соответствующий дешифратор блока 6 поступают на передатчик устройства 7 в качестве модулирующих импульсов.
При этом в устройстве 7 вырабатываются соответствующие радиосигналы, несущие информацию о текущих параметрах СКЗ в месте ее дислокации. Эти радиосигналы через антенну 8 и радиолинию 9 выдаются на соответствующее приемо-передающее устройство диспетчерского пункта управления СКЗ. В диспетчерском пункте управления принятая информация обрабатывается ЭВМ и выдается на дисплей центрального диспетчерского пункта. В случае резкого отклонения показаний параметров СКЗ от допустимых значений ЭВМ выдает звуковые и световые аварийные сигналы. Включаются дежурный компьютер, принтер и документируются результаты аварийной ситуации. В случае сбоя параметров СКЗ диспетчер вручную вводит корректировку установочных значений СКЗ, которые через радиолинию 9, антенну 8, приемопередающее устройство 7 и блок дешифраторов 6 подаются на контроллер 6 и вводятся в память последнего. Дальнейшая работа СКЗ аналогична вышеописанной в автономном режиме с новыми введенными установочными параметрами. Если аварийная ситуация СКЗ возникла в результате не сбоя параметров, а в результате обрыва цепи катодной защиты или другой нештатной ситуации с центрального диспетчерского пункта выезжает ремонтная бригада. После устранения причин аварии работа СКЗ переводится в штатный дежурный режим и процесс работы повторяется.
Полезная модель разработана на уровне опытного образца (фиг3). Испытания опытного образца СКЗ показали ее работоспособность и возможность дистанционного контроля и управления параметрами СКЗ магистральных трубопроводов от коррозии в соответствии с ГОСТ 25812-83 (СТ СЭВ 5291-85) с последующими изменениями дополнениями. При этом расширились не только функциональные возможности СКЗ по дистанционному управлению ее параметрами, но и определились возможности своевременного прогнозирования аварийных ситуаций СКЗ.