一种智能管道排流系统
技术领域
本发明是关于一种智能管道排流系统，属于埋地金属油气管道安全保护领域。
背景技术
随着中国能源和交通工业的不断发展，高压输电线路、电气化铁路与油气管道的里程迅速增加。受限于地理位置和区域发展要求，在油气管道与高压输电线路、电气化铁路的设计和建设过程中不可避免地出现了交叉或并行敷设的情况。高压输电线路在单机运行时会产生非常大的接地电流，电气化铁路由于无法做到对地的完全绝缘，会有一部分电流泄漏流入大地。当杂散电流流入地下，其传播路径与埋地管道距离过进或有交叉时，可能会从管道的防腐层薄弱点流入管道，并会在管道破损点流出，造成管道局部的电流积聚和腐蚀加速，给油气管道的生产运营带来巨大的危害。
随着高压输电和交流制电气化铁路的发展，油气管道的杂散电流干扰问题主逐渐受到人们的重视。目前对管道杂散电流防护的一种有效措施是排流保护，将管道(或金属结构物)上的杂散电流引向排流器，经由排流器流入大地或流回干扰源，从而避免杂散电流直接从管道流入土壤造成电化学腐蚀，在排流方式的选择上，不仅需要考虑排流效果，还需要考虑对阴保系统的影响和自身受到雷电和高压杂散电流时的承载和处理能力。众多电力系统、管道公司及研究机构对此问题均展开卓有成效的研究，但是目前在实际工程应用中还存在以下问题：1)由于交流电对金属在活性区的腐蚀与对可钝化金属的钝化膜性能的影响不同，在研究交流电对于金属腐蚀破坏的影响时，需要根据实际情况，通过实验来得出结论。2)交流杂散电流的大小往往是不断变化的，且一般情况下，在管道埋设前是无法获知杂散电流的干扰程度和干扰阳极区的位置的，因此，干扰影响的设定往往滞后于常规阴极保护的设定，这给管道的防腐工程带来极大不便。3)交流杂散电流的频率和大小以及其在管道上出现的时间和部位，是分析、评价和预测埋地管道腐蚀势态的重要参数。由于对油气管道腐蚀的分析和预估需要大量的杂散电流数据，而这些杂散电流数据应分布在管道沿线很长的范围内，是对若干测试点同步测试获得的。因此，采用人工的方法测试和记录杂散电流比较困难。目前中国还无法在设计阶段预测和判断杂散电流的干扰和危害程度，通常只能在管道敷设投产后进行现场检测，确定管道上的排流位置及排流措施，难免增加工作量和费用，其准确性也不能得到保证。
光纤监测模块是近年来应用于管道预警的新型装置，在埋设天然气管道时同步敷设光纤光缆，通过光纤作为感应器和传导器，实现对管道沿线信号的接收、输送和采集。该方法利用光纤传感器的折射率随弹光效应的影响而变化，再通过对光信号的处理分析进行精确定位，当管线及管线周围出现第三方施工、破坏等问题时可及时进行定位和预警。但是目前还未有将光纤监测模块与管道排流系统有机地结合到一起的装置，使得光纤传感器不仅可以监测振动信号，还可以很好地检测管道周边电流和电压数据。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种当出现第三方施工、破坏等问题时能够及时进行定位和预警的智能管道排流系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种智能管道排流系统，其特征在于，包括：光纤信号监测模块，用于实时监测待测管道的光纤信号以及光纤信号的偏振方位和角度，并根据光纤信号的偏振方位和角度，得到待测管道出现杂散电流过载以及光纤线路出现问题时的相对位置数据；数据传输模块，用于根据获取的相对位置数据，得到待测管道出现杂散电流过载以及光纤线路出现问题时的定位数据；记录存储模块，用于存储待测管道的光纤历史数据；模糊计算分析模块，用于采用模糊分析方法，对待测管道的光纤信号、定位数据和光纤历史数据进行模糊计算分析，判断待测管道杂散电流的强度、方位和形式以及电气化电车的位置，进而分析和确定待测管道的监控状态和排流方式；预警模块，用于当杂散电流的强度与方位超过报警阈值以及光纤线路出现问题时进行预警；调控模块，用于当杂散电流的强度与方位没有超过报警阈值以及光纤线路没有出现问题时，根据埋地管道的排流方式、杂散电流的形式和预设的排流阈值，发送相应调控信号至现场排流装置，使得现场排流装置根据调控信号采用相应排流方式对待测管道进行排流作业。
