СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ УСТРОЙСТВА ДРЕНАЖНОЙ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНОЙ КОММУНИКАЦИИ
REMOTE CONTROL METHOD OF DRAINAGE PROTECTION DEVICE OF UNDERGROUND UTILITY

Изобретение относится к системам автоматизации контроля электрохимической защиты стальных подземных коммуникаций, в т.ч. магистральных трубопроводов транспортировки нефти и газа, и может использоваться при оснащении контролируемых пунктов (КП) устройствами телемеханики в системах дистанционного контроля электрохимической защиты.
Долговечность подземных коммуникаций, к которым, в частности, относятся стальные трубопроводы и другие металлические сооружения, в значительной степени зависит от надежной защиты от блуждающих токов, возникающих вблизи источников постоянного тока (электрофицированные железные дороги, трамвайные пути и др.). Напряжения, наводимые блуждающими токами, могут достигать сотен вольт и вызывать интенсивную коррозию. В связи с этим подземные коммуникации оснащаются дренажными установками, которые сбрасывают наводимую энергию на землю. Контроль за функционированием дренажных установок осуществляется периодическим наблюдением или дистанционно с помощью устройств телемеханики, которые питаются от промышленной сети.
Известен способ дистанционного контроля системы дренажной защиты подземной коммуникации по патенту РФ №2287832, опубликованному 20.11.2006, предусматривающий использование блуждающих токов для питания регистрирующего устройства. Недостатками указанного способа являются необходимость подключения к подземному сооружению как к источнику питания и отсутствие контроля за состоянием дренажной установки. Эти недостатки частично преодолеваются в другом известном способе дистанционного контроля устройства дренажной защиты подземной коммуникации, осуществляемом в соответствии со свидетельством на полезную модель №41876 "Устройство телемеханики дренажной защиты", опубликованным 10.11.2004. Способ включает сбор данных от дренажной установки и передачу их с КП на диспетчерский пункт по радиоканалу. Электропитание радиопередатчика и системы сбора данных осуществляется от источника питания, состоящего из преобразователя наводимых напряжений на подземной коммуникации и накопителя энергии, который позволяет оперативно передавать информации в случае выхода из строя дренажной установки или несанкционированного доступа в бокс КП.
Недостатком данного способа, выбранного в качестве прототипа, является необходимость подключения к подземной коммуникации как к источнику питания. Однако, в соответствии с таблицей 3 п.8 ГОСТ Р 51163-98 "Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования защиты от коррозии", сопротивление изоляции на подземной коммуникации должно быть не менее 50 кОм, что делает проблематичным подключение к подземной коммуникации как к источнику питания. Входное сопротивление устройства телемеханики составляет несколько десятков Ом, что противоречит требованиям ГОСТ Р 51163-98, п.6.4.2, где указано, что сопротивление прибора, подключаемого к подземной коммуникации, должно быть не менее 10 МОм. Таким образом, подключение устройства телемеханики к подземной коммуникации как к источнику питания является несанкционированным, следовательно, требуется разрешение к его подключению, что в соответствии с вышеупомянутым ГОСТ является недопустимым.
Технический результат изобретения - повышение надежности защиты подземной коммуникации за счет обеспечения регулярного поступления информации о состоянии дренажного устройства и о несанкционированном доступе в бокс КП, а также исключение несанкционированных подключений к подземной коммуникации и связанных с ними организационных мероприятий.
Указанный технический результат достигается тем, что при осуществлении способа дистанционного контроля устройства дренажной защиты подземной коммуникации, включающей сбор данных от дренажной установки и передачу их с КП на диспетчерский пункт по каналам беспроводной (радио, сотовой, спутниковой) связи, причем питание системы сбора информации и приемо-передатчиков осуществляется от преобразователя, подключенного к электродам, отстоящих на определенном расстоянии, в качестве которых, как пример, одним может служить рельс железной дороги или трамвайного пути, а другим - заземленный корпус дренажной установки, при этом на КП предварительно проводят мониторинг уровня наводимых напряжений, на основании которого определяют их интенсивность и периодичность, после чего рассчитывают емкость накопителя энергии источника питания.
Связь между отличительными признаками и достижением технического результата определяется следующим.
1. Подключение преобразователя источника питания к разнесенным заземленным электродам обеспечивает накопление энергии от блуждающих токов для питания устройства телемеханики без непосредственного контакта с подземной коммуникацией. Это позволяет удовлетворить требования ГОСТ Р 51163-98 при защите подземного сооружения от блуждающих токов.
2. Предварительный мониторинг уровня блуждающих токов и напряжений на контрольном пункте обеспечивает получение исходных данных по их периодичности и интенсивности.
