專利名稱：用于輸油氣管線安全防盜的電測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警領(lǐng)域，特別是一種用于油氣管線的防盜安全檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著石油和天然氣輸運(yùn)管線的延伸，其安全問題也日益突出，油氣管線的原油一旦泄漏，不但直接形成經(jīng)濟(jì)損失，而且還會(huì)造成周圍環(huán)境的污染。目前，油氣管線的泄漏造成的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)數(shù)千萬元，雖然石油公司投入眾多器材與人力，但是效果并不明顯。通常打孔盜油的步驟是進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)→挖開管道→剝離保護(hù)層→焊接載閥→鉆孔和沖孔→連接軟管→放油→土方回填→撤離現(xiàn)場(chǎng)。隨著油氣儲(chǔ)運(yùn)公司對(duì)管線巡邏進(jìn)展的力度加大，上述的打孔盜油步驟可能分工和分解實(shí)施，以便減小一次作業(yè)的時(shí)間周期，這又給在線檢測(cè)其安全性增加了新的困難。
現(xiàn)有的油氣管線在線檢測(cè)技術(shù)有流量監(jiān)測(cè)和聲波檢測(cè)。
目前國內(nèi)輸油氣管線基本上使用的是SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要利用流量計(jì)分析油氣的泄漏量，并采用負(fù)壓波技術(shù)對(duì)管線的泄漏點(diǎn)進(jìn)行偵測(cè)和定位。但該系統(tǒng)對(duì)通過地道隱蔽，長期小流量盜油沒有感應(yīng)能力；對(duì)其它的打孔盜油步驟(如焊接載閥、鉆孔和沖孔)，該系統(tǒng)也無法分辨和定位。
中國專利01120311所公開的油氣管線防盜報(bào)警系統(tǒng)和以色列HADAS公司的管道安全預(yù)警系統(tǒng)都是通過對(duì)聲波進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析來判斷管線是否安全。該系統(tǒng)的不足之處是難以完全避免聲波干擾，誤警率較高；探測(cè)距離短(通常在1km內(nèi))，而且系統(tǒng)分布過于集中，容易遭到破壞，維護(hù)極其不方便等；另外，此類系統(tǒng)的成本也較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種判斷及時(shí)、準(zhǔn)確，特別是當(dāng)輸油氣管道的保護(hù)層遭到破壞或在管道上進(jìn)行載閥焊接時(shí)即可進(jìn)行報(bào)警，并能夠?qū)ΡI油點(diǎn)定位的一種用于輸油氣管線安全防盜的電測(cè)方法。
本發(fā)明的思路是鑒于目前絕大多數(shù)輸油氣管線都進(jìn)行了陰極防腐保護(hù)處理，本申請(qǐng)人采用檢測(cè)管道電參數(shù)(如陰極電位)超常以及電參數(shù)波動(dòng)異常的方法來預(yù)警油氣管道的安全。
在檢測(cè)電參數(shù)超常時(shí)，以油氣管線中原始電位大小為基礎(chǔ)，各子站實(shí)時(shí)檢測(cè)管道上的電位，一旦超常就將這些電位幅值與其原始電位進(jìn)行求差，形成電位差ΔU和檢測(cè)點(diǎn)位置的數(shù)組，再進(jìn)行數(shù)值擬合成為二次曲線，通過求極值駐點(diǎn)確定管線被盜竊破壞時(shí)產(chǎn)生的漏電點(diǎn)的位置；在檢測(cè)電參數(shù)波動(dòng)異常時(shí)，如果檢測(cè)點(diǎn)確定了管線上存在電位波動(dòng)異常的電干擾(如在油氣管線上焊接載閥時(shí)所產(chǎn)生的焊接干擾、短路干擾等)，就對(duì)該異常信號(hào)進(jìn)行衰減規(guī)律換算，判斷出異常波動(dòng)信號(hào)發(fā)生的位置。
解決上述問題的技術(shù)方案是所提供的用于輸油氣管線安全防盜的電測(cè)方法如下1)在被監(jiān)測(cè)的輸油氣管線上每隔一定距離設(shè)置一個(gè)子站，每個(gè)子站均安裝有檢測(cè)油氣管道和大地之間的陰極電位檢測(cè)儀；在被監(jiān)測(cè)的輸油氣管線的油氣運(yùn)輸加壓站設(shè)置一個(gè)基站，該基站配備有用于接收子站信號(hào)、分析信號(hào)、報(bào)警和發(fā)送指令的軟件系統(tǒng)；2)各子站采集油氣管道原始的穩(wěn)態(tài)陰極電位并傳回基站，基站以此穩(wěn)態(tài)陰極電位作為該子站的基準(zhǔn)；這里所說的原始的穩(wěn)態(tài)陰極電位是指油氣管道在安全狀態(tài)下自身的穩(wěn)態(tài)陰極電位；3)根據(jù)上述基準(zhǔn)，設(shè)置各子站的實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道穩(wěn)態(tài)陰極電位的觸發(fā)門檻；