进一步地，所述调控模块还用于在现场排流装置进行排流作业后，发送复核信号至所述光纤信号监测模块；所述光纤信号监测模块根据复核信号实时监测埋地管道的光纤信号以及光纤信号的偏振方位和角度，并通过所述数据传输模块发送至所述模糊计算分析模块；所述模糊计算分析模块再次进行模糊计算分析，确定待测管道的排流调整方式，并发送至所述调控模块；所述调控模块根据确定的排流调整方式，发送相应调控信号至现场排流装置。
进一步地，所述光纤信号监测模块包括：光纤感应器，所述光纤感应器与待测管道并行，用于采集电气化电车经过时待测管道的光纤信号，并检测光纤信号的偏振方位和角度；光纤信号处理单元，用于对待测管道的光纤信号以及光纤信号的偏振方位和角度进行处理，得到待测管道出现杂散电流过载以及光纤线路出现问题时的相对位置数据；外输信号单元，用于将埋地管道的光纤信号和相对位置数据通过所述数据传输模块输出至所述模糊计算分析模块。
进一步地，所述数据传输模块包括：GPS单元，用于获取待测管道出现杂散电流过载以及光纤线路出现问题时的定位数据；无线/有线传输单元，用于将定位数据传输至所述模糊计算分析模块。
进一步地，所述光纤线路出现的问题包括入侵、震动或占压。
进一步地，所述模糊分析方法为非线性控制函数分析方法。
进一步地，所述杂散电流的形式包括直流和交流两种形式，所述现场排流装置的排流方式包括强制排流方式和钳位式排流方式。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置有光纤信号监测模块、模糊计算分析模块和调控模块，通过非线性控制函数，进行模糊计算算法预测并控制杂散电流的排流，具有交流杂散电流排流测量预知预判、及时排除杂散电流干扰保护管道安全等优点，能够得到适宜的排流方式，降低人为因素和设备误差造成的影响，从采集数据、数据处理及排流方式全部实现智能控制，减少人力、物力损耗，运营成本低。2、相较于传统的杂散电流检测方法，本发明可以有效降低由于参比电极本身的电位、IR降等因素造成的检测误差，并通过模糊计算分析模块智能选择合适的排流方式与强度。3、本发明中由于设置有记录存储模块，通过记录存储模块实时存储埋地管道的光纤历史数据，对埋地管道的光纤历史数据进行实时更新，使得模糊计算分析模块可以根据光纤历史数据的不断扩大，自动更新、优化自身算法，模糊计算分析模块将埋地管道的光纤历史数据作为数据库，通过非线性控制函数的引入，将监测的光纤信号与杂散电流数据有效地结合起来，建立具有模糊器和解模糊器的模糊系统，对杂散电流的强度与方位进行有效地校核、检测和预判，并给出合适的排流方式，可以广泛应用于埋地金属油气管道安全保护领域中。
附图说明
图1是本发明智能管道排流系统的结构示意图；
图2是本发明实施例1中智能管道排流系统的信号流程图；
图3是本发明实施例2中智能管道排流系统的信号流程图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的智能管道排流系统包括：
光纤信号监测模块1，用于实时监测埋地管道的光纤信号以及光纤信号的偏振方位和角度，根据光纤信号的偏振方位和角度，得到埋地管道出现杂散电流过载、第三方施工或破坏(即光纤线路上出现入侵、震动或占压)的相对位置数据，并将实时监测的光纤信号和得到的相对位置发送至数据传输模块2。
数据传输模块2用于根据获取的相对位置数据，得到埋地管道出现杂散电流过载以及光纤线路出现入侵、震动或占压时的定位数据，并将光纤信号监测模块1实时监测的光纤信号和得到的定位数据发送至模糊计算分析模块4。
记录存储模块3，用于存储埋地管道的光纤历史数据。
模糊计算分析模块4，用于采用模糊分析方法，例如对数据传输模块2传输的埋地管道的光纤信号、定位数据和记录存储模块3发送的光纤历史数据进行模糊计算分析，判断埋地管道杂散电流的强度、方位和形式以及电气化电车的位置等信息，进而分析和确定埋地管道的监控状态和排流方式，并将相应发送至预警模块5或调控模块6。目前，得到的数据包括埋地管道的光纤信号、定位数据和光纤历史数据等，这几个数据之间存在一定的关系，例如若地铁运输产生的交流杂散电流强度和时间就是周期性的变化，但是上述数据叠加起来，并不一定存在必然的线性联系，因此，采用模糊分析方法例如非线性控制函数，这是模糊分析方法中一种较为常见的分析方法，通过大量数据的统计，进行拟合，通过对上述数据的模糊分析，能够预判得到埋地管道可能出现杂散电流的强度、方位和形式以及电气化电车的位置，并逐渐提高精度，其中，模糊分析方法的具体过程在此不多做赘述。
预警模块5，用于当杂散电流的强度与方位超过报警阈值以及光纤线路出现入侵、震动或占压时进行预警。