3. Установка накопителя энергии емкостью в соответствии с расчетной обеспечивает долговременное функционирование устройства телемеханики на контролируемом пункте и передачу данных с заданной периодичностью вне зависимости от регулярности прохождения поездов.
4. Используемый способ подключения преобразователя источника питания от токов наведения позволяет избежать его выхода из строя в аварийных ситуациях, которые имеют место быть при эксплуатации электрофицированной ЖД (короткое замыкание контактного провода на рельс, неисправность двигателя локомотива).
Изобретение поясняется чертежом, где изображена блок-схема контрольного пункта. Цифрами обозначены: 1 - подземная коммуникация; 2 - дренажная установка; 3 - приемо-передающее оборудование; 4 - система сбора данных; 5 - источник питания с преобразователем блуждающих токов и накопителем энергии; 6 - источник блуждающих токов; 7 - заземленный электрод; 8 - антенна.
Способ дистанционного контроля устройства дренажной защиты подземной коммуникации 1 включает сбор данных от дренажной установки 2 и передачу их с контрольного пункта на диспетчерский пункт по сетям беспроводной связи, причем питание приемо-передающего оборудования 3 системы сбора данных 4 осуществляется от источника питания 5, подключенного одним из входов к источнику блуждающих токов 6.
Отличие заявленного способа состоит в том, что при его осуществлении второй вход источника питания 5 подключают к заземленному электроду 7, в качестве которого, в частности, может быть использован заземленный корпус дренажной установки 2. Предварительно на контрольном пункте проводят мониторинг уровня блуждающих токов и напряжений, на основании которого определяют их периодичность и интенсивность, после чего рассчитывают необходимую емкость накопителя энергии источника питания 5.
В результате осуществления заявленного способа повышается надежность защиты подземной коммуникации, поскольку обеспечивается регулярное поступление данных о состоянии дренажной защиты, причем при этом не требуется непосредственное подключение источника питания к подземной коммуникации, ограниченное требованиями ГОСТ Р 51164-98.
Пример практического применения.
Заявленный способ был осуществлен на магистральном газопроводе "Парабель-Кузбасс", на участке, проходящем вдоль Транссибирской железной дороги. В соответствии с заявленным способом на четырех контрольных пунктах дренажной защиты проведен мониторинг уровня блуждающих токов и напряжений. Чтобы воспроизвести реальную ситуацию подключения источника питания, устройство регистрации было подключено к рельсу железной дороги и заземлителю, в качестве которого был использован заземленный корпус дренажной установки, отстоящий от рельса ЖД на расстоянии 20 м. Продолжительность мониторинга составляла непрерывно 30 суток. В течение мониторинга фиксировалось время наличия напряжения более 5 В и током не менее 1 А, необходимое для зарядки накопителя энергии. По усредненным данным, для данного участка возможность подзарядки накопителя энергии существует на протяжении 8-10 минут в течение одного часа. В результате в течение одного часа в среднем накапливается заряд, равный произведению тока на время, т.е. от 0,125 до 0,167 ампер-час, и энергия, равная произведению напряжения на ток и на время подзарядки, что составило от 2400 до 3000 Дж. Таким образом, при регулярном движении поездов скорость подзарядки накопителя энергии составляет 0,167 А/ч.
Расчет необходимой емкости накопителя энергии производится на основе данных мониторинга с учетом превышающего коэффициента, обеспечивающего работоспособность не только при регулярном движении электропоездов, но и в перерывах до 100 суток.
Расчет производится следующим образом. Энергия, потребляемая в час системой сбора данных и приемо-передающей аппаратурой, определяется усредненным током потребления, включающим постоянное потребление контроллера и периодическое приемо-передающей аппаратурой. Для конкретного оборудования постоянное потребление контроллера не превышает 0,1 мА, в режиме передачи данных по радиоканалу передатчик потребляет до 0.3 А при напряжении 12 В. Передача данных предусмотрена два раза в час по 10 секунд. Таким образом, за час расходуется в целом 80 Дж. Баланс энергии показывает, что для данного участка накопление энергии за час обеспечивается функционированием контрольного пункта от 60 до 75 часов. Превышающий коэффициент учитывает падение емкости накопителя энергии по мере разряда и вышеупомянутые возможные паузы в движении электропоездов. Полагая коэффициент падения емкости равным 0,5 и продолжительность паузы 100 суток, или 2400 часов, оцениваем превышающий коэффициент как 2400/(0,5·75)=60 и определяем емкость накопителя энергии 0,167·60=10 А/ч, что является типичным для автономного оборудования передачи данных. С возобновлением движения электропоездов заряд накопителя энергии возобновится.