早在1823年，在船舶航行的过程中，大量水生浮游生物会吸附在船舱底板的表面，造成航速减慢，在船体底部安装铁钉可以防止浮游生物吸附，但是铁钉会加速腐蚀脱落，因此DAVID提出了锌牺牲阳极的保护方法，从而减缓铁钉腐蚀速率。

电流密度与腐蚀质量损失存在线性关系，这一理论由FARADAY在1834年提出，并为电化学腐蚀原理以及阴极保护设计原理奠定了理论基础。

在1928年KUHN首次投入使用阴极保护整流器，之后阴极保护技术被普遍使用。在19世纪70年代以后，阴极保护技术被广泛应用于海底管道防腐蚀，为海底管道向着里程更长、水深更深、高压力的方向发展。

20世纪上半叶，我国石油管道工程发展缓慢，辅助长输管道的防腐蚀技术和阴极保护装备缺失，相对于世界长输油气管道的发展滞后长达半个世纪。经过不屑的努力，我国阴极保护技术发展有了明显的突破。

20世纪60年代，新疆油田建立了国内第一座阴极保护工作站，随后阴极保护技术逐渐应用于大庆、四川等油气管道建设。但是，直到20世纪70年代后期阴极保护技术才广泛应用于我国长输油气管道。20世纪80年代中期以后，阴极保护技术开始应用于电厂防腐蚀工程，同时在特定油井套管以及钢筋混凝土管道中也得到了有效的应用。

近年来，随着高压交、直流输电系统，高铁、地铁等电气化交通系统的快速建设，埋地管道面临着日益严峻的杂散电流干扰问题。

一方面，杂散电流会引起管道阴极保护电位的波动，如地铁干扰（图1）；另一方面，杂散电流干扰导致原有的阴极保护评价指标体系不再适用，如美国一埋地管道受到交流杂散电流干扰，虽然阴极保护电位达到相关标准要求，但是仍然出现严重的腐蚀（图2）。因此，现代长输管道的阴极保护系统监测不仅应对管道的阴极保护水平进行实时监测，还应对管道的杂散电流干扰程度进行监测及评价。

图1地铁干扰导致的阴极保护电位波动（2018年）

图2 交流干扰引发的管体腐蚀

早期阴极保护电位的测试主要依靠人工完成，其过程是在通电保护的情况下，利用万用表测得埋地管道相对于Cu-CuSO4电极（CSE）的阴极保护电位，人为进行数据记录，监控管道阴极保护状态。

随着阴极保护理论的逐渐完善，工程师们发现土壤中的IR降会对阴极保护电位产生影响。因此，研究人员开发了瞬间断电测试法，该方法使用电位测量仪器搭配时间中断仪器，通过瞬间中断管道阴极保护电流的方法测得断电瞬间的极化电位，从而对管道阴极保护状态进行评价。

首先，该方法需要测试人员亲自到现场执行测试操作，测试效率低，尤其是对于偏远地区会耗费大量的人力。其次，由于需要在断电的瞬间读取电位，这对测试人员阴极保护业务水平要求较高，而且人为误差明显。再次，该方法检测周期较长（一般为1天以上），无法实时监控阴极保护系统的运行状态。最后，该方法受到仪表读数误差大、设备动态反映性能差、杂散电流等多方面的影响，导致测试结果不准确。

为了解决这些问题，近年来阴极保护智能监测技术得到快速发展，其主要是通过在管道上安装阴极保护传感器，并结合无线远传技术，实现管道阴极保护电位的监测。

目前，市场上针对阴极保护电位监测的设备种类繁多，相关技术参数要求及实现能力各不相同。下面针对其中几家目前从事阴极保护相关工作厂家的产品（编号分别为A、B、C、D、E、F）进行性能分析。

通过对上述几种阴极保护智能化监测设备关键性能参数分析及对比，可以看到目前现有设备监测的参数主要包括6项：

在正常阴保监测条件下，当监测电位比析氢电位更负时，理论上电位每偏移118 mV，电流扩大10倍，因此断电电位变化情况较小。同样在阳极塔菲尔区，电位每偏移59 mV，电流扩大10倍。因此，电位量程不需要很大。同时，对于规定的保护电位（相对于CSE）的监测范围（-850～-1200 mV），上述各公司设备的电位监测量程基本符合要求。

