一种智能城市燃气PE管网测控系统及测控方法技术方案

本发明专利技术涉及一种智能城市燃气PE管网测控系统及测控方法。其特征在于：气源与用户之间的管网上设置多个测控节点，每个测控节点都能够采集PE管网对应地理位置点的管网燃气运行压力、温度和流量，并能够通过无线局域网发送至总控室服务器，还能够接收来自总控室服务器的阀门关闭控制指令；所述测控节点处均设置有智能PE阀门，智能PE阀门上设置有电源储备模块、管外主控模块和管内无线采集模块。本发明专利技术在管网上分段配置智能PE阀门，通过无线网络全部连接于城市燃气PE管网的总控室服务器，通过监测分析及泄漏判定方法，实现整体管网运行的实时监测和安全监控。

【技术实现步骤摘要】
一种智能城市燃气PE管网测控系统及测控方法
本专利技术涉及一种智能城市燃气PE管网测控系统及测控方法。
技术介绍
在城市化建设和节能减排工作快速推进的大背景下，燃气输配管网敷设里程也在快速增长，城市燃气管网中使用高密度PE材质管道和阀门的管线愈来愈多，因其具有耐腐蚀、长寿命、低流阻等一系列特点，有逐步取代以往钢质管网的趋势。然而，随着城市燃气管网里程数的快速增长，泄漏和爆炸的安全隐患也随之增加。对比现有天然气长输干线运行安全监控技术应用，城市管网运行监控措施明显薄弱，而PE管网因核心部件和相关技术准备不足，尤其无法适应管网自动运行及安全监控需求。根据现行《城镇燃气管网泄漏检测技术规程》CJJ/T215-2014要求，埋地管道的泄漏初检一般采用车载仪器、手推车仪器或手持仪器等沿埋设管道上方进行检测，发现泄漏后使用气相色谱分析仪器进行泄漏判定，判断是否为燃气泄漏及泄漏燃气的种类，经过确认后再进行检测孔检测或开挖检测来进行泄漏点定位。此技术规程方法适用于常规巡检和有人工预判泄漏报告后的漏点查找定位，显然实时性差且耗时耗力。为了更好地保障燃气管网的运行安全，有必要建设智能化燃气管网，对燃气的运行状况进行实时监测、精准分析，并在出现明确泄漏时能够快速响应关断燃气阀门，以避免安全事故的发生。本专利技术提出一种城市燃气PE管网的智能测控系统构建和基于多运行参数分析判定燃气泄漏的方法，可实现燃气管网的智能化运行监测和应急响应控制。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种智能城市燃气PE管网测控系统及测控方法的技术方案。所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于：气源与用户之间的管网上设置多个测控节点，每个测控节点都能够采集PE管网对应地理位置点的管网燃气运行压力、温度和流量，并能够通过无线局域网发送至总控室服务器，还能够接收来自总控室服务器的阀门关闭控制指令；所述测控节点处均设置有智能PE阀门，智能PE阀门上设置有电源储备模块、管外主控模块和管内无线采集模块。所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述电源储备模块由太阳能电池板和锂电池组成，太阳能电池板为锂电池充电，锂电池为整个系统储能；所述管外主控模块由控制器、无线模块、通讯模块和电源模块，控制器采用STM32F103芯片，无线模块采用NRF2401芯片，通讯模块采用GU900E芯片，电源模块为控制器供电，同时测量剩余电量，电池余量数据打包发送至总控室服务器；所述管内无线采集模块密封安装在智能PE阀门两端套管内壁上，由压力传感器、温度传感器、无线模块、电磁感应线圈组成，两组管内无线采集模块密封贴附于智能PE阀门左右两侧的管道内壁，管内无线采集模块的位置与管道外壁贴附的电磁感应线圈在同一竖直面上，管外的电磁感应线圈通电，电能耦合至管内的电磁感应线圈，为无线模块供电，压力传感器和温度传感器工作，采集管内压力、温度数据通过无线模块发送至控制器。所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述智能PE阀门所在的管路上还布设有外置捆绑式超声波流量计。所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述管外主控模块还包括I/O控制接口，控制器通过I/O控制接口控制驱动装置，驱动装置驱动阀杆动作。所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述无线模块采用NRF2401芯片。所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述测控节点分布间距小于2km。所述的一种智能城市燃气PE管网测控方法，其特征在于包括以下步骤：1）总控室服务器预置有管网信息，包括实时用户用气量、实时调压站调节曲线、管段摩擦系数、管径、管长、进出口标高差、送气量、介质粘度、阀门安装地理位置与对应编号；2）应用管道仿真软件PipelineStudio建立管网模型，输入步骤1)中的管网信息进行瞬态仿真，计算出管网当前运行压力曲线；3）测控节点将采集到的阀门两侧压力、温度、流量数据通过移动通信网络发送至总控室服务器；4）总控室服务器将测控节点实测数据压力矩阵与仿真的测控节点位压力数据矩阵进行相关系数计算，相关性低于阈值时，进行泄漏定位分析，列出相关系数最小的管段即为可能的泄漏管段，根据压力波传播速度和压力突变时间估算出泄漏点位置；5）控制室通过移动网络下发指令，远程关断泄漏点两端的智能PE阀门。所述的一种智能城市燃气PE管网测控方法，其特征在于所述泄漏定位分析的途径包括：a.根据各测控节点之间的实测参数具有依赖于网络拓扑模型的关联关系，建立起关联矩阵模型，分析出异常的测控点数据；b.通过按时间倒推重点测控点采集数据异常突变验证泄漏关联分析的可信度；c.利用优化完成的数学模型，以前一阶段管网气源站及管网终端用户的压力流量特性为输入，分析非泄漏和设定重点测控点管段泄漏两种情况，仿真输出各测控点数据，验证泄漏关联分析的可信度。所述的一种智能城市燃气PE管网测控方法，其特征在于所述泄漏定位分析的方法如下：1）获取判漏所需数据：利用PipelineStudio仿真得到的管网数据，以矩阵的行表示同一时间该支线上气源、节点1、节点2……节点n、用户的压力数据，矩阵的列表示同一位置不同时间的压力数据；新得到的数组置于矩阵顶端，动态计算的间隔与智能PE阀门的采集间隔一致，获得两组结构相同的矩阵，一组放置实测数据，一组放置仿真数据；2）泄漏判断：将矩阵A的首行与矩阵B的首行进行相关系数计算，计算公式为：，式中r—相关系数，n—节点个数，—实测矩阵A的元素，—仿真矩阵B的元素，i—矩阵的行标，当相关系数r低于阈值，则说明该支线上存在泄漏；其中，阈值的获取：首先对无泄漏支线进行多组仿真与实测，然后计算两者数据的相关系数，根据实际工况取经验值；3）泄漏分析：若步骤2）中发现支线存在泄漏，则进行泄漏管段的确定；将矩阵A的列与列进行相关系数的计算，r值最小的管段即泄漏源所处管段；由于靠近气源的节点受气源压力影响较大，靠近用户的节点受用户压力影响较大，因此计算相关系数的顺序为，第一列与第二列，第二列与第三列……，同时第n列与第n-1列，第n-1列与第n-2列，计算公式与步骤2）相同，求出所有r值后，r值最小的管段即泄漏源所处管段；4）若需要泄漏源的具体位置，则利用负压波原理，检索r值最小两列数据的突变点，两个突变点对应的时刻分别代表压力波传播至上游传感器、下游传感器的时刻，根据天然气压力波传播的速度来确定泄漏点的位置，具体公式为：，式中X：泄漏点距管道始端的长度，单位：m；L：管道长度，单位：m；V：传输介质中压力波传播速度，单位：m/s；N：天然气流速，单位：m/s；△T：管道始末端压力变送器检测到突变点的时差：单位：s。本专利技术在管网上分段配置智能PE阀门，通过无线网络全部连接于城市燃气PE管网的总控室服务器，通过监测分析及泄漏判定方法，实现整体管网运行的实时监测和安全监控。解决了以往燃气管网监测数据不完整无法实现控制优化、泄漏发现依靠定期现场巡检或报告、因处置意外破管明显不及时而可能引发重大公共安全事故等一系列问题，为智慧城市建设提供了有力的技术支持，还可为燃气管网企业带来明显的经济和社会效益，为传统PE阀门产业转型升级带来新的发展机遇。本专利技术实现了城市燃气PE管网的运行参数实时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于：气源与用户之间的管网上设置多个测控节点，每个测控节点都能够采集PE管网对应地理位置点的管网燃气运行压力、温度和流量，并能够通过无线局域网发送至总控室服务器，还能够接收来自总控室服务器的阀门关闭控制指令；所述测控节点处均设置有智能PE阀门，智能PE阀门上设置有电源储备模块、管外主控模块和管内无线采集模块。

