CN115931256A - 一种泄洪管道实时监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水利运行技术领域，尤其涉及一种泄洪管道实时监测系统，包括监测单元、平台单元和用户单元，所述监测单元部署在管道现地的检修井内，其包括脉动压力变送器、流量计以及液位计，数据采集和控制单元，通讯单元和供电单元，且所述监测单元用于监测四根并排的管道；其中，脉动压力变送器和流量计组合工作，液位计单独工作，监测单元将实时监测部署位置的管道脉动压力信号、流量信号和液位信号，并通过数据采集和控制单元转换为可以进行传输和存储的数据类型，再通过通讯单元发送至远端的位于站控室内的监测主机。本发明既可以在泄洪状态下快速地监测管道的泄漏状况，又可以在非泄洪状态下判断出泄漏的位置。
Description
技术领域
本发明涉及水利运行技术领域，尤其涉及一种泄洪管道实时监测系统。
背景技术
泄洪管道一般是通过液压装置在距离高速公路下方约8米深处穿过，考虑到由于高速公路上车辆行驶造成管道的振动、沉降，从而引发泄露，严重影响了高速公路的运行安全，故需要进行泄露及沉降的在线监测。
由于采用导管施工的方式，故管道外壁无法安装传感器；泄洪时流速很大，传感器也不能装在管道内壁，所以传感器只能安装在上下游侧的检修井中。泄洪管道每年泄洪1-2次，如果此时发生泄漏，会造成周边土壤冲击塌陷，而且非泄洪状态下管道内水是静止的，管道泄漏不易察觉发现，因此，我们提出了一种泄洪管道实时监测系统来解决所述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种泄洪管道实时监测系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种泄洪管道实时监测系统，包括监测单元、平台单元和用户单元，所述监测单元部署在管道现地的检修井内，其包括脉动压力变送器、流量计以及液位计，数据采集和控制单元，通讯单元和供电单元，且所述监测单元用于监测四根并排的管道；
其中，脉动压力变送器和流量计组合工作，液位计单独工作，监测单元将实时监测部署位置的管道脉动压力信号、流量信号和液位信号，并通过数据采集和控制单元转换为可以进行传输和存储的数据类型，再通过通讯单元发送至远端的位于站控室内的监测主机，供电单元则用于保证系统长期稳定的工作；
所述平台单元为云平台，负责接收和处理由监测单元发送来的数据；
所述用户单元为用户机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述脉动压力变送器利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏的发生和泄漏位置，其泄漏位置的定位公式为
式中，X为泄漏点距首端测压点的距离，L为管道全长，α为管输介质中压力波的传播速度，Δt为上、下游传感器接收压力波的时间差。
作为本发明的一种优选技术方案，所述流量计实时监测管道出口与入口的流量，有差值则表明管段内可能有泄漏发生，但是，由于所测流量取决于流体的各种性质以及流体的状态，使得管道正常工作状态下首末站流量间并不是一定相等的，而是存在一个差值：Qi(t)-Qo(t)＝ΔQ(t)；
式中，Qi(t)为流入流量，Qo(t)为流出流量，ΔQ(t)为两端流量差，流量阈值即为管线两端流量差绝对值的最大值：
ε＝maxΔQ(t)|，ε为流量阈值。
作为本发明的一种优选技术方案，所述供电单元常用的供电方式包括太阳能板或蓄电池。
作为本发明的一种优选技术方案，所述监测单元所发送的数据经由有线通讯或无线通讯的方式发送至平台单元。
本发明的有益效果是：
1、在泄洪状态下，采用流量监测与压力监测结合的方法，若入口流入流量升高压力下降，出口压力流量都下降，则有泄漏发生，而如果入口压力、流量同时增大，出口压力、流量也随之变大，则可以排除泄漏的原因，而是由于加大了管线内流体的运输量。
2、在非泄洪状态下，管道内水是静止的，通过管道阀井内安装的液位计来解决，液位计探头发出高频脉冲并沿缆式探头传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号，从而及时地判断泄漏位置。
附图说明
图1为本发明一种泄洪管道实时监测系统的组成示意图；
图2为本发明一种泄洪管道实时监测系统的传感器布设示意图；
图3为本发明一种泄洪管道实时监测系统的负压波监测原理示意图；
图4为本发明一种泄洪管道实时监测系统的流量监测原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
参照图1-4，一种泄洪管道实时监测系统，包括监测单元、平台单元和用户单元，所述监测单元部署在管道现地的检修井内，其包括脉动压力变送器、流量计以及液位计，数据采集和控制单元，通讯单元和供电单元；
其中，脉动压力变送器和流量计组合工作，液位计单独工作，监测单元将实时监测部署位置的管道脉动压力信号、流量信号和液位信号，并通过数据采集和控制单元转换为可以进行传输和存储的数据类型，再通过通讯单元发送至远端的位于站控室内的监测主机，供电单元则用于保证系统长期稳定的工作，常用的供电方式包括太阳能板或蓄电池；
平台单元为云平台，是系统的大脑，负责接收和处理由监测单元发送来的数据。监测数据经由有线通讯或无线通讯的方式发送至平台单元。平台单元将实时分析各监测单元的数据，识别其中的异常事件，并将分析结果提供给用户；云平台实现了全面的实时在线监控，实现管网高效运行，及时发现管道异常，发现泄漏等问题；
用户单元所用的用户机可选用高性能的工作站，能够实现以下功能：网络访问、电子地图、事件信息统计、事件列表维护、数据库维护、历史告警记录查询。