在直流电位采集方面，设备A、B、C、D、E只能在直流电位低量程范围（最大量程±14 V）内进行监测，而设备F不仅可在直流电位低量程而且可在高量程范围内进行监测，但是最高量程不能超过±100 V。在直流电位精度采集方面，设备B、C、D、E在电位低量程的采集精度值大致为量程的0.1%，设备F在高量程和低量程的采集精度值均大致为0.1%量程。

在直流电流采集方面，设备E和F可在直流电流低量程（最大量程±20 mA）范围内进行监测，设备B可在直流电流高量程（最大量程±2 A）范围内进行监测。在直流电流采集精度方面，设备E和F采集精度为<10 μA，而设备B采集精度大致为0.1%量程。

在交流电位采集方面，设备C只能在交流电位低量程（最大量程10 V）范围内进行监测，而设备D、E和F可在交流电位最大不超过100 V范围进行监测。在交流电位采集精度方面，设备C和D交流电位采集精度值大致为0.1%量程，设备E和F交流电位采集精度值大致为0.5%量程。

在交流电流采集方面，设备E可在交流电流低量程（最大量程10 mA）范围内进行监测，而设备F可在交流电流低量程和高量程范围内进行监测，但是最大量程不超过100 mA。在交流电流精度采集方面，设备E和F监测精度值为0.5%量程。

一般情况下，断电电位、自然电位、交流电流采集量程和精度值基本符合目前现有工作条件。随着国内高压或特高压输电线路的建立（存在线路和管道并行的情况）以及高铁轨道的长距离埋设等情况的出现，高压交直流干扰对埋地钢制管道会产生影响，QIN等发现在高压直流干扰下某监测点处管底通电电位为-211 V（相对于CSE），另一处测试点通电电位达到304 V（相对于CSE），孙建桄等发现在±500 kV干扰下测试点通电电位正向偏移100 V，相邻近的两个阀室测试点通电电位正向偏移50 V。

诸多现场案例报告显示，高压直流干扰会导致管地电位偏移，电位偏移量达到上百伏，从而造成现有设备采集量程超量程的情况。此外交直流干扰下管体电位呈现动态波动，如图1所示。一些设备采用定时监测模式，若监测频率过高，可能导致电池寿命大幅度降低，监测频率过低，从而无法实现准确抓取干扰电位特征值。建议在动态杂散电流干扰（地铁干扰）或间歇性杂散电流干扰（高压直流干扰）区域采用触发反应模式或远程控制模式进行信号特征值采集。

一般情况下，当土壤中达到有效阴极保护电位时，流经阴极保护试片的电流为几微安至几十微安。由上可知目前设备电流采集精度仅为10 μA，因此直流电流采集误差偏大，需要扩大相关硬件设备采集量程范围及提升精度。

在数据传输方面，除了设备C只采用串口通讯的方式以外，大部分公司设备普遍可以在网络覆盖信号较好的条件下通过移动通信网络进行无线远传。部分公司设备采用NB-LOT或以太网自组网形式进行数据传输。

同时，大部分公司设备采用定时采集或全天采集形式和定时发送数据的常规模式，在电池供电方面，大部分公司采用性能较优的电池对设备进行供电，但是具体电池寿命与采集频率和数据上传频率有关。

在设备使用工作温度方面，除了设备C不可以在低温环境中使用外，其余公司设备均可以在低温（最低温度不低于-40 ℃）和高温（最高温度不高于85 ℃）环境中正常工作。

在数据通讯传输的过程中，目前现有的阴极保护监测设备可以在2G、GPRS、3G、4G通讯情况良好的条件下进行数据定时传送，考虑到第三方人为破坏的情况，管道阴极保护测试点应加装高清摄像头，因此在图像、声音等数据传输过程中建议采用5G移动通讯技术，使图像画面和声音更为清晰和流畅。

考虑到在诸如新疆、西藏山区、山林等无人值守的偏远地区，存在信号无法覆盖的地方，建议采用组网传输技术或是北斗通讯传输技术来解决无信号或信号质量差情况下的数据传输问题。因此，针对特定地域范围应采用更为合适的远程传输技术，目前现有设备采集数据没有完全实现“区域优选模式”下的远程传输。