CN113721057B - 一种对低压管道偷气行为的快速判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对低压管道偷气行为的快速判断方法，步骤1、判断主干流量计和各个分支的客户流量计的总量是否匹配；步骤2、确定是否存在回拨偷气行为；步骤3、检测改线偷气行为；步骤4、对步骤3中的待分析对象，进一步分析其是否符合泄露模型，如果符合则判断为不存在偷气行为，如果存在则进行报警。

Description

一种对低压管道偷气行为的快速判断方法

技术领域

本发明涉及能源输送，具体涉及一种对低压管道偷气行为的快速判断方法。

背景技术

随着城市天然气管道网络的普及，对于城市天然气管道，由于其始于城市内部直接与用户端连接的低压管道的管理对于天然气企业来说是十分重要的。天然气企业的经营收入主要为购入和卖出天然气的价格差。因为计量装置计量精度的问题以及管道输送环节损耗等客观因素的存在,购入和卖出天然气量存在差异,即输差。输差的很大一个组成部分是由偷气行为带来的，如何对于偷气行为的快速判断对每一个燃气公司来说都是难以解决的问题。偷气行为的快速判断关系到生产成本的高低,直接影响燃气公司的经济效益,涉及到燃气公司的发展方向和投资决策。

现有技术中的对于偷气行为的判断方法主要有：1)对于燃气表硬件的改造的方式，由城市低压管道的客户末端数量众多，将全部客户末端的燃气表均进行更换，会产生较高的管理成本。此外，对于燃气表的改进仅仅从硬件上进行了改进，但是该种方法缺少比较强势的实时管理，也存在该燃气表被新型技术干扰的问题，当出现新型的燃气表干扰手段后，还需要再进行燃气表的硬件更换，因此，这种方法缺少监控性，并且对于未来可能出现的新型干扰手段缺乏应对措施。2)对于大数据统计的方式，对于泄漏的情况，会造成系统误报，过于依赖用户的历史数据，当用户的历史数据过少时，容易造成判断的误差；对于一些不典型的燃气使用模式的用户，也容易出现判断的偏差。此外，大数据的计算往往需要比较复杂的计算模型和长时间的积累模型，对于偷气行为判断的及时性也比较差。

但是，现有技术中存在技术问题：1)对于燃气表硬件的改造的方式，由城市低压管道的客户末端数量众多，将全部客户末端的燃气表均进行更换，会产生较高的管理成本。此外，对于燃气表的改进仅仅从硬件上进行了改进，但是该种方法缺少比较强势的实时管理，也存在该燃气表被新型技术干扰的问题，当出现新型的燃气表干扰手段后，还需要再进行燃气表的硬件更换，因此，这种方法缺少监控性，并且对于未来可能出现的新型干扰手段缺乏应对措施。2)对于大数据统计的方式，过于依赖用户的历史数据，当用户的历史数据过少时，容易造成判断的误差；对于一些不典型的燃气使用模式的用户，也容易出现判断的偏差。此外，大数据的计算往往需要比较复杂的计算模型和长时间的积累模型，对于偷气行为判断的及时性也比较差。

因此，需要提供一种对低压管道偷气行为的快速判断方法，能够避免上述现有技术中的问题，在尽可能降低对硬件设备改造程度的条件下，能够及时、准确的快速判断低压管道偷气行为的方法和系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：1)对于燃气表硬件的改造的方式，由城市低压管道的客户末端数量众多，将全部客户末端的燃气表均进行更换，会产生较高的管理成本。此外，对于燃气表的改进仅仅从硬件上进行了改进，但是该种方法缺少比较强势的实时管理，也存在该燃气表被新型技术干扰的问题，当出现新型的燃气表干扰手段后，还需要再进行燃气表的硬件更换，因此，这种方法缺少监控性，并且对于未来可能出现的新型干扰手段缺乏应对措施。2)对于大数据统计的方式，对于泄漏的情况，会造成系统误报，过于依赖用户的历史数据，当用户的历史数据过少时，容易造成判断的误差；对于一些不典型的燃气使用模式的用户，也容易出现判断的偏差。此外，大数据的计算往往需要比较复杂的计算模型和长时间的积累模型，对于偷气行为判断的及时性也比较差。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种对低压管道偷气行为的快速判断方法，步骤1、判断主干流量计和各个分支的客户流量计的总量是否匹配；步骤2、确定是否存在回拨偷气行为；步骤3、检测改线偷气行为；步骤4、对步骤3中的待分析对象，进一步分析其是否符合泄露模型，如果符合则判断为不存在偷气行为，如果存在则进行报警。