实施例：
本实施例中监测单元共需要监测四根并排的管道，每根管道均设置一个压力变送器(图中用●表示)，流量计(图中用▲表示)与液位计(图中用◆表示)，如图2所示，管道上游配置一个数据采集和控制单元，用于采集四根管道上脉动压力变送器、流量计和液位计的数据，通过RS485总线将数据上传到智慧平台；管道下游与上游配置一样，每根管道同样配置一个脉动压力变送器、流量计与液位计。
脉动压力变送器采用负压波检测技术，其技术原理为当管线破裂发生泄漏时，泄漏点的压力突然下降，压力波由泄漏处向上、下游传播，由于管壁的波导作用，压力波传播过程衰减较小，可以传播相当远的距离，传感器能检测出压力波的到达时刻。利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏的发生和泄漏位置；综合实时模型对压力波传播速度进行校正，保证定位的准确性，负压波可用于管道泄漏的判断和定位；
定位公式为：
流量计采用流量平衡法，其原理是在一条密封的管线内，利用“流入等于流出”的原理，实时测出管道出口与入口的流量，有差值则表明管段内可能有泄漏发生，如图4所示。但是，由于所测流量取决于流体的各种性质(如温度、压力、密度、粘度)以及流体的状态，使得管道正常工作状态下首末站流量间并不是一定相等的，而是存在一个差值：
Qi(t)-Qo(t)＝ΔQ(t)
其中：Qi(t)为流入流量(m3)；Qo(t)为流出流量(m3)；ΔQ(t)为两端流量差(m3)
通常，流量阈值即为管线两端流量差绝对值的最大值：
ε＝max|ΔQ(t)|
其中，ε为流量阈值。
正常情况下ΔQ(t)的绝对值是比较小的，当管道发生泄漏时ΔQ(t)增大。不考虑杂波干扰的情况下，可以简单的认为，实际监测的首末站流量差小于流量阈值的时候，管道未发生泄漏；实际监测的首末站流量差大于流量阈值的时候，管道发生泄漏。但是由于干扰的存在使得流量阈值很难确定，难以有效发现泄漏，排除误报。
只采用流量差值判断，会受到外界因素影响，而只应用压力变化判断，在调泵、开关阀时也会产生压力波，无法判断是否因为泄漏而引起管线内环境变化。所以，将两种方法联合在一起，若入口流入流量升高压力下降，出口压力流量都下降，则有泄漏发生。而入口压力流量同时增大，出口压力流量也随之变大，则不是泄漏原因，而是加大了管线内流体的运输量。
上述的流量差和压力变化相结合的方法适合于泄洪时管道内有较大的流量和压力。而绝大部分时间内管道是处于非泄洪状态，管道内的水处于静止的状态，上下游没有流量差，且泄漏时的压力变化也比较小，此时适合采用液位检测方法。
液位计采用雷达液位计，该液位计是基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆式探头传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种泄洪管道实时监测系统，其特征在于，包括：
监测单元，所述监测单元部署在管道现地的检修井内，其包括脉动压力变送器、流量计以及液位计，数据采集和控制单元，通讯单元和供电单元，且所述监测单元用于监测四根并排的管道；
其中，脉动压力变送器和流量计组合工作，液位计单独工作，监测单元将实时监测部署位置的管道脉动压力信号、流量信号和液位信号，并通过数据采集和控制单元转换为可以进行传输和存储的数据类型，再通过通讯单元发送至远端的位于站控室内的监测主机，供电单元则用于保证系统长期稳定的工作；
平台单元，所述平台单元为云平台，负责接收和处理由监测单元发送来的数据；
用户单元，所述用户单元为用户机。
2.根据权利要求1所述的一种泄洪管道实时监测系统，其特征在于，所述脉动压力变送器利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏的发生和泄漏位置，其泄漏位置的定位公式为
式中，X为泄漏点距首端测压点的距离，L为管道全长，α为管输介质中压力波的传播速度，Δt为上、下游传感器接收压力波的时间差。
3.根据权利要求1所述的一种泄洪管道实时监测系统，其特征在于，所述流量计实时监测管道出口与入口的流量，有差值则表明管段内可能有泄漏发生，但是，由于所测流量取决于流体的各种性质以及流体的状态，使得管道正常工作状态下首末站流量间并不是一定相等的，而是存在一个差值：Qi(t)-Qo(t)＝ΔQ(t)；
式中，Qi(t)为流入流量，Qo(t)为流出流量，ΔQ(t)为两端流量差，流量阈值即为管线两端流量差绝对值的最大值：
ε＝maxΔQ(t)|，ε为流量阈值。
4.根据权利要求1所述的一种泄洪管道实时监测系统，其特征在于，所述供电单元常用的供电方式包括太阳能板或蓄电池。
5.根据权利要求1所述的一种泄洪管道实时监测系统，其特征在于，所述监测单元所发送的数据经由有线通讯或无线通讯的方式发送至平台单元。
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Publications (1)
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| CN115931256A true CN115931256A (zh) | 2023-04-07 |
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Country Status (1)
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2022
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