[发明专利]一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置及其应用方法

权利要求书

1.一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置，其特征在于，该装置应用于油气管道阴极保护在线监测，所述监控装置由电源管理、信号检测与输出控制、DTU通信三大模块组成，实现管道牺牲阳极阴极保护效果、牺牲阳极运行状态在线监测和牺牲阳极组自动投切控制；

所述轻量级通过使用MQTT协议简化通信程序及数据体量，实现监控装置通信传输最小化；

所述牺牲阳极包括单支牺牲阳极和多支牺牲阳极组成的牺牲阳极组，牺牲阳极类型包括镁、锌、铝及合金牺牲阳极。

2.如权利要求1所述一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置，其特征在于，所述电源管理模块由供电电源、电源调压及输出控制、电源监测三部分构成；

所述供电电源采用16~24V一次性/可充电锂电池组供电，可持续提供不低于12V，2A电压电流输出；

所述电源调压及输出控制采用两级调压及输出控制电路，提供±12V、5V、3.3V可控电压输出，并通过电源管理芯片实现电源输出开关控制；

所述电源监测通过电源管理芯片对锂电池组电压、电流、温度进行监测，评估电池组剩余电量和运行状况。

3.如权利要求1所述一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置，其特征在于，所述信号检测与输出控制模块包括采样处理与继电器输出控制两部分；

所述采样处理使用18位高精度AD模块和STM32高性能处理器，实时采集处理管道管地电位、牺牲阳极电位、牺牲阳极输出电流、杂散电流参数；

所述继电器输出控制通过控制继电器通断实现检测电位、电流通路切换、牺牲阳极组投切控制和断电电位检测同步通断。

4.如权利要求1所述一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置，其特征在于，所述DTU通信模块包括通信模组和定位模组；

所述通信模组兼容2G、3G、4G、GPRS通信网络；所述定位模组采用GPS定位方式，定位偏差＜10米。

5.如权利要求1所述一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置，其特征在于，所述监控装置包括状态报警与数据储存模组；

所述状态报警通过LED状态指示灯、蜂鸣器对装置运行状态进行报警；

所述数据储存包括E2PROM存储器和TF卡，分别对监控装置关键运行数据和监测数据进行实时储存。

6.如权利要求2所述一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置，其特征在于，所述电源管理模块通过电源输出开关控制，对信号检测与输出控制、DTU通信模块的工作时间及运行周期进行严格控制，以降低装置整体能耗；

所述信号检测与输出控制模块持续在线，实时采集管道阴极保护与牺牲阳极运行参数；

所述DTU通信模块按需在线，根据需求配置小时、天或周为工作周期完成参数上传和指令下发。

7.如权利要求3所述一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置，其特征在于，所述管道管地电位包括管道通电电位、管道断电电位；所述牺牲阳极电位包括牺牲阳极开路电位、牺牲阳极通电电位，其中管道通电电位与牺牲阳极通电电位为同一电参量，二者选其一即可；

所述采样处理通过FFT算法对牺牲阳极通电电位、杂散电流参数进行幅频分析，为干扰分类及排查提供参考。

8.如权利要求4所述一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置，其特征在于，所述DTU通信采用MQTT通信协议，基于发布/订阅模式，实现监控装置与后台系统之间数据上传与配置指令下发的双向通信控制；

所述后台系统包括MQTT云服务器和用户界面/客户端。

9.如权利要求1~8任意一项所述一种轻量级牺牲阳极阴极保护在线监控装置及其应用方法，其特征在于，所述监控装置置于防爆箱内，可安装在油气管道沿线测试桩和场站区域内，装置采用模块化设计可根据需求灵活拓展信号检测与输出控制功能模块，能通过电源、通信防爆接口更换电池组和读取历史数据；

所述应用方法包括以下步骤：

第一步：根据应用场景选取配件搭配方式，八支及以下牺牲阳极组成的阴极保护系统中，采用单个信号检测与输出控制模块，超过八支牺牲阳极或对通信要求较高（24小时在线）的场景应考虑对配件进行扩展；

第二步：按照附图1所绘位置进行设备安装，将装置防爆箱安装于测试桩上，完成牺牲阳极电缆、管道电缆布线连接，进行装置校准和现场调试；

第三步：实时采集管道开路电位、牺牲阳极通电/开路电位、牺牲阳极输出电流、管道和牺牲阳极内杂散电流阴极保护系统相关参数和电池组输出电压、电流、温度等运行参数，其中管道开路电位由装置配合恒电位仪同步通断测得；

第四步：对采集的数据进行分析处理，生成初步的状态预报警信息，并对采集的原始数据、处理后数据及预报警信息进行备份、上传；

第五步：根据后台配置指令完成牺牲阳极组远程投切控制和装置DTU通信模块在线工作模式调整；

第六步：人工巡检更换电池组、检修维护、读取装置存储的历史数据，对管道沿线可能存在的干扰源进行排查。