进一步，该方法包括：外围控制器计算特定周期的主干流量计的积累燃气流量以及各个客户流量计累计燃气流量的总合。

进一步，步骤2包括外围控制器检查各个客户流量计上传得实时表头数据中是否存在表头数据倒退(的情况；如果存在，则判断上述客户流量计存在偷气的情况。

进一步，步骤3包括通过外围控制器驱动测试设备，测试设备向主干流量计和分支节点A之间发送燃气脉冲。

进一步，该脉冲的幅值为3-4倍低压管道的标准压力，脉冲的宽度为2-3秒，该脉冲为一个正向的方波。

进一步，步骤3包括在施加燃气脉冲后，外围控制器6实时监测n个燃气压力计4的压力值，首先收集第一个压力脉冲峰值V_imax，并收集后续的第二压力脉冲峰值V’_imax。然后计算相关系数S_i＝V’_imax/V_imax。

一种对低压管道偷气行为的快速判断方法，其特征在于：该系统用于执行所述对低压管道偷气行为的快速判断方法。

本申请提供的对低压管道偷气行为的快速判断方法具有以下有益效果：

1)采用多级判断的方式，首先通过简单的手段将典型的偷气情况判断出来，相比于直接大数据的计算，节省了计算成本。

2)通过流量和压力检测的方式，使得计算基于客观的依据，计算科学性和准确性更高。

3)在具体判断过程中，考虑了泄漏对结果的影响，避免了由于泄漏情况带来的系统误报。

4)设备改造成本低，不需要大规模的人力和资源成本。

5)能够避免上述现有技术中的问题，在尽可能降低对硬件设备改造程度的条件下，能够及时、准确的快速判断低压管道偷气行为的方法和系统。

附图说明

图1为本申请提供的对低压管道偷气行为的快速判断系统的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用一方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本申请针对现有技术中的不足，首先对常规的低压管道系统进行了适应性的改进，为了方便对后续的方法流程进行说明，首先对上述低压管道系统进行说明。

如图1所示，对低压管道偷气行为的快速判断系统包括调压站1，调压站1下游连接和至少1个小区干路管，该小区干路管上设置了主干流量计2，用于测定小区总的输入流量。小区干路管位于主干流量计2下游的末端分支节点A处进行了管道的分支，分为多个分支管路，上述多个管理的末端连接到用户端的客户流量计5。在每条分支管路上在分支节点A和客户流量计5之间，优选为靠近分支节点A下游的位置设置燃气压力计4，用于测量管道中的压力值(压力波)。主干流量计2、客户流量计5和燃气压力计4将实时数据传送给外围控制器6，上述实时数据包括：主干流量计2、客户流量计5的实时流量数据和表头数据，燃气压力计4的实时压力数据。

小区干路管的主干流量计2和分支节点A之间连接了测试设备3，该测试设备3针对小区或单元配置，即每个小区或者单元楼配置一个测试设备3即可。测试设备3接收外围控制器6发送的指令，从而实现对燃气管网施加测试用中脉冲燃气供给。上述测试设备3可以为燃气存储罐和压力调整装置的组合，上述燃气存储罐可以直接和调压站1连接来补充燃气，也可以通过其他方式补充燃气。测试设备也可以仅仅是连接于任何燃气供给管道的调压设备。该测试设备根据外围控制器6发送的指令向小区干路管位于主干流量计2下游以及末端分支节点A之间，发送一个燃气脉冲，该脉冲的幅值可以为3-4倍低压管道的标准压力。

上述主干流量计2和客户流量计5均通过无线或者有线的通讯方式，连接于外围控制器，实时上传流量数据和表头数据。上述主干流量计2和客户流量计5可以为超声波流量计或者机械流量计。