4)各子站通過低通濾波實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道上的穩(wěn)態(tài)陰極電位，如果電位幅值超出所設(shè)的觸發(fā)門檻值，子站將此電位值和子站的位置編碼傳給基站；5)基站將上述4)傳來的電位與上述2)中的子站基準(zhǔn)進(jìn)行求差，形成電位差和子站位置的數(shù)組；6)根據(jù)上述的電位差和子站位置的數(shù)組，進(jìn)行離散數(shù)據(jù)的二次曲線擬合，求出曲線的極值駐點(diǎn)，則該駐點(diǎn)即為管線受破壞時(shí)產(chǎn)生的漏電點(diǎn)的位置，基站發(fā)出預(yù)警；7)根據(jù)對(duì)各子站在安全狀態(tài)下電位波動(dòng)的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，設(shè)置實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道電位波動(dòng)的高通濾波帶和觸發(fā)門檻；8)各子站通過高通濾波實(shí)時(shí)檢測(cè)管線上的電位波動(dòng)信號(hào)，如果電位波動(dòng)超出所設(shè)的固定觸發(fā)門檻值，則提取波動(dòng)信號(hào)的特征參數(shù)，并將此特征參數(shù)和子站的位置編碼傳給基站；9)將相鄰兩個(gè)子站傳來的特征參數(shù)與位置編碼組成位置和特征參數(shù)的數(shù)據(jù)組；10)基站利用上述的數(shù)據(jù)組，根據(jù)電波信號(hào)的衰減規(guī)律和相鄰兩個(gè)子站的信息對(duì)比，即可確定出因非正常情況所產(chǎn)生的電波干擾的發(fā)生位置，基站發(fā)出預(yù)警。
上述子站的設(shè)置不受管線長短限制，但是子站的間隔距離通常應(yīng)在3～5km之內(nèi)。
上述所說的實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道上的穩(wěn)態(tài)陰極電位的采樣頻率為3～100Hz。
上述所說的實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道穩(wěn)態(tài)陰極電位的觸發(fā)門檻值為1.2U0～1.5U0，其中U0是油氣管道的基準(zhǔn)電位。
上述所說的實(shí)時(shí)檢測(cè)管線上的電位波動(dòng)信號(hào)的采樣頻率為10KHz～1MHz。
上述所說的電位波動(dòng)信號(hào)的特征參數(shù)是指波動(dòng)信號(hào)的頻率、功率幅值；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.與現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)相比較，本發(fā)明能夠在盜油實(shí)施過程中提前發(fā)現(xiàn)，為巡邏員趕赴現(xiàn)場(chǎng)爭(zhēng)取了較多的時(shí)間空間；同時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)油氣管線上非法安裝的閥門，為埋伏打擊不法分子提供現(xiàn)場(chǎng)；2.與現(xiàn)有的聲感應(yīng)技術(shù)相比較，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大跨距監(jiān)測(cè)，減少設(shè)備的復(fù)雜程度，降低設(shè)備的購買、安裝、運(yùn)行和維護(hù)成本，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3.由于陰極電位信號(hào)受到的干擾相對(duì)少，相對(duì)固定，所以本發(fā)明不容易產(chǎn)生誤報(bào)和虛警；4.本發(fā)明不但能夠防盜，而且還可以拓展到油氣管線上的防腐應(yīng)用，跟蹤油氣管線防腐質(zhì)量運(yùn)行狀況，提供管道的陰極保護(hù)翻修依據(jù)；5.本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)全天候在線監(jiān)測(cè)，且不影響正常的生產(chǎn)和運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成原理示意圖。
