一、方案概述：大型長距離輸水管道泄漏爆管事故嚴重威脅城市供水安全，出現泄漏爆管的原因有很多，水錘、氣阻、管材、壓力、形變、連接、使用年限、溫度、填充物等等，本文由杭州邁煌科技有限公司施經理介紹一套管道泄露監測系統-長距離輸水管道泄漏監測技術解決方案，從輸水管壓、管道形變、第三方入侵等方面考慮，涵蓋了分布式光纖聲波振動監測技術，分布式光纖溫度應變監測技術，管道水聲偵聽監測技術這幾個方面，可以監測相關物理參量，綜合評價管道泄漏程度、定位管內泄漏位置、實現爆管預警的可能性。

二、技術分析：

（1）管道水聲偵聽監測技術

該技術主要針對管線壓力瞬變水錘事件（水泵開停、閥門開閉、施工、沖洗、排氣故障等），在排氣閥位置上安裝一體式傳感器，必須包括高頻壓力傳感器（輔助器件）和水聲偵聽傳感器（這里主要指壓電式水聽器，另外還有一種光纖水聽器），同時傳感器接觸到管道內的水。安裝傳感器位置間距的設置原則：500- 1000 米，現場條件在此間距范圍內適當調整位置。傳感器通過現場數據采集通信裝置 RTU，以3G/4G 無線方式，將采集到數據傳輸到調度控制中心分析平臺對管道進行實時監測和分析。

系統配置要求
(1) 現場硬件設備必須包含：
(2) 高頻壓力傳感器

壓力監測采集頻率≥256Hz，以滿足分析需求；?
量程：0～300psia ，需滿足負壓的監測；?
精度：≤0.1%FS
(3) 水聽器

靈敏度：-172dB Vre: 1V/μPascal?
響應頻率范圍 ：20Hz-20KHz?
(4) 通信數據傳輸裝置 RTU

壓力采集精度大于等于 16 位；支持模擬量和音頻信號接入，同時提供連接感器電源供電；支持 3G/4G 公共通信網絡，TCP/IP 協議采集數據上傳中控室； 授時時鐘精度：≤1ms；

(5) GSM（3G/4G）和同步授時時鐘天線
(6) 不銹鋼控制箱及電源附件
(7) 通信方式：3G/4G 無線通信
(8) 監測分析平臺軟件：客戶端服務器安裝方式
(9) 電源：太陽能供電，帶有鋰電池，容量需滿足現場傳感器和 RTU傳輸裝置沒有日照 20 天情況，繼續保持正常工作。
(10) 供電冗余：RTU 本體需內置鋰電池和外部太陽能供電，互為備用。

（2）分布式光纖聲波振動監測技術

PCCP的強度取決于纏繞在管芯上的高強鋼絲，鋼絲在管芯上產生均勻的壓預應力，能夠抵償由內壓和外荷載產生的拉應力。如果鋼絲發生斷裂，所在部位管道強度下降。如果同一部位出現更多斷絲，管道強度顯著降低，最終導致爆管。PCCP爆管具有突發性、災難性，事先沒有征兆。再一個可以監測防第三方開挖等破壞動作，爆管發生后，并不僅僅限于管道供水中斷，還會引起交通、環境、衛生等公共安全事故。PCCP發生斷絲時，能量釋放發出聲音，或者第三方挖機作業的時候引起管道振動。作用在光纜上，使光纖出現輕微變形，導致光反射。反射信號被測量，以此判斷是否出現斷絲或者第三方引起的。數據傳輸到采集系統，系統識別出反映斷絲特征的信號，通過Internet傳輸到中央處理設備，經過分析處理后，就能即時確定斷絲數量，定位斷絲位置。

系統配置要求：

1、振動傳感光纜?

單模光纖，2 芯光纜，抗拉力 2000N，最小彎曲半徑 25cm；滿足《ITU-T G.652：2005 單模光纖光纜的特性》規定的 1310nm 波長條件下的衰減系數不大于 0.35dB/km，1550nm 波長條件下的衰減系數不大于 0.20dB/km 的規定。
2、數據采集主機?

能夠監測、記錄、定位光纖聲音事件的所有設備；斷絲定位精度±2m；采用間隔 0.5m；測量時間 1s；測量通道 4通道（可定制）；震動信號帶寬 ＜5kHz；光纖接口 FC/APC。

（3）分布式光纖應變監測技術

路面車輛輾壓、地面建筑物占壓、設計、施工及材料存在的瑕疵、地下水的影響、地展、采空區沉降等諸多因素，會導致地下空間結構發生沉降和變形塌陷，從而影響地下管道的形變。采用分布式光纖應變傳感技術通過對地鐵、隧道、管廊的沉降和變形監測可實現地面塌陷預警。該技術主要利用光纖中任意點受激布里淵頻移與該處應變的比例關系，通過受激布里淵光時域反射原理進行應變量解算和定位。已形成自主知識產權產品，性能達到國際XIAN進水平。

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系統配置要求：

1、應變傳感光纜?

單模光纖，2 芯光纜，抗拉力 2000N，最小彎曲半徑 25cm；滿足《ITU-T G.652：2005 單模光纖光纜的特性》規定的 1310nm 波長條件下的衰減系數不大于 0.35dB/km，1550nm 波長條件下的衰減系數不大于 0.20dB/km 的規定。
2、數據采集主機?

測量距離：雙向 100Km;
空間分辨率：0.4m；
測量時間：20s~3min；
應變量程：±15000με
應變精度：±20με
數據存儲：報警數據記錄、查詢功能
報警信號輸出：通過RS232、RJ45接口以及繼電器輸出、網絡傳輸；

（4）監測軟件功能：

在線監測和分析軟件平臺基于 web 瀏覽器界面（B/S 構架），必須基于管線 GIS 數據，可提供用戶一個可視化的界面查看傳感器位置信息、管網圖和其他的分析結果，并會為用戶提供可交互式的、統一的報警列表界面。

(1、識別和展示管線壓力瞬變水錘事件（水泵開停、閥門開閉、施工、沖洗、排氣故障等），在線記錄顯示水錘壓力變化曲線，實現報警，并確定壓力瞬變源和定位；
(2、基于管內 3bar 運行壓力以上，實現 300 升/分以上的爆管實時監測和報警，通過時鐘同步技術確定爆管位置，精度±30 米范圍；
(3、壓力瞬變（水錘）分析，結合供水帶壓管道（GIS）材質、管齡、管徑等等參數，基于現場存在的壓力瞬變強度和數量，評估管道的爆管風險，并展示危險管線的區域；
(4、監測傳感器安裝位置周邊跑冒滴漏的現象，實現 120 升/分微小漏 水監測，系統通過頻譜分析功能實現報警；
(5、管線異常事件管理，完整、準確掌握輸水系統運行狀態，通過高頻壓力和聲納數據實時監測排氣閥工作狀態；
(6、系統能夠機器自學習輸水模式，幫助用戶快速判斷給水系統問題，提高管線運行的可靠性、安全性，基于供水壓力實現供水調度，并及時自動發現運行異常，提高調度管理的效率和水平。

審核編輯：符乾江