上述系统的工作模式为：城市中高压燃气通过外围管道输入到调压站1，调压站1将燃气压力调整到低压范围后，向小区干路管输送低压燃气，低压燃气首先通过主干流量计2后，主干流量计2实时向外围控制器6上传流量值，从而系统能够获取向小区输送的总的燃气流量，在分支节点A后，管道分成支路管道，包括管路1、管路2、……、管路n。燃气压力计4和客户流量计5分别用于测量各个分支管路的管路压力和作为收费依据的客户侧使用流量。当满足特定的激发条件时，外围控制器6控制测试设备3可以向主干流量计2和分支节点A之间发送燃气脉冲，该脉冲沿着各个分支管道传送，通过以客户流量计5的使用流量表征的不同使用状态的管道，通过燃气压力计4收集该脉冲经过后的不同压力波状态，用来进行进一步的透气判断。

详下面分别对低压管道偷气行为的快速判断方法进行详细的说明。上述方法包括以下步骤：

步骤1、判断主干流量计2和各个分支的客户流量计5的总量是否匹配；如果匹配，则继续监控；如果不匹配，则进行步骤2。

具体的，外围控制器6实时接收主干流量计2和其他分支管道上各个客户流量计5的实时流量，并判断主干流量和各个分支管路的客户使用流量的总合是否匹配。如果匹配，则继续监控；如果不匹配，则进行步骤2。

外围控制器6通过接收到的数据，进行数据拟合获得主干流量计2的实时流量函数为F1＝f1(t)、实时表头读数函数G1＝g1(t)，分支管道上各个客户流量计5的实时流量函数F2i＝f2i(t)、实时表头读数函数G2i＝g2i(t)。

外围控制器6计算特定周期T0的主干流量计2的积累燃气流量FZ以及各个客户流量计5累计燃气流量的总合FF。

其中,T为当前时间,T0为特定计算周期,L_i为各个管道的长度,C为声波速度。

比较特定周期T0的主干流量计2的积累燃气流量FZ以及各个客户流量计5累计燃气流量的总合FF。如果则认为主干流量和各个分支管路的客户使用流量的总合匹配，否则则认为不匹配。Vth的取值范围可以为10％-20％。

本申请在计算管道累计流量的过程中考虑到了传递时间，并通过经简化的算法，在减小计算量的同时提高了计算的精度。

步骤2、确定是否存在回拨偷气行为，如果存在，则报警；如果不存在，则进行步骤3。

具体的，外围控制器6检查各个客户流量计5上传得实时表头数据中是否存在表头数据倒退(即减小)的情况。如果存在，则判断上述客户流量计存在偷气的情况；如果不存在，则进行步骤3。

外围控制器6对分支管道上各个客户流量计5的实时表头读数，进行数据拟合，得到函数为G2i＝g2i(t)，并判断该G2i＝g2i(t)是否均未单调递增函数，如果是，则判断上述客户流量计不存在回拨进行偷气的行为，进行步骤3；如果存在有G2i非单调递增函数的客户流量计，则对该客户流量计进行报警，通报其存在回拨偷气行为。

步骤3、检测改线偷气行为，确定不存在改线偷气行为的分支管道的客户流量计，对于不能确定是否存在改线偷气行为的分支管道(客户流量计5的实时流量为0且不符合正常条件的分支管道以及客户流量计5的实时流量不为0的分支管道)将其设定为待分析对象，进行步骤4。

通过外围控制器6驱动测试设备3，测试设备3向主干流量计2和分支节点A之间发送燃气脉冲；并通过各个分支管道上的燃气压力计4测量各个分支管道上的压力波情况。当各个分支管道中的上述压力波情况正常时，则进行步骤4；如果各个分支管道中的压力波情况不正常，则对压力波情况不正常的分支管道进行偷气报警。

该脉冲的幅值可以为3-4倍低压管道的标准压力，脉冲的宽度可以为2-3秒，该脉冲为一个正向的方波。

向主干管道中被施加燃气脉冲后，该燃气脉冲沿着管道传递到各个分支管道中，第一次经过各个分支管道的燃气压力计4时，各个燃气压力计4能够监测到第一次压力波峰值，对于实时流量为0的客户流量计5(即，关闭阀门，管道处于关闭状态)，该燃料脉冲遇到关闭的阀门后会产生较强的反射波峰，而针对实施流量不为0的客户流量计5(即，阀门开启，管道处于开放状态)，由于存在压力释放的输出端口，其反射的压力波会将对较低甚至不存在反射波。