圖2是本發(fā)明的在油氣管線上子站和基站的分布圖。
圖3是本發(fā)明的在油氣管線上檢測(cè)的焊接干擾信號(hào)時(shí)域圖。
圖4是與圖3相對(duì)應(yīng)的快速傅里葉變換圖。
圖5是本發(fā)明的分布測(cè)點(diǎn)電位和二次擬合曲線的定位圖解。
具體實(shí)施例方式
下面接合圖1、圖2對(duì)本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)及流程加以詳細(xì)說明如圖1所示本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由子站的電位數(shù)字采集模塊1、DSP微處理器2、通信模塊3、管線陰極電位4和基站的系統(tǒng)軟件5組成，其中陰極電位的數(shù)字采集模塊1包括地樁11、高通濾波12、低通濾波13、電位波動(dòng)觸發(fā)門檻14、高速A/D轉(zhuǎn)換器15、指令控制開關(guān)16、電位幅值觸發(fā)門檻17、低速A/D轉(zhuǎn)換器18。
本發(fā)明采用雙通道實(shí)時(shí)檢測(cè)被監(jiān)測(cè)油氣管線的陰極電位4一路通道為低頻通道，采集管道處于安全條件下的穩(wěn)態(tài)陰極電位均方值，并以此作為基準(zhǔn)來評(píng)估電位是否超常；另一路通道為高頻通道，采集瞬態(tài)條件下的電位波動(dòng)信號(hào)，判斷干擾特征。
如圖2所示本發(fā)明的基站21放置在油氣運(yùn)輸加壓站22內(nèi)，這樣能夠得到電力供應(yīng)保證。在油氣管線上設(shè)有若干子站26，各子站的分布間距約為5km。基站與子站間的信息傳輸通過無線或公用網(wǎng)完成，子站監(jiān)測(cè)電參數(shù)的兩極分別是標(biāo)準(zhǔn)接地樁24和油氣管道23，金屬油氣管道23已經(jīng)進(jìn)行了陰極防腐保護(hù)處理，即管道23外面設(shè)有防腐絕緣層25。
具體的監(jiān)測(cè)過程如下1)由基站5通過通訊模塊3發(fā)出指令，通知各個(gè)子站啟動(dòng)系統(tǒng)自檢和初始化程序，并通過微處理器2和指令控制開關(guān)16，采集原始的穩(wěn)態(tài)陰極電位傳回基站，基站以此穩(wěn)態(tài)電位作為該子站的基準(zhǔn)U0；2)根據(jù)上述基準(zhǔn)，各子站自動(dòng)設(shè)置自己的觸發(fā)門檻，門檻值為1.2U0～1.5U0；3)各子站完成上述的系統(tǒng)自檢和初始化以后，進(jìn)入安全預(yù)警監(jiān)測(cè)狀態(tài)；4)各子站通過低通濾波13實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道上的穩(wěn)態(tài)電位，采樣頻率為3～100Hz。如果某個(gè)子站所測(cè)得的電位幅值超出門檻值，則經(jīng)過A/D變換器18，并通過通訊模塊3將此電位值和該子站的位置編碼傳回基站；5)基站將上述傳回來的電位與該子站的自身基準(zhǔn)進(jìn)行求差，形成電位差和該子站位置的數(shù)組；6)根據(jù)上述的子站位置和電位差數(shù)組，將形成的離散數(shù)組擬合成二次曲線U＝a0+a1s+a2s2，式中U是電位值(伏特)，a0、a1、a2是待定的擬合系數(shù)；s是距離(米)。求出曲線的極值駐點(diǎn)，則該駐點(diǎn)即為不安全情況的發(fā)生位置；
7)另外，根據(jù)對(duì)各子站電位波動(dòng)的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，設(shè)置實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道電位波動(dòng)的高通濾波帶和觸發(fā)門檻，其采樣頻率為10KHz～1MHz，門檻值為1.5U0～2.0U0，主要監(jiān)測(cè)盜油者焊接載閥時(shí)所引起的電位波動(dòng)；8)各子站通過高通濾波12實(shí)時(shí)檢測(cè)管線上的電位波動(dòng)信號(hào)，如果電位波動(dòng)超出門檻值，則經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器15進(jìn)入微處理器2進(jìn)行頻譜分析，提取波動(dòng)信號(hào)的特征參數(shù)，然后通過通訊模塊將該子站的此特征參數(shù)和位置編碼傳回基站；9)相鄰兩個(gè)子站將上述8)傳回來的特征參數(shù)與位置編碼，組成位置和特征參數(shù)的數(shù)據(jù)組；10)基站利用上述的數(shù)據(jù)組，在固定頻段和固定導(dǎo)體上，根據(jù)電波干擾信號(hào)的指數(shù)衰減規(guī)律U(x)＝U0·exp(-α·x)，式中U(x)是電位波動(dòng)幅值函數(shù)；U0是初始值；exp(*)是自然指數(shù)函數(shù)；α是衰減系數(shù)；x傳播距離，計(jì)算出干擾的大致位置，并通過相鄰兩個(gè)子站的信息對(duì)比，即可進(jìn)一步確定電波干擾的發(fā)生位置。
實(shí)例1對(duì)油氣管線上進(jìn)行焊接的監(jiān)測(cè)；焊接地點(diǎn)距離測(cè)試點(diǎn)(即子站，子站間距設(shè)為5公里)3km；焊接方式220V交流焊機(jī)焊接；焊接對(duì)象油氣管線某駐點(diǎn)的延伸線；測(cè)試環(huán)境天氣晴朗，地面干燥，氣溫25℃采集方式負(fù)極接入油氣管線，正極接地；采樣頻率取10kHz，觸發(fā)門檻值為1.5V采集工具Tektronix TDS220示波儀；測(cè)試結(jié)果如圖3所示的時(shí)域圖坐標(biāo)橫軸是時(shí)間秒鐘，坐標(biāo)縱軸是電位(伏特)；信號(hào)中a是交流電纜搭接產(chǎn)生的電干擾，b是油氣管線中信號(hào)的背景噪音，c是焊接時(shí)產(chǎn)生的電波動(dòng)干擾。
測(cè)試結(jié)果如圖4所示的FFT變換頻譜圖坐標(biāo)橫軸是頻率赫茲，坐標(biāo)縱軸是幅值(伏特)；信號(hào)中I是焊接干擾信號(hào)頻率中的主峰值，II是焊接干擾信號(hào)的次峰值，III是焊接干擾信號(hào)的三峰值等等，可以看出干擾信號(hào)的主峰值頻率在200Hz到100Hz之間。
針對(duì)具體干擾信號(hào)的頻率和具體管線的傳播媒介，可以形成電波干擾信號(hào)傳播衰減規(guī)律的經(jīng)驗(yàn)公式U(x)＝220·exp(-2.2701·E-3·x)，式中E-3是十進(jìn)制科學(xué)計(jì)數(shù)，表示十的負(fù)三次方。根據(jù)這個(gè)衰減規(guī)律，所計(jì)算出的焊點(diǎn)位置的誤差為5.37％。
實(shí)例2短路電位的監(jiān)測(cè)測(cè)試地點(diǎn)測(cè)試分布點(diǎn)間距為1km/點(diǎn)測(cè)試方式兩端4V直流供電，電線接電池負(fù)極，大地接電池正極測(cè)試對(duì)象短路接地的電纜線測(cè)試環(huán)境天氣晴朗，地面潮濕，氣溫16℃測(cè)試方式測(cè)試設(shè)備的正極接入大地；負(fù)極接電纜測(cè)試工具數(shù)字式高精度電壓測(cè)試裝置觸發(fā)門檻值為4.80V，采樣頻率取100Hz測(cè)試結(jié)果如圖5所示坐標(biāo)橫軸是距離基站的距離(米)，坐標(biāo)縱軸是電位(伏特)；曲線中A是某個(gè)分布測(cè)點(diǎn)的電位，B是測(cè)點(diǎn)電位的二次擬合曲線，D是預(yù)先設(shè)置的短路點(diǎn)，短路位置距離坐標(biāo)原點(diǎn)8公里。二次擬合曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為U＝4.02033-1.60712E-4·s+9.4697E-9·s2，式中U是電位(伏特)，E是十進(jìn)制的科學(xué)計(jì)數(shù)，s是距離(米)。根據(jù)極值駐點(diǎn)的計(jì)算方法，所得出短路接地位置的誤差為4.87％。
權(quán)利要求
1.一種用于輸油氣管線安全防盜的電測(cè)方法1)在被監(jiān)測(cè)的輸油氣管線上每隔一定距離設(shè)置一個(gè)子站，每個(gè)子站均安裝有檢測(cè)油氣管道和大地之間的陰極電位檢測(cè)儀；在被監(jiān)測(cè)的輸油氣管線的油氣運(yùn)輸加壓站設(shè)置一個(gè)基站，該基站配備有用于接收子站信號(hào)、分析信號(hào)、報(bào)警和發(fā)送指令的軟件系統(tǒng)；2)各子站采集油氣管道原始的穩(wěn)態(tài)陰極電位并傳回基站，基站以此穩(wěn)態(tài)陰極電位作為該子站的基準(zhǔn)；3)根據(jù)上述基準(zhǔn)，設(shè)置各子站的實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