長(zhǎng)距離輸水管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)解決方案的介紹

一、方案概述：大型長(zhǎng)距離輸水管道泄漏爆管事故嚴(yán)重威脅城市供水安全，出現(xiàn)泄漏爆管的原因有很多，水錘、氣阻、管材、壓力、形變、連接、使用年限、溫度、填充物等等，本文由杭州邁煌科技有限公司施經(jīng)理介紹一套管道泄露監(jiān)測(cè)系統(tǒng)-長(zhǎng)距離輸水管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)解決方案，從輸水管壓、管道形變、第三方入侵等方面考慮，涵蓋了分布式光纖聲波振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，分布式光纖溫度應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)，管道水聲偵聽監(jiān)測(cè)技術(shù)這幾個(gè)方面，可以監(jiān)測(cè)相關(guān)物理參量，綜合評(píng)價(jià)管道泄漏程度、定位管內(nèi)泄漏位置、實(shí)現(xiàn)爆管預(yù)警的可能性。

二、技術(shù)分析：

（1）管道水聲偵聽監(jiān)測(cè)技術(shù)

該技術(shù)主要針對(duì)管線壓力瞬變水錘事件（水泵開停、閥門開閉、施工、沖洗、排氣故障等），在排氣閥位置上安裝一體式傳感器，必須包括高頻壓力傳感器（輔助器件）和水聲偵聽傳感器（這里主要指壓電式水聽器，另外還有一種光纖水聽器），同時(shí)傳感器接觸到管道內(nèi)的水。安裝傳感器位置間距的設(shè)置原則：500- 1000 米，現(xiàn)場(chǎng)條件在此間距范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整位置。傳感器通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集通信裝置 RTU，以3G/4G 無線方式，將采集到數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度控制中心分析平臺(tái)對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。

系統(tǒng)配置要求
(1) 現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備必須包含：
(2) 高頻壓力傳感器

壓力監(jiān)測(cè)采集頻率≥256Hz，以滿足分析需求；?
量程：0～300psia ，需滿足負(fù)壓的監(jiān)測(cè)；?
精度：≤0.1%FS
(3) 水聽器

靈敏度：-172dB Vre: 1V/μPascal?
響應(yīng)頻率范圍 ：20Hz-20KHz?
(4) 通信數(shù)據(jù)傳輸裝置 RTU

壓力采集精度大于等于 16 位；支持模擬量和音頻信號(hào)接入，同時(shí)提供連接感器電源供電；支持 3G/4G 公共通信網(wǎng)絡(luò)，TCP/IP 協(xié)議采集數(shù)據(jù)上傳中控室； 授時(shí)時(shí)鐘精度：≤1ms；

(5) GSM（3G/4G）和同步授時(shí)時(shí)鐘天線
(6) 不銹鋼控制箱及電源附件
(7) 通信方式：3G/4G 無線通信
(8) 監(jiān)測(cè)分析平臺(tái)軟件：客戶端服務(wù)器安裝方式
(9) 電源：太陽能供電，帶有鋰電池，容量需滿足現(xiàn)場(chǎng)傳感器和 RTU傳輸裝置沒有日照 20 天情況，繼續(xù)保持正常工作。
(10) 供電冗余：RTU 本體需內(nèi)置鋰電池和外部太陽能供電，互為備用。

（2）分布式光纖聲波振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

PCCP的強(qiáng)度取決于纏繞在管芯上的高強(qiáng)鋼絲，鋼絲在管芯上產(chǎn)生均勻的壓預(yù)應(yīng)力，能夠抵償由內(nèi)壓和外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。如果鋼絲發(fā)生斷裂，所在部位管道強(qiáng)度下降。如果同一部位出現(xiàn)更多斷絲，管道強(qiáng)度顯著降低，最終導(dǎo)致爆管。PCCP爆管具有突發(fā)性、災(zāi)難性，事先沒有征兆。再一個(gè)可以監(jiān)測(cè)防第三方開挖等破壞動(dòng)作，爆管發(fā)生后，并不僅僅限于管道供水中斷，還會(huì)引起交通、環(huán)境、衛(wèi)生等公共安全事故。PCCP發(fā)生斷絲時(shí)，能量釋放發(fā)出聲音，或者第三方挖機(jī)作業(yè)的時(shí)候引起管道振動(dòng)。作用在光纜上，使光纖出現(xiàn)輕微變形，導(dǎo)致光反射。反射信號(hào)被測(cè)量，以此判斷是否出現(xiàn)斷絲或者第三方引起的。數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉到y(tǒng)，系統(tǒng)識(shí)別出反映斷絲特征的信號(hào)，通過Internet傳輸?shù)街醒胩幚碓O(shè)備，經(jīng)過分析處理后，就能即時(shí)確定斷絲數(shù)量，定位斷絲位置。

系統(tǒng)配置要求：

1、振動(dòng)傳感光纜?

