[發(fā)明專(zhuān)利]一種提高海上風(fēng)電樁基外加電流陰極保護(hù)可靠性的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110655306.0
• 申請(qǐng)日: 2021-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113445054B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張馨予;李光達(dá);朱東旭;李先軍;劉磊;潘毓航;呂杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連科邁爾防腐科技有限公司;深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C23F13/04
• 分類(lèi)號(hào): C23F13/04
• 代理公司: 大連至誠(chéng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 楊威;鄧珂

本發(fā)明公開(kāi)了一種提高海上風(fēng)電樁基外加電流陰極保護(hù)可靠性的控制方法以及系統(tǒng)，其應(yīng)用于外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)中。本發(fā)明在正常保護(hù)狀態(tài)下，系統(tǒng)以恒電位運(yùn)行模式輸出，當(dāng)系統(tǒng)遭遇極端工況或者系統(tǒng)參與控制的參比電極出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換為恒電流模式以設(shè)置輸出電流的上、下限值進(jìn)行輸出，以防止極端異常工況下外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)超限輸出導(dǎo)致被保護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)保護(hù)或欠保護(hù)，提高了外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性；同時(shí)可通過(guò)閉環(huán)PID增量調(diào)節(jié)、PWM調(diào)制等技術(shù)對(duì)數(shù)控高頻開(kāi)關(guān)電源的輸出電流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，而當(dāng)輸出保護(hù)電流超出保護(hù)電流輸出限制區(qū)間時(shí)，自動(dòng)由恒電位控制切換為恒電流控制模式并按照設(shè)置的輸出電流上、下限進(jìn)行恒電流輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陰極保護(hù)防腐技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高海上風(fēng)電樁基外加電流陰極保護(hù)可靠性的控制方法。

背景技術(shù)

海上風(fēng)電作為近年來(lái)國(guó)家主要發(fā)展的清潔能源，單機(jī)裝機(jī)容量大，有效利用小時(shí)數(shù)高，并且不占用陸地資源，緊鄰國(guó)家沿海電力負(fù)荷中心，應(yīng)用前景廣闊。海上風(fēng)電水下基礎(chǔ)有多種結(jié)構(gòu)形式，如單樁式、群樁式、漂浮式、負(fù)壓桶式、導(dǎo)管架式等，其長(zhǎng)期處于遠(yuǎn)海苛刻的海洋腐蝕環(huán)境下，通常采用陰極保護(hù)與防腐涂層進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)。

陰極保護(hù)技術(shù)作為一種防腐控制的有效手段，廣泛應(yīng)用于船舶、石油平臺(tái)、管道、橋梁碼頭、海上風(fēng)電等重要設(shè)施及設(shè)備的防護(hù)。陰極保護(hù)技術(shù)分為犧牲陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)和外加電流保護(hù)技術(shù)兩種。所謂犧牲陽(yáng)極保護(hù)，就是將被保護(hù)的金屬與另一種電極電位更低的金屬或合金相連接，使得該金屬或合金作為陽(yáng)極優(yōu)先被消耗，被保護(hù)的金屬獲得陰極電流而被保護(hù)。而外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)一般由直流電流、輔助陽(yáng)極和參比電極三部分構(gòu)成，并由外部的直流電源和輔助陽(yáng)極向被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)提供額外的陰極電流，從而使得被保護(hù)金屬的腐蝕得到抑制。在陰極極化過(guò)程中，被保護(hù)結(jié)構(gòu)的極化電位會(huì)因外部環(huán)境的改變而改變，如溶解氧含量、溫度、海流、含鹽量等環(huán)境參數(shù)，只有實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)極化輸出電流的大小，才能維持被保護(hù)結(jié)構(gòu)極化電位的動(dòng)態(tài)平衡。

相對(duì)于犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)，外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)適用于各種海水工況，輸出調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，系統(tǒng)載荷小，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化數(shù)字化控制，更適用于海上風(fēng)電樁基的陰極保護(hù)。恒電位儀作為外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)根據(jù)保護(hù)電位測(cè)量結(jié)果調(diào)節(jié)輸出電流，是被保護(hù)結(jié)構(gòu)能否獲得良好保護(hù)效果的關(guān)鍵。現(xiàn)有直流恒電位儀主要包括恒電位控制、恒電流控制及恒電壓控制三種輸出模式。所謂恒電位運(yùn)行模式，是指恒電位儀通過(guò)比較參比電極測(cè)量的保護(hù)電位與設(shè)置的給定保護(hù)電位之間的差值大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流的大小，從而使得被保護(hù)結(jié)構(gòu)物的保護(hù)電位維持在給定保護(hù)電位附近。所謂恒電流運(yùn)行模式，是指恒電位儀按照設(shè)置的給定電流輸出電流，輸出電流大小恒定，不隨保護(hù)電位的變化而改變。所謂恒電壓運(yùn)行模式，是指恒電位儀按照設(shè)置的給定電壓輸出電流，輸出電流大小隨著系統(tǒng)回路電阻的改變而改變。采用恒電位控制方法可以通過(guò)不斷調(diào)整保護(hù)電流來(lái)維持結(jié)構(gòu)物/電解質(zhì)體系的電位恒定在規(guī)定的保護(hù)電位范圍內(nèi)，多作為正常工況下的運(yùn)行模式。但在復(fù)雜海洋工況下，參與電流輸出控制用的參比電極自身的可靠性以及穩(wěn)定性就顯得十分重要，這是因?yàn)樵趯?shí)際操作中，全部調(diào)節(jié)都是基于該參數(shù)，若其出現(xiàn)問(wèn)題，則輸出電流的基礎(chǔ)調(diào)節(jié)依據(jù)出現(xiàn)偏差就會(huì)使得恒電位模式運(yùn)行下可能存在較大的安全隱患。即若出現(xiàn)參比電極異常（電極滲水銹蝕、外力破壞包括浮冰等、自身溶解，測(cè)量回路端接點(diǎn)虛接等）、外界工況劇烈改變（被海生物附著、被污物覆蓋、海泥回淤）等情況，往往會(huì)導(dǎo)致測(cè)量電位短期突變或長(zhǎng)期偏離，使得外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的輸出電流極小（無(wú)電流輸出，欠保護(hù)）或極大（輸出電流超出設(shè)計(jì)極限，過(guò)保護(hù)），直接影響外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)的保護(hù)效果。

例如，CN202688452U基于船舶外壁保護(hù)常用的輔助陽(yáng)極形式發(fā)明了一種適用于海上風(fēng)電樁基的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)僅通過(guò)比較測(cè)量保護(hù)電位與設(shè)定保護(hù)電位的差值作為判斷依據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)電流輸出，控制邏輯及算法較為簡(jiǎn)單且沒(méi)有考慮海上風(fēng)電的極端工況的影響；又如，CN103726057A針對(duì)海上風(fēng)電三角形樁基結(jié)構(gòu)介紹了一種外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，專(zhuān)利所屬控制系統(tǒng)部分具有恒電位控制和恒電流控制兩種模式，這也是目前各個(gè)行業(yè)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)所用恒電位儀均具備的運(yùn)行模式，均未考慮海上風(fēng)電無(wú)人值守及離岸極端海況的特殊性。