【技术特征摘要】
1.一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于：气源与用户之间的管网上设置多个测控节点，每个测控节点都能够采集PE管网对应地理位置点的管网燃气运行压力、温度和流量，并能够通过无线局域网发送至总控室服务器，还能够接收来自总控室服务器的阀门关闭控制指令；所述测控节点处均设置有智能PE阀门，智能PE阀门上设置有电源储备模块、管外主控模块和管内无线采集模块。2.根据权利要求1所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述电源储备模块由太阳能电池板和锂电池组成，太阳能电池板为锂电池充电，锂电池为整个系统储能；所述管外主控模块由控制器、无线模块、通讯模块和电源模块，控制器采用STM32F103芯片，无线模块采用NRF2401芯片，通讯模块采用GU900E芯片，电源模块为控制器供电，同时测量剩余电量，电池余量数据打包发送至总控室服务器；所述管内无线采集模块密封安装在智能PE阀门两端套管内壁上，由压力传感器、温度传感器、无线模块、电磁感应线圈组成，两组管内无线采集模块密封贴附于智能PE阀门左右两侧的管道内壁，管内无线采集模块的位置与管道外壁贴附的电磁感应线圈在同一竖直面上，管外的电磁感应线圈通电，电能耦合至管内的电磁感应线圈，为无线模块供电，压力传感器和温度传感器工作，采集管内压力、温度数据通过无线模块发送至控制器。3.根据权利要求2所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述智能PE阀门所在的管路上还布设有外置捆绑式超声波流量计。4.根据权利要求2所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述管外主控模块还包括I/O控制接口，控制器通过I/O控制接口控制驱动装置，驱动装置驱动阀杆动作。5.根据权利要求2所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述无线模块采用NRF2401芯片。6.根据权利要求2所述的一种智能城市燃气PE管网测控系统，其特征在于所述测控节点分布间距小于2km。7.一种智能城市燃气PE管网测控方法，其特征在于包括以下步骤：1）总控室服务器预置有管网信息，包括实时用户用气量、实时调压站调节曲线、管段摩擦系数、管径、管长、进出口标高差、送气量、介质粘度、阀门安装地理位置与对应编号；2）应用管道仿真软件PipelineStudio建立管网模型，输入步骤1)中的管网信息进行瞬态仿真，计算出管网当前运行压力曲线；3）测控节点将采集到的阀门两侧压力、温度、流量数据通过移动通信网络发送至总控室服务器；4）总控室服务器将测控节点实测数据压力矩阵与仿真的测控节点位压力数据矩阵进行相关系数计算，相关性低...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨其华，谢嘉敏，张若玙，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33