СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДА

Предлагаемая система относится к устройствам контроля изоляции подземных трубопроводов.
Безаварийная (по причине коррозии) работа трубопроводов зависит от надежной и бесперебойной работы средств электрохимической защиты, надежность работы которых, в свою очередь, зависит от своевременного и регулярного контроля.
Известна система радиоконтроля за работой станций катодной защиты РТК3-1. Эта система предназначена для дистанционного контроля состояния катодной защиты нефтепроводов с использованием вертолета [1]. Система представляет собой два блока: запросчика и ответчика.
Блок запросчика, установленный на вертолете, предназначен для вызова по заданному адресу (шифру) соответствующего блока ответчика, установленного на объекте защиты, приема от него информации в цифровой форме на индикаторах блока запросчика.
Однако эта система имеет следующие недостатки:
- необходимость постоянной наладки;
- низкая надежность;
- возможность получения информации только во время летной погоды.
Известна также система централизованного контроля разности потенциалов «труба-земля» с применением комплекса телемеханики [1]. Эта система позволяет иметь ежедневную информацию о значении потенциала «труба-земля», а, следовательно, об уровне защищенности сооружения от коррозии.
Телеконтроль потенциала «труба-земля» на линейной части трубопровода осуществляется следующим образом.
В месте размещения контролируемого пункта (КП) на глубине залегания трубопровода устанавливают медно-сульфатный электрод длительного действия. Выводы от электрода и трубопровода заводят в КП, где разность потенциалов соответствующим блоком преобразуется в кодовую форму и подается в линию связи. По линии связи телеизмерения потенциала «труба-земля» контролируемых точек поступают на пульт диспетчера (ПД). В качестве связи между КП и ПД используют вдольтрассовую ЛЭП. Однако известная система может быть осуществлена только при наличии ЛЭП и требует применения высоковольтного оборудования.
Наиболее близкой к предлагаемой системе является «Система дистанционного контроля состояния изоляции трубопровода» [2], которая и выбрана в качестве прототипа. Данная система содержит станцию катодной защиты, блок преобразования сигнала, канал связи, в качестве которого использован трубопровод. При этом система снабжена передатчиком, приемником, передающей и приемной антеннами, выполненными в виде катушек, обмотки которых размещены непосредственно на трубопроводе.
Однако указанная система основана на использовании временной селекции, которая реализуется установкой на каждом контролируемом пункте таймера, что ограничивает функциональные возможности системы и снижает надежность передачи контролируемых параметров станций катодной защиты.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы и повышение надежности передачи контролируемых параметров станций катодной защиты на диспетчерский пункт по каналу связи.
Поставленная задача решается тем, что система дистанционного контроля состояния трубопровода, содержащая станцию катодной защиты,
минусовая клемма которой соединена с трубопроводом, а плюсовая клемма посредством токового датчика соединена с анодом, размещенным в грунте, блок преобразования сигнала, клеммы первого входа которого соединены с выходом токового датчика, а у второго входа одна клемма соединена с трубопроводом, а вторая - с медно-сульфатным электродом сравнения, установленным в грунте, модулятор, первый вход которого соединен с выходом преобразователя сигнала, а выход - с входом передатчика, к выходу которого подключена передающая антенна, выполненная в виде обмотки изолированным проводом и размещенная непосредственно на трубопроводе, канал связи, выполненный в виде трубопровода, аппаратуру пульта диспетчера, приемную антенну, выполненную в виде обмотки изолированным проводом и размещенную непосредственно на трубопроводе, приемник, вход которого соединен с приемной антенной, а выход - с входом аппаратуры пульта диспетчера, снабжено задающим генератором, а приемник выполнен в виде последовательно подключенных к выходу приемной антенны усилителя высокой частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и дешифратора, выход которого является выходом приемника, причем второй вход модулятора соединен с выходом задающего генератора, перемножителями, узкополосным фильтром и фильтром нижних частот образован демодулятор сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Структурная схема системы дистанционного контроля состояния изоляции трубопровода представлена на фиг.1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы, изображены на фиг.2.
Система дистанционного контроля состояния изоляции трубопровода содержит два объекта.
Первый объект 1, размещенный на контрольном пункте, включат в себя станцию 2 катодной защиты, у которой минусовая клемма электрически
соединена с трубопроводом 3, а плюсовая клемма посредством токового датчика 4 соединена с анодом 5, размещенным в грунте. Система содержит блок 6 преобразования сигнала, у которого клеммы первого входа соединены с выводами токового датчика 4, а у второго входа одна клемма соединена с трубопроводом 3, а вторая с медно-сульфатным электродом 7 сравнения, размещенным в грунте. Выход блока преобразования 6 соединен с первым входом модулятора 8, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 16, а выход - соединен через передатчик 9 с обмоткой передающей антенны 10, выполненной изолированным проводом и размещенной на трубопроводе 3 в районе контрольного пункта.
Второй объект 11 расположен в районе диспетчерского пункта и включает в себя приемную антенну 12, аналогичную передающей антенне 10, в которой обмотка размещена на трубопроводе 3 и соединена с входом приемника 13, выход которого через аппаратуру 14 пульта диспетчера соединен с ЭВМ 15.