因此，在施加燃气脉冲后，外围控制器6实时监测n个燃气压力计4的压力值，首先收集第一个压力脉冲峰值V_imax，并收集后续的第二压力脉冲峰值V’_imax。然后计算相关系数S_i＝V’_imax/V_imax,，并判断是否满足下列正常条件，该正常条件为：

f₂₁(T)＝0

其中，S_i为相关系数，C为声波速度，L_i为当前计算的分支管道的管道长度，为所有分支管道的管道长度的算术平均值，f₂₁(T)为当前时刻T的流量值。

当满足正常条件，则说明第二压力脉冲峰值和第一压力脉冲峰值的数值大小差别不大，说明反射波符合流量为0的时候处于的密封的状态，进而判断该分支管道不存在通过改造管道，绕开客户流量计，仅走燃气，不计流量的情况。如果存在特定分支管道的相关系数S_i，存在的情况，说明管道状态不适密封，不符合关闭阀门的管道密封状态。

因此，对于客户流量计5的实时流量为0的分支管道，如果符合正常条件，则判断该管道不存在通过改造管道，绕开客户流量计，进行偷气的行为，而对于客户流量计5的实时流量为0且不符合正常条件的分支管道以及客户流量计5的实时流量不为0的分支管道，将其设定为待分析对象，执行步骤4。

步骤4、对步骤3中的待分析对象，进一步分析其是否符合泄露模型，如果符合则判断为不存在偷气行为，如果存在则进行报警。

对于不能确定是否存在改线偷气行为的分支管道(客户流量计5的实时流量为0且不符合正常条件的分支管道以及客户流量计5的实时流量不为0的分支管道)，其可以存在着偷气和泄漏两种情况。因此，在报警前需要排除泄漏情况。

将上述第一个压力脉冲峰值V_imax、第二压力脉冲峰值V’_imax带入泄漏线性方程，即

对于客户流量计5的实时流量为0(即f_2i(T)＝0)的管道，如果第一个压力脉冲峰值V_imax、第二压力脉冲峰值V’_imax满足以下条件，则判定该管道仅仅出现泄漏，而不是偷气。

该条件为：

其中，q为，ρ为燃气密度，n为所有分支管道的数量，d为管道直径，q为该管道处于预设低压传输时，其燃气经由该管道的黏度系数。

对于客户流量计5的实时流量不为0(即f_2i(T)≠0)的管道，如果第一个压力脉冲峰值V_imax、第二压力脉冲峰值V’_imax满足以下条件，则判定该管道仅仅出现泄漏，而不是偷气。

其中，q为，ρ为燃气密度，n为所有分支管道的数量，d为管道直径，q为该管道处于预设低压传输时，其燃气经由该管道的黏度系数。

当待分析对象存在不符合上述条件的情况，则判定位偷气，对象应管道进行报警。

本申请提供的对低压管道偷气行为的快速判断方法具有以下有益效果：

1)采用多级判断的方式，首先通过简单的手段将典型的偷气情况判断出来，相比于直接大数据的计算，节省了计算成本。

2)通过流量和压力检测的方式，使得计算基于客观的依据，计算科学性和准确性更高。

3)在具体判断过程中，考虑了泄漏对结果的影响，避免了由于泄漏情况带来的系统误报。

4)设备改造成本低，不需要大规模的人力和资源成本。

5)能够避免上述现有技术中的问题，在尽可能降低对硬件设备改造程度的条件下，能够及时、准确的快速判断低压管道偷气行为的方法和系统。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种对低压管道偷气行为的快速判断方法，其特征在于：上述方法包括以下步骤：

步骤1、判断主干流量计和各个分支的客户流量计的总量是否匹配；如果匹配，则继续监控；如果不匹配，则进行步骤2；具体的，外围控制器实时接收主干流量计和其他分支管道上各个客户流量计的实时流量，并判断主干流量和各个分支管路的客户使用流量的总合是否匹配；如果匹配，则继续监控；如果不匹配，则进行步骤2；

外围控制器通过接收到的数据，进行数据拟合获得主干流量计的实时流量函数为F1＝f₁(t)、实时表头读数函数G1＝g₁(t)，分支管道上各个客户流量计的实时流量函数F2i＝f_2i(t)、实时表头读数函数G2i＝g_2i(t)；

