CN100425996C - 用于输油气管线安全防盗的电测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于油气管线在线实时监测、报警的防盗安全检测方法。本方法是以油气管线中原始电位大小为基础，实时检测管道上的电位，一旦超常就将这些电位幅值与其原始电位进行求差，形成电位差ΔU和检测点位置的数组，再进行数值拟合成为二次曲线，通过求极值驻点确定管线被盗窃破坏时产生的漏电点的位置；如果检测点确定了管线上存在电位波动异常的电干扰，如在油气管线上焊接载阀时所产生的焊接干扰、短路干扰等，就对该异常信号进行衰减规律换算，判断出异常波动信号发生的位置。

Description

用于输油气管线安全防盗的电测方法

技术领域

本发明属于在线实时监测、报警领域，特别是一种用于油气管线的防盗安全检测方法。

背景技术

随着石油和天然气输运管线的延伸，其安全问题也日益突出，油气管线的原油一旦泄漏，不但直接形成经济损失，而且还会造成周围环境的污染。目前，油气管线的泄漏造成的经济损失每年达数千万元，虽然石油公司投入众多器材与人力，但是效果并不明显。通常打孔盗油的步骤是：进入现场→挖开管道→剥离保护层→焊接载阀→钻孔和冲孔→连接软管→放油→土方回填→撤离现场。随着油气储运公司对管线巡逻进展的力度加大，上述的打孔盗油步骤可能分工和分解实施，以便减小一次作业的时间周期，这又给在线检测其安全性增加了新的困难。

现有的油气管线在线检测技术有流量监测和声波检测。

目前国内输油气管线基本上使用的是SCADA系统，该系统主要利用流量计分析油气的泄漏量，并采用负压波技术对管线的泄漏点进行侦测和定位。但该系统对通过地道隐蔽，长期小流量盗油没有感应能力；对其它的打孔盗油步骤(如焊接载阀、钻孔和冲孔)，该系统也无法分辨和定位。

中国专利01120311所公开的油气管线防盗报警系统和以色列HADAS公司的管道安全预警系统都是通过对声波进行监测、分析来判断管线是否安全。该系统的不足之处是：难以完全避免声波干扰，误警率较高；探测距离短(通常在1km内)，而且系统分布过于集中，容易遭到破坏，维护极其不方便等；另外，此类系统的成本也较高。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种判断及时、准确，特别是当输油气管道的保护层遭到破坏或在管道上进行载阀焊接时即可进行报警，并能够对盗油点定位的一种用于输油气管线安全防盗的电测方法。

本发明的思路是：鉴于目前绝大多数输油气管线都进行了阴极防腐保护处理，本申请人采用检测管道电参数(如阴极电位)超常以及电参数波动异常的方法来预警油气管道的安全。

在检测电参数超常时，以油气管线中原始电位大小为基础，各子站实时检测管道上的电位，一旦超常就将这些电位幅值与其原始电位进行求差，形成电位差ΔU和检测点位置的数组，再进行数值拟合成为二次曲线，通过求极值驻点确定管线被盗窃破坏时产生的漏电点的位置；

在检测电参数波动异常时，如果检测点确定了管线上存在电位波动异常的电干扰(如在油气管线上焊接载阀时所产生的焊接干扰、短路干扰等)，就对该异常信号进行衰减规律换算，判断出异常波动信号发生的位置。

解决上述问题的技术方案是：所提供的用于输油气管线安全防盗的电测方法如下：

1)在被监测的输油气管线上每隔一定距离设置一个子站，每个子站均安装有检测油气管道和大地之间的阴极电位检测仪；在被监测的输油气管线的油气运输加压站设置一个基站，该基站配备有用于接收子站信号、分析信号、报警和发送指令的软件系统；

2)各子站采集油气管道原始的稳态阴极电位并传回基站，基站以此稳态阴极电位作为该子站的基准；这里所说的原始的稳态阴极电位是指油气管道在安全状态下自身的稳态阴极电位；