道穩(wěn)態(tài)陰極電位的觸發(fā)門檻；4)各子站通過低通濾波實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道上的穩(wěn)態(tài)陰極電位，如果電位幅值超出所設(shè)的觸發(fā)門檻值，子站將此電位值和子站的位置編碼傳給基站；5)基站將上述4)傳來的電位與上述2)中的子站基準(zhǔn)進(jìn)行求差，形成電位差和子站位置的數(shù)組；6)根據(jù)上述的電位差和子站位置的數(shù)組，進(jìn)行離散數(shù)據(jù)的二次曲線擬合，求出曲線的極值駐點(diǎn)，則該駐點(diǎn)即為管線受破壞時(shí)產(chǎn)生的漏電點(diǎn)的位置，基站發(fā)出預(yù)警；7)根據(jù)對(duì)各子站在安全狀態(tài)下電位波動(dòng)的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，設(shè)置實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道電位波動(dòng)的高通濾波帶和觸發(fā)門檻；8)各子站通過高通濾波實(shí)時(shí)檢測(cè)管線上的電位波動(dòng)信號(hào)，如果電位波動(dòng)超出所設(shè)的固定觸發(fā)門檻值，則提取波動(dòng)信號(hào)的特征參數(shù)，并將此特征參數(shù)和子站的位置編碼傳給基站；9)將相鄰兩個(gè)子站傳來的特征參數(shù)與位置編碼組成位置和特征參數(shù)的數(shù)據(jù)組；10)基站利用上述的數(shù)據(jù)組，根據(jù)電波信號(hào)的衰減規(guī)律和相鄰兩個(gè)子站的信息對(duì)比，即可確定出因非正常情況所產(chǎn)生的電波干擾的發(fā)生位置，基站發(fā)出預(yù)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電測(cè)方法，其特征是所說的實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道上的穩(wěn)態(tài)陰極電位的采樣頻率為3～100Hz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電測(cè)方法，其特征是所說的實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣管道穩(wěn)態(tài)陰極電位的觸發(fā)門檻值為1.2U0～1.5U0，其中U0是油氣管道的基準(zhǔn)電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電測(cè)方法，其特征是所說的實(shí)時(shí)檢測(cè)管線上的電位波動(dòng)信號(hào)的采樣頻率為10KHz～1MHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電測(cè)方法，其特征是所說的實(shí)時(shí)檢測(cè)管線上電位波動(dòng)信號(hào)的觸發(fā)門檻值為1.5U0～2.0U0，其中U0是油氣管道的基準(zhǔn)電位。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于油氣管線在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警的防盜安全檢測(cè)方法。本方法是以油氣管線中原始電位大小為基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)檢測(cè)管道上的電位，一旦超常就將這些電位幅值與其原始電位進(jìn)行求差，形成電位差ΔU和檢測(cè)點(diǎn)位置的數(shù)組，再進(jìn)行數(shù)值擬合成為二次曲線，通過求極值駐點(diǎn)確定管線被盜竊破壞時(shí)產(chǎn)生的漏電點(diǎn)的位置；如果檢測(cè)點(diǎn)確定了管線上存在電位波動(dòng)異常的電干擾，如在油氣管線上焊接載閥時(shí)所產(chǎn)生的焊接干擾、短路干擾等，就對(duì)該異常信號(hào)進(jìn)行衰減規(guī)律換算，判斷出異常波動(dòng)信號(hào)發(fā)生的位置。
文檔編號(hào)G01R19/165GK1731200SQ20051004303
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者陶亮 申請(qǐng)人:陶亮