Приемник 13 выполнен в виде последовательно подключенных к выходу приемной антенны 12 усилителя 17 высокой частоты, первого пермножителя 18, второй вход которого соединен с выходом фильтра 21 нижних частот, узкополосного фильтра 20, второго перемножителя 19, второй вход которого соединен с выходом усилителя 17 высокой частоты, фильтра 21 нижних частот и дешифратора 22, выход которого является выходом приемника 13.
Перемножителями 18 и 19, узкополосным фильтром 20 и фильтром 21 нижних частот образован демодулятор сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Предлагаемая система работает следующим образом.
В состав системы входят несколько контрольных пунктов, устанавливаемых на станциях катодной защиты, и пульт диспетчера.
На каждом контрольном пункте блок преобразования сигнала преобразует значения контролируемых параметров станций катодной защиты
в двоичный код M(t) (фиг.2, б), который поступает на первый вход модулятора 8. На второй вход модулятора 8 подается гармоническое колебание с выхода задающего генератора 16 (фиг.2, а):
Uc(t)=Vc·Cos(Wc·t+φс), 0≤t≤Tc,
где Vc, Wc, φс, Тc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания.
На выходе модулятора 8 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.2, в):
1
U(t)=Vc·Cos[Wc·t+φк(t)+φс], 0≤t≤Тс,
где φк(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φк(t)=const при К·τэ<t<(К+1)·τэ и может изменяться скачком при t=К·τэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, ..., N-1);
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс(Тс=N·τэ).
который через передатчик 9 поступает в передающую антенну 10 и по каналу связи, в качестве которого используется трубопровод 3, передается в заданное время на диспетчерский пункт. Для чего на каждом контрольном пункте имеется таймер.
Принятый ФМн-сигнал с выхода приемной антенны 12 через усилитель 17 высокой частоты поступает на первые входы перемножителей 18 и 19. На второй вход перемножителя 19 подается опорное напряжение (фиг.2, г):
Uo(t)=Vo·Cos(Wc·t+φс), 0≤t≤Tc.
На выходе перемножителя 19 образуется низкочастотное напряжение (фиг.2, д):
Uн(t)=Vн·Cosφк(t)
гдe Vн=К1·Vc·Vo;
K1 - коэффициент передачи перемножителя;
который поступает на вход детектора 22 и на второй вход перемножителя 18.
На выходе перемножителя 18 образуется гармоническое колебание:
1
Uo(t)=V·Cos(Wc·t+φс)=Vo·Cos(Wc·t+φс),
1
1
где V=К·Vн·Vc,
которое выделяется узкополосным фильтром 20, используется в качестве опорного напряжения и поступает на второй вход перемножителя 19.
Следует отметить, что перемножители 18 и 19, узкополосный фильтр 20 и фильтр 21 нижних частот образуют универсальный демодулятор сложных ФМн-сигналов. Указанный демодулятор выделяет опорное напряжение, необходимое для демодуляции принимаемого ФМн-сигнала, непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала. Кроме того, он свободен от явления «обратной работы», которое присуще известным демодуляторам. Это обеспечивает достоверное выделение модулирующего кода M(t) из принимаемого ФМн-сигнала.
Низкочастотное напряжение Uн(t) (фиг.2, д), пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.2, б), с выхода фильтра 21 нижних частот поступает на вход дешифратора 22, где расшифровывается. Причем в модулирующем коде M(t) и его аналоге Uн(t) содержатся сведения о номере контрольного пункта и состоянии изоляции трубопровода на данном участке.
Аппаратура диспетчера регистрирует указанную информацию. Пункт диспетчера может передать накопленные данные через линию связи в ЭВМ центрального диспетчерского пункта.
В местах установки антенн над трубопроводом могут быть сооружены смотровые колодцы.
Предлагаемая система может быть смонтирована в очень короткие сроки и может осуществлять круглосуточный и в любую погоду
телеконтроль за состоянием средств электрохимической защиты, собирая информацию со всех участков трубопровода. Корпуса передатчика и приемника соединены с грунтом посредством двухполюсников, каждый из которых выполнен в виде параллельно соединенных катушки индуктивности и конденсатора и являющихся колебательным контуром, резонансная частота которого равна частоте Wc передатчика.
Таким образом, предлагаемая схема по сравнению с прототипом обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышение надежности передачи контролируемых параметров станций катодной защиты на диспетчерский пункт по каналу связи. Это достигается использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией, которые обладают структурной селекцией. Это значит, что появляется новая возможность выделять эти сигналы среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.
Источники информации:
1. Ю.В.Борисов, П.Б.Финкелыптейн: Система контроля станций катодной защиты с использованием вдольтрассовой ЛЭП. Трубопроводный транспорт нефти. М.: Транс Пресс, №7, 1996, с.29-31.
2. Патент №2169385(РФ). Система дистанционного контроля состояния изоляции трубопровода. Токарев В.В., Рябоконь Д.С., Ясинский И.М., Валеев М.М. МКИ G 01 V 3/11, 1998.