單模光纖，2 芯光纜，抗拉力 2000N，最小彎曲半徑 25cm；滿足《ITU-T G.652：2005 單模光纖光纜的特性》規(guī)定的 1310nm 波長(zhǎng)條件下的衰減系數(shù)不大于 0.35dB/km，1550nm 波長(zhǎng)條件下的衰減系數(shù)不大于 0.20dB/km 的規(guī)定。
2、數(shù)據(jù)采集主機(jī)?

能夠監(jiān)測(cè)、記錄、定位光纖聲音事件的所有設(shè)備；斷絲定位精度±2m；采用間隔 0.5m；測(cè)量時(shí)間 1s；測(cè)量通道 4通道（可定制）；震動(dòng)信號(hào)帶寬 ＜5kHz；光纖接口 FC/APC。

（3）分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)

路面車輛輾壓、地面建筑物占?jí)?、設(shè)計(jì)、施工及材料存在的瑕疵、地下水的影響、地展、采空區(qū)沉降等諸多因素，會(huì)導(dǎo)致地下空間結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降和變形塌陷，從而影響地下管道的形變。采用分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)通過對(duì)地鐵、隧道、管廊的沉降和變形監(jiān)測(cè)可實(shí)現(xiàn)地面塌陷預(yù)警。該技術(shù)主要利用光纖中任意點(diǎn)受激布里淵頻移與該處應(yīng)變的比例關(guān)系，通過受激布里淵光時(shí)域反射原理進(jìn)行應(yīng)變量解算和定位。已形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，性能達(dá)到國際XIAN進(jìn)水平。

?

系統(tǒng)配置要求：

1、應(yīng)變傳感光纜?

單模光纖，2 芯光纜，抗拉力 2000N，最小彎曲半徑 25cm；滿足《ITU-T G.652：2005 單模光纖光纜的特性》規(guī)定的 1310nm 波長(zhǎng)條件下的衰減系數(shù)不大于 0.35dB/km，1550nm 波長(zhǎng)條件下的衰減系數(shù)不大于 0.20dB/km 的規(guī)定。
2、數(shù)據(jù)采集主機(jī)?

測(cè)量距離：雙向 100Km;
空間分辨率：0.4m；
測(cè)量時(shí)間：20s~3min；
應(yīng)變量程：±15000με
應(yīng)變精度：±20με
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：報(bào)警數(shù)據(jù)記錄、查詢功能
報(bào)警信號(hào)輸出：通過RS232、RJ45接口以及繼電器輸出、網(wǎng)絡(luò)傳輸；

（4）監(jiān)測(cè)軟件功能：

在線監(jiān)測(cè)和分析軟件平臺(tái)基于 web 瀏覽器界面（B/S 構(gòu)架），必須基于管線 GIS 數(shù)據(jù)，可提供用戶一個(gè)可視化的界面查看傳感器位置信息、管網(wǎng)圖和其他的分析結(jié)果，并會(huì)為用戶提供可交互式的、統(tǒng)一的報(bào)警列表界面。

(1、識(shí)別和展示管線壓力瞬變水錘事件（水泵開停、閥門開閉、施工、沖洗、排氣故障等），在線記錄顯示水錘壓力變化曲線，實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并確定壓力瞬變?cè)春投ㄎ唬?br /> (2、基于管內(nèi) 3bar 運(yùn)行壓力以上，實(shí)現(xiàn) 300 升/分以上的爆管實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，通過時(shí)鐘同步技術(shù)確定爆管位置，精度±30 米范圍；
(3、壓力瞬變（水錘）分析，結(jié)合供水帶壓管道（GIS）材質(zhì)、管齡、管徑等等參數(shù)，基于現(xiàn)場(chǎng)存在的壓力瞬變強(qiáng)度和數(shù)量，評(píng)估管道的爆管風(fēng)險(xiǎn)，并展示危險(xiǎn)管線的區(qū)域；
(4、監(jiān)測(cè)傳感器安裝位置周邊跑冒滴漏的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn) 120 升/分微小漏 水監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)通過頻譜分析功能實(shí)現(xiàn)報(bào)警；
(5、管線異常事件管理，完整、準(zhǔn)確掌握輸水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，通過高頻壓力和聲納數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排氣閥工作狀態(tài)；
(6、系統(tǒng)能夠機(jī)器自學(xué)習(xí)輸水模式，幫助用戶快速判斷給水系統(tǒng)問題，提高管線運(yùn)行的可靠性、安全性，基于供水壓力實(shí)現(xiàn)供水調(diào)度，并及時(shí)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常，提高調(diào)度管理的效率和水平。

審核編輯：符乾江