外围控制器计算特定周期T0的主干流量计的累计燃气流量FZ以及各个客户流量计累计燃气流量的总合FF；

其中,T为当前时间,T0为特定计算周期,L_i为各个管道的长度,C为声波速度；

比较特定周期T0的主干流量计的累计燃气流量FZ以及各个客户流量计累计燃气流量的总合FF；如果则认为主干流量和各个分支管路的客户使用流量的总合匹配，否则则认为不匹配；Vth的取值范围为10％-20％；

步骤2、确定是否存在回拨偷气行为，如果存在，则报警；如果不存在，则进行步骤3；具体的，外围控制器检查各个客户流量计上传得实时表头数据中是否存在表头数据减小的情况；如果存在，则判断上述客户流量计存在偷气的情况；如果不存在，则进行步骤3；外围控制器对分支管道上各个客户流量计的实时表头读数，进行数据拟合，得到函数为G2i＝g_2i(t)，并判断该G2i＝g_2i(t)是否均为单调递增函数，如果是，则判断上述客户流量计不存在回拨进行偷气的行为，进行步骤3；如果存在有G2i非单调递增函数的客户流量计，则对该客户流量计进行报警，通报其存在回拨偷气行为；

步骤3、检测改线偷气行为，确定不存在改线偷气行为的分支管道的客户流量计，对于不能确定是否存在改线偷气行为的分支管道将其设定为待分析对象，进行步骤4；通过外围控制器驱动测试设备，测试设备向主干流量计和分支节点A之间发送燃气脉冲；并通过各个分支管道上的燃气压力计测量各个分支管道上的压力波情况；当各个分支管道中的上述压力波情况正常时，则进行步骤4；如果各个分支管道中的压力波情况不正常，则对压力波情况不正常的分支管道进行偷气报警；该脉冲的幅值为3-4倍低压管道的标准压力，脉冲的宽度为2-3秒，该脉冲为一个正向的方波；

在施加燃气脉冲后，外围控制器实时监测n个燃气压力计的压力值，首先收集第一个压力脉冲峰值V_imax，并收集后续的第二压力脉冲峰值V’_imax；然后计算相关系数S_i＝V’_imax/V_imax，并判断是否满足下列正常条件，该正常条件为：f₂₁(T)＝0

其中，S_i为相关系数，C为声波速度，L_i为当前计算的分支管道的管道长度，为所有分支管道的管道长度的算术平均值，f₂₁(T)为当前时刻T的流量值；

当满足正常条件，则说明第二压力脉冲峰值和第一压力脉冲峰值的数值大小差别不大，说明反射波符合流量为0的时候处于密封的状态，进而判断该分支管道不存在通过改造管道，绕开客户流量计，仅走燃气，不计流量的情况；如果存在特定分支管道的相关系数S_i，存在的情况，说明管道状态不适密封，不符合关闭阀门的管道密封状态；

对于客户流量计的实时流量为0的分支管道，如果符合正常条件，则判断该管道不存在通过改造管道，绕开客户流量计，进行偷气的行为，而对于客户流量计的实时流量为0且不符合正常条件的分支管道以及客户流量计的实时流量不为0的分支管道，将其设定为待分析对象，执行步骤4；

步骤4、对步骤3中的待分析对象，进一步分析其是否符合泄露模型，如果符合则判断为不存在偷气行为，如果存在则进行报警；

将上述第一个压力脉冲峰值V_imax、第二压力脉冲峰值V’_imax带入泄漏线性方程，即：

对于客户流量计的实时流量为0的管道，如果第一个压力脉冲峰值V_imax、第二压力脉冲峰值V’_imax满足以下条件，则判定该管道仅仅出现泄漏，而不是偷气；

其中，ρ为燃气密度，n为所有分支管道的数量，d为管道直径，q为该管道处于预设低压传输时，其燃气经由该管道的黏度系数；

对于客户流量计的实时流量不为0的管道，如果第一个压力脉冲峰值V_imax、第二压力脉冲峰值V’_imax满足以下条件，则判定该管道仅仅出现泄漏，而不是偷气；

其中，ρ为燃气密度，n为所有分支管道的数量，d为管道直径，q为该管道处于预设低压传输时，其燃气经由该管道的黏度系数；

当待分析对象存在不符合上述条件的情况，则判定为偷气，对应管道进行报警。