3)根据上述基准，设置各子站的实时检测油气管道稳态阴极电位的触发门槛；

4)各子站通过低通滤波实时检测油气管道上的稳态阴极电位，如果电位幅值超出所设的触发门槛值，子站将此电位值和子站的位置编码传给基站；

5)基站将上述4)传来的电位与上述2)中的子站基准进行求差，形成电位差和子站位置的数组；

6)根据上述的电位差和子站位置的数组，进行离散数据的二次曲线拟合，求出曲线的极值驻点，则该驻点即为管线受破坏时产生的漏电点的位置，基站发出预警；

7)根据对各子站在安全状态下电位波动的实际测试结果，设置实时检测油气管道电位波动的高通滤波带和触发门槛；

8)各子站通过高通滤波实时检测管线上的电位波动信号，如果电位波动超出所设的固定触发门槛值，则提取波动信号的特征参数，并将此特征参数和子站的位置编码传给基站；

9)将相邻两个子站传来的特征参数与位置编码组成位置和特征参数的数据组；

10)基站利用上述的数据组，根据电波信号的衰减规律和相邻两个子站的信息对比，即可确定出因非正常情况所产生的电波干扰的发生位置，基站发出预警。

上述子站的设置不受管线长短限制，但是子站的间隔距离通常应在3～5km之内。

上述所说的实时检测油气管道上的稳态阴极电位的采样频率为3～100Hz。

上述所说的实时检测油气管道稳态阴极电位的触发门槛值为1.2U₀～1.5U₀，其中U₀是油气管道的基准电位。

上述所说的实时检测管线上的电位波动信号的采样频率为10KHz～1MHz。

上述所说的电位波动信号的特征参数是指波动信号的频率、功率幅值；

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.与现有的SCADA系统相比较，本发明能够在盗油实施过程中提前发现，为巡逻员赶赴现场争取了较多的时间空间；同时能够发现油气管线上非法安装的阀门，为埋伏打击不法分子提供现场；

2.与现有的声感应技术相比较，本发明能够实现大跨距监测，减少设备的复杂程度，降低设备的购买、安装、运行和维护成本，提高系统的稳定性；

3.由于阴极电位信号受到的干扰相对少，相对固定，所以本发明不容易产生误报和虚警；

4.本发明不但能够防盗，而且还可以拓展到油气管线上的防腐应用，跟踪油气管线防腐质量运行状况，提供管道的阴极保护翻修依据；

5.本发明能够实现全天候在线监测，且不影响正常的生产和运行。

附图说明

图1是本发明的监测系统组成原理示意图。

图2是本发明的在油气管线上子站和基站的分布图。

图3是本发明的在油气管线上检测的焊接干扰信号时域图。

图4是与图3相对应的快速傅里叶变换图。

图5是本发明的分布测点电位和二次拟合曲线的定位图解。

具体实施方式

下面接合图1、图2对本发明的检测系统及流程加以详细说明：

如图1所示：本发明的监测系统主要由子站的电位数字采集模块1、DSP微处理器2、通信模块3、管线阴极电位4和基站的系统软件5组成，其中阴极电位的数字采集模块1包括：地桩11、高通滤波12、低通滤波13、电位波动触发门槛14、高速A/D转换器15、指令控制开关16、电位幅值触发门槛17、低速A/D转换器18。

本发明采用双通道实时检测被监测油气管线的阴极电位4：一路通道为低频通道，采集管道处于安全条件下的稳态阴极电位均方值，并以此作为基准来评估电位是否超常；另一路通道为高频通道，采集瞬态条件下的电位波动信号，判断干扰特征。

如图2所示：本发明的基站21放置在油气运输加压站22内，这样能够得到电力供应保证。在油气管线上设有若干子站26，各子站的分布间距约为5km。基站与子站间的信息传输通过无线或公用网完成，子站监测电参数的两极分别是标准接地桩24和油气管道23，金属油气管道23已经进行了阴极防腐保护处理，即管道23外面设有防腐绝缘层25。

具体的监测过程如下：

1)由基站5通过通讯模块3发出指令，通知各个子站启动系统自检和初始化程序，并通过微处理器2和指令控制开关16，采集原始的稳态阴极电位传回基站，基站以此稳态电位作为该子站的基准U₀；

2)根据上述基准，各子站自动设置自己的触发门槛，门槛值为1.2U₀～1.5U₀；

3)各子站完成上述的系统自检和初始化以后，进入安全预警监测状态；

4)各子站通过低通滤波13实时检测油气管道上的稳态电位，采样频率为3～100Hz。如果某个子站所测得的电位幅值超出门槛值，则经过A/D变换器18，并通过通讯模块3将此电位值和该子站的位置编码传回基站；

5)基站将上述传回来的电位与该子站的自身基准进行求差，形成电位差和该子站位置的数组；

6)根据上述的子站位置和电位差数组，将形成的离散数组拟合成二次曲线U＝a₀+a₁s+a₂s²，式中U是电位值(伏特)，a₀、a₁、a₂是待定的拟合系数；s是距离(米)。求出曲线的极值驻点，则该驻点即为不安全情况的发生位置；

7)另外，根据对各子站电位波动的实际测试结果，设置实时检测油气管道电位波动的高通滤波带和触发门槛，其采样频率为10KHz～1MHz，门槛值为1.5U₀～2.0U₀，主要监测盗油者焊接载阀时所引起的电位波动；

8)各子站通过高通滤波12实时检测管线上的电位波动信号，如果电位波动超出门槛值，则经过A/D转换器15进入微处理器2进行频谱分析，提取波动信号的特征参数，然后通过通讯模块将该子站的此特征参数和位置编码传回基站；

