长距离输水管道泄漏监测技术解决方案的介绍

一、方案概述：大型长距离输水管道泄漏爆管事故严重威胁城市供水安全，出现泄漏爆管的原因有很多，水锤、气阻、管材、压力、形变、连接、使用年限、温度、填充物等等，本文由杭州迈煌科技有限公司施经理介绍一套管道泄露监测系统-长距离输水管道泄漏监测技术解决方案，从输水管压、管道形变、第三方入侵等方面考虑，涵盖了分布式光纤声波振动监测技术，分布式光纤温度应变监测技术，管道水声侦听监测技术这几个方面，可以监测相关物理参量，综合评价管道泄漏程度、定位管内泄漏位置、实现爆管预警的可能性。

二、技术分析：

（1）管道水声侦听监测技术

该技术主要针对管线压力瞬变水锤事件（水泵开停、阀门开闭、施工、冲洗、排气故障等），在排气阀位置上安装一体式传感器，必须包括高频压力传感器（辅助器件）和水声侦听传感器（这里主要指压电式水听器，另外还有一种光纤水听器），同时传感器接触到管道内的水。安装传感器位置间距的设置原则：500- 1000 米，现场条件在此间距范围内适当调整位置。传感器通过现场数据采集通信装置 RTU，以3G/4G 无线方式，将采集到数据传输到调度控制中心分析平台对管道进行实时监测和分析。

管道泄漏监测系统水声侦听监测

系统配置要求
(1) 现场硬件设备必须包含：
(2) 高频压力传感器

压力监测采集频率≥256Hz，以满足分析需求； 
量程：0～300psia ，需满足负压的监测； 
精度：≤0.1%FS
(3) 水听器

灵敏度：-172dB Vre: 1V/μPascal 
响应频率范围 ：20Hz-20KHz 
(4) 通信数据传输装置 RTU

压力采集精度大于等于 16 位；支持模拟量和音频信号接入，同时提供连接感器电源供电；支持 3G/4G 公共通信网络，TCP/IP 协议采集数据上传中控室； 授时时钟精度：≤1ms；

(5) GSM（3G/4G）和同步授时时钟天线
(6) 不锈钢控制箱及电源附件
(7) 通信方式：3G/4G 无线通信
(8) 监测分析平台软件：客户端服务器安装方式
(9) 电源：太阳能供电，带有锂电池，容量需满足现场传感器和 RTU传输装置没有日照 20 天情况，继续保持正常工作。
(10) 供电冗余：RTU 本体需内置锂电池和外部太阳能供电，互为备用。

（2）分布式光纤声波振动监测技术

PCCP的强度取决于缠绕在管芯上的高强钢丝，钢丝在管芯上产生均匀的压预应力，能够抵偿由内压和外荷载产生的拉应力。如果钢丝发生断裂，所在部位管道强度下降。如果同一部位出现更多断丝，管道强度显著降低，最终导致爆管。PCCP爆管具有突发性、灾难性，事先没有征兆。再一个可以监测防第三方开挖等破坏动作，爆管发生后，并不仅仅限于管道供水中断，还会引起交通、环境、卫生等公共安全事故。PCCP发生断丝时，能量释放发出声音，或者第三方挖机作业的时候引起管道振动。作用在光缆上，使光纤出现轻微变形，导致光反射。反射信号被测量，以此判断是否出现断丝或者第三方引起的。数据传输到采集系统，系统识别出反映断丝特征的信号，通过Internet传输到中央处理设备，经过分析处理后，就能即时确定断丝数量，定位断丝位置。

管道泄漏监测系统分布式光纤振动监测

系统配置要求：

1、振动传感光缆 

单模光纤，2 芯光缆，抗拉力 2000N，最小弯曲半径 25cm；满足《ITU-T G.652：2005 单模光纤光缆的特性》规定的 1310nm 波长条件下的衰减系数不大于 0.35dB/km，1550nm 波长条件下的衰减系数不大于 0.20dB/km 的规定。
2、数据采集主机 

能够监测、记录、定位光纤声音事件的所有设备；断丝定位精度±2m；采用间隔 0.5m；测量时间 1s；测量通道 4通道（可定制）；震动信号带宽 ＜5kHz；光纤接口 FC/APC。

（3）分布式光纤应变监测技术

路面车辆辗压、地面建筑物占压、设计、施工及材料存在的瑕疵、地下水的影响、地展、采空区沉降等诸多因素，会导致地下空间结构发生沉降和变形塌陷，从而影响地下管道的形变。采用分布式光纤应变传感技术通过对地铁、隧道、管廊的沉降和变形监测可实现地面塌陷预警。该技术主要利用光纤中任意点受激布里渊频移与该处应变的比例关系，通过受激布里渊光时域反射原理进行应变量解算和定位。已形成自主知识产权产品，性能达到国际XIAN进水平。

 

系统配置要求：

1、应变传感光缆 

单模光纤，2 芯光缆，抗拉力 2000N，最小弯曲半径 25cm；满足《ITU-T G.652：2005 单模光纤光缆的特性》规定的 1310nm 波长条件下的衰减系数不大于 0.35dB/km，1550nm 波长条件下的衰减系数不大于 0.20dB/km 的规定。
2、数据采集主机 

测量距离：双向 100Km;
空间分辨率：0.4m；
测量时间：20s~3min；
应变量程：±15000με
应变精度：±20με
数据存储：报警数据记录、查询功能
报警信号输出：通过RS232、RJ45接口以及继电器输出、网络传输；

（4）监测软件功能：

在线监测和分析软件平台基于 web 浏览器界面（B/S 构架），必须基于管线 GIS 数据，可提供用户一个可视化的界面查看传感器位置信息、管网图和其他的分析结果，并会为用户提供可交互式的、统一的报警列表界面。

长距离输水管道泄漏监测系统软件登入界面         

(1、识别和展示管线压力瞬变水锤事件（水泵开停、阀门开闭、施工、冲洗、排气故障等），在线记录显示水锤压力变化曲线，实现报警，并确定压力瞬变源和定位；
(2、基于管内 3bar 运行压力以上，实现 300 升/分以上的爆管实时监测和报警，通过时钟同步技术确定爆管位置，精度±30 米范围；
(3、压力瞬变（水锤）分析，结合供水带压管道（GIS）材质、管龄、管径等等参数，基于现场存在的压力瞬变强度和数量，评估管道的爆管风险，并展示危险管线的区域；
(4、监测传感器安装位置周边跑冒滴漏的现象，实现 120 升/分微小漏 水监测，系统通过频谱分析功能实现报警；
(5、管线异常事件管理，完整、准确掌握输水系统运行状态，通过高频压力和声纳数据实时监测排气阀工作状态；
(6、系统能够机器自学习输水模式，帮助用户快速判断给水系统问题，提高管线运行的可靠性、安全性，基于供水压力实现供水调度，并及时自动发现运行异常，提高调度管理的效率和水平。

审核编辑：符乾江