调控模块6，用于当杂散电流的强度与方位没有超过报警阈值以及光纤线路没有出现入侵、震动或占压时，根据埋地管道的排流方式、杂散电流的形式和预设的排流阈值，发送相应调控信号至现场排流装置7，现场排流装置7根据调控信号，采用相应排流方式对埋地管道进行排流作业。
在一个优选的实施例中，由于埋地管道的杂散电流受电气化铁路、高压输电线路的影响，强度和方位呈现周期性变化，本发明中还将光纤信号检测模块1到调控模块6形成闭环，不断调整排流方式，使其达到最好、最经济的效果。因此，调控模块6还用于在现场排流装置7进行排流作业后，发送复核信号至光纤信号监测模块1。光纤信号监测模块1根据复核信号监测埋地管道的光纤信号以及光纤信号的偏振方位和角度，并通过数据传输模块2发送至模糊计算分析模块4。模糊计算分析模块4再次进行模糊计算分析，确定埋地管道的排流调整方式，并发送至调控模块6。调控模块6根据确定的排流调整方式，发送相应调控信号至现场排流装置7，现场排流装置7根据调控信号，采用相应排流调整方式对埋地管道进行排流作业，其中，排流调整方式包括但不限于切换排流方式、提高或降低负电位排流强度等。
在一个优选的实施例中，光纤信号监测模1包括光纤感应器、光纤信号处理单元和外输信号单元。光纤感应器与埋地管道本体并行，用于采集电气化电车经过时埋地管道的光纤信号，并检测光纤信号的偏振方位和角度。光纤信号处理单元用于对埋地管道的光纤信号以及光纤信号的偏振方位和角度进行处理，得到埋地管道出现杂散电流过载以及光纤线路出现入侵、震动或占压时的相对位置数据。外输信号单元用于将埋地管道的光纤信号和相对位置数据通过数据传输模块2输出至模糊计算分析模块4。由此，能够对杂散电流的强度与方位、电气化电车的位置进行有效地检测，其中，光纤信号处理单元得到埋地管道出现杂散电流过载、第三方施工或破坏的相对位置数据可以采用现有技术公开的光纤预警方法，具体过程在此不多做赘述。
在一个优选的实施例中，数据传输模块2包括GPS(全球定位系统)单元和无线/有线传输单元。
GPS单元用于根据获取的相对位置数据，得到的埋地管道出现杂散电流过载以及光纤线路出现入侵、震动或占压时的全球定位数据。无线/有线传输单元用于将全球定位数据无线/有线传输至模糊计算分析模块4。由此，可以实现杂散电流参数的实时传输与存储。
在一个优选的实施例中，杂散电流的形式包括直流和交流两种形式，现场排流装置对应的优选排流方式包括强制排流方式和钳位式排流方式等，这两种方式为目前排流效果最好、最常用的排流方式。
下面通过具体实施例详细说明本发明的智能管道排流系统：
实施例1
如图2所示，受高压直流输电线排电影响的埋地管道，站场能够接收并存储光纤信号监测模块1通过数据传输模块2发送的埋地管道的光纤信号和定位数据，依靠模糊计算分析模块4的分析和处理，能够准确判断埋地管道杂散电流的强度、方位和形式，并据此选择合适的排流方式：
1)当高压输电线排电时，通过模糊计算分析模块4判断埋地管道的排流方式为直流排电方式，并确定埋地管道的排流点和排流量。
2)当杂散电流达到预设的排流阈值a时，调控模块6发送相应调控信号至现场排流装置7，现场排流装置7启动，采用前置排流方式，将被干扰埋地管道与地床和牺牲阳极连接。
3)当杂散电流达到预设的报警阈值b时，预警模块5发送预警信号至站场，使得站场能够及时与高压输电线路系统沟通安全问题。
实施例2
如图3所示，受交流电气化轨道影响的埋地管道，站场能够接收并存储光纤信号监测模块1通过数据传输模块2发送的光纤信号和定位数据，依靠模糊计算分析模块4的分析和处理，能够准确判断埋地管道杂散电流的强度、方位和形式以及和电车的位置，并预测埋地管道附近杂散电流的干扰情况，并根据杂散电流的方位和强度选择合适的排流方式：
1)当电气化轨道排流时，通过模糊计算分析模块4判断埋地管道的排流方式为交流排电方式，并确定埋地管道的排流点和排流量。
2)当杂散电流达到预设的排流阈值a时，调控模块6发送相应调控信号至现场排流装置7，现场排流装置7启动，采用钳位排流方式，利用二极管的单向导电性起隔直作用，促进埋地管道排流。
3)当杂散电流达到预设的报警阈值b时，预警模块5发送预警信号至站场，使得站场能够及时与高压输电线路系统沟通安全问题。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