9)相邻两个子站将上述8)传回来的特征参数与位置编码，组成位置和特征参数的数据组；

10)基站利用上述的数据组，在固定频段和固定导体上，根据电波干扰信号的指数衰减规律U(x)＝U₀·exp(-α·x)，式中：U(x)是电位波动幅值函数；U₀是初始值；exp(^*)是自然指数函数；α是衰减系数；x传播距离，计算出干扰的大致位置，并通过相邻两个子站的信息对比，即可进一步确定电波干扰的发生位置。

实例1：对油气管线上进行焊接的监测；

焊接地点：距离测试点(即子站，子站间距设为5公里)3km；

焊接方式：220V交流焊机焊接；

焊接对象：油气管线某驻点的延伸线；

测试环境：天气晴朗，地面干燥，气温25℃

采集方式：负极接入油气管线，正极接地；采样频率取10kHz，触发门槛值为1.5V

采集工具：Tektronix TDS220示波仪；

测试结果如图3所示的时域图：坐标横轴是时间秒钟，坐标纵轴是电位(伏特)；信号中a是交流电缆搭接产生的电干扰，b是油气管线中信号的背景噪音，c是焊接时产生的电波动干扰。

测试结果如图4所示的FFT变换频谱图：坐标横轴是频率赫兹，坐标纵轴是幅值(伏特)；信号中I是焊接干扰信号频率中的主峰值，II是焊接干扰信号的次峰值，III是焊接干扰信号的三峰值等等，可以看出干扰信号的主峰值频率在200Hz到100Hz之间。

针对具体干扰信号的频率和具体管线的传播媒介，可以形成电波干扰信号传播衰减规律的经验公式U(x)＝220·exp(-2.2701·E-3·x)，式中E-3是十进制科学计数，表示十的负三次方。根据这个衰减规律，所计算出的焊点位置的误差为5.37％。

实例2：短路电位的监测

测试地点：测试分布点间距为1km/点

测试方式：两端4V直流供电，电线接电池负极，大地接电池正极

测试对象：短路接地的电缆线

测试环境：天气晴朗，地面潮湿，气温16℃

测试方式：测试设备的正极接入大地；负极接电缆

测试工具：数字式高精度电压测试装置

触发门槛值为4.80V，采样频率取100Hz

测试结果如图5所示：坐标横轴是距离基站的距离(米)，坐标纵轴是电位(伏特)；曲线中A是某个分布测点的电位，B是测点电位的二次拟合曲线，D是预先设置的短路点，短路位置距离坐标原点8公里。二次拟合曲线的数学表达式为：U＝4.02033-1.60712E-4·s+9.4697E-9·s²，式中U是电位(伏特)，E是十进制的科学计数，s是距离(米)。根据极值驻点的计算方法，所得出短路接地位置的误差为4.87％。

Claims (5)

1、 一种用于输油气管线安全防盗的电测方法

1)在被监测的输油气管线上每隔3～5km设置一个子站，每个子站均安装有检测油气管道和大地之间的阴极电位检测仪；在被监测的输油气管线的油气运输加压站设置一个基站，该基站配备有用于接收子站信号、分析信号、报警和发送指令的软件系统；

2)各子站采集油气管道原始的稳态阴极电位并传回基站，基站以此稳态阴极电位作为该子站的基准；

3)根据上述基准，设置各子站的实时检测油气管道稳态阴极电位的触发门槛；

4)各子站通过低通滤波实时检测油气管道上的稳态阴极电位，如果电位幅值超出所设的触发门槛值，子站将此电位值和子站的位置编码传给基站；

5)基站将上述4)传来的电位与上述2)中的子站基准进行求差，形成电位差和子站位置的数组；

6)根据上述的电位差和子站位置的数组，进行离散数据的次曲线拟合，求出曲线的极值驻点，则该驻点即为管线受破坏时产生的漏电点的位置，基站发出预警；

7)根据对各子站在安全状态下电位波动的实际测试结果，设置实时检测油气管道电位波动的高通滤波带和触发门槛；

8)各子站通过高通滤波实时检测管线上的电位波动信号，如果电位波动超出所设的固定触发门槛值，则提取波动信号的特征参数，并将此特征参数和子站的位置编码传给基站；

9)将相邻两个子站传来的特征参数与位置编码组成位置和特征参数的数据组；

10)基站利用上述的数据组，根据电波信号的衰减规律和相邻两个子站的信息对比，即可确定出因非正常情况所产生的电波干扰的发生位置，基站发出预警。

2、 根据权利要求1所述的电测方法，其特征是所说的实时检测油气管道上的稳态阴极电位的采样频率为3～100Hz。

3、 根据权利要求1或2所述的电测方法，其特征是所说的实时检测油气管道稳态阴极电位的触发门槛值为1.2 U₀～1.5U₀，其中U₀是油气管道的基准电位。

4、 根据权利要求1或2所述的电测方法，其特征是所说的实时检测管线上的电位波动信号的采样频率为10KHz～1MHz。

5、 根据权利要求4所述的电测方法，其特征是所说的实时检测管线上电位波动信号的触发门槛值为1.5U₀～2.0U₀，其中U₀是油气管道的基准电位。

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