考慮到分支較多，路由環(huán)回的情況，檢測光纖長度可能達到180km以上，因此，初步計劃將其劃分為5個距離相差不多的區(qū)段(每段的長度控制在40km以內)，在每一區(qū)段設置一套“控制器”負責對本段光纜探測器的檢測管理及自身系統(tǒng)運行機制的配置?！翱刂破鳌蓖ㄟ^交換機將數(shù)據(jù)信息傳遞給總控制中心的管理單元，所有的事件信息的處理和與第三方設備的連接通訊由單元來執(zhí)行。方案原理見圖3。
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??? 參考“光纜總路由圖”計劃安排在中段和西段設置3臺“控制器”，其中兩臺采用“背靠背”的方式來完成對“西段”和“中段”區(qū)域內震動光纖的檢測。在東段的“坪山調壓站”配備另外2臺“控制器”，同樣采用“背靠背”的方案共同完成整個東段區(qū)域內的光纖回路的檢測。
利用鋪設的備用光纖組建局域網(wǎng)，通過交換機把5臺控制器接入，同時也將設置在“主調中心”內部監(jiān)控中心的“CAMS單元”通過交換機接入整體系統(tǒng)來實現(xiàn)對前端5臺控制器的集中管理，利用CAMS單元的電子地圖功能來對防護目標進行實時監(jiān)控。“光纖收發(fā)器”和“網(wǎng)絡繼電器”以及“CAMS單元”來實現(xiàn)前端管道現(xiàn)場其它設備的聯(lián)動(圖4)。
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系統(tǒng)配置器材清單：
??? CAMS單元(軟件)??? ?????????????1套
??? 控制器(已包含工控機及配置軟件)?5套
??? 起始探測器??? ??????????????????5套
??? 末端探測器??? ??????????????????5套
??? 以上為必選器材，系統(tǒng)需要單獨對“CAMS單元”配置一臺PC。
??? 其他輔助設備：包含光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡繼電器、交換機等，完全可以利用SCADA系統(tǒng)中網(wǎng)絡設備實現(xiàn)。
???(2) 方案可行性分析
???① 0技術可行性分析
???首先，經(jīng)過多年的技術發(fā)展，從光波中解析信號技術已十分成熟，國外已有近10年該項系統(tǒng)使用的經(jīng)驗。國內中石油中石化也在多處管線上進行了嘗試，其效果還是比較理想。
??? 第二，我們有實施光纜管道預警系統(tǒng)的基礎條件，即擁有隨燃氣管道同溝敷設的光纜。為保證深圳市天然氣高壓輸配系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、穩(wěn)定性、實時性，其主通訊介質在設計上采用光纜，全線采取隨燃氣管道同溝敷設方式，設計上纜管距離保持在0.5m左右，位置在管道側上方。管道完全處于光纜震動檢測所能包絡的安全范圍之中。
??? 第三，方案中充分考慮了有效檢測距離和支線路段增加的距離因素，所以霍尼韋爾產(chǎn)品方案中選擇5套設備是合理的(中石油產(chǎn)品用4套可滿足我們要求)。
???② 經(jīng)濟分析
???首先，該項技術利用已有光纜作為分布式傳感器，節(jié)省了大量敷設光纜的費用。僅需花費系統(tǒng)設備及軟件的費用，按估算：霍尼韋爾的系統(tǒng)約需2500萬元，中石油的系統(tǒng)約需1000萬元。
??? 其次，采用該系統(tǒng)可以大大減少巡線人員工作量，有效提高工作效率。采用管道光纜預警系統(tǒng)后巡線可采取重點巡查的方式，沒有必要全線巡檢，使工作更有針對性，工作效率更高。
??? 第三，本系統(tǒng)穩(wěn)定性好，使用壽命長，維護費用低。從整個壽命期看，預警系統(tǒng)幾乎可以看成一次性投資長期受益的項目。
???(3) 系統(tǒng)缺點分析
???① 目前高壓SCADA系統(tǒng)光纜采用硅芯管形式，但光纜預警系統(tǒng)要求光纜最好是直埋形式。相比之下，直埋光纜在震動檢測系統(tǒng)之中可以對管道泄露具有較高的靈敏度，兩者在入侵檢測方面效果幾乎相同。從眾多的管道安全事故分析結果看，造成的泄露原因主要是第三方破壞，因此防護重點還是要放在外界破壞，所以采用硅芯管保護了光纜自身的安全，就相當于提高了整個系統(tǒng)的可靠性。另外，套管光纜具有很好的維護性，方便破損光纜的修復與更換，能有效延長整個預警系統(tǒng)的使用壽命。
??? ② 軟件系統(tǒng)自學習期誤報率較高。使用初期誤報率會比較高，會造成現(xiàn)場人員工作量的增加。隨著數(shù)據(jù)庫的增加，誤報率會逐漸變低。
??? ③ 目前的定位精度還不夠高。糾其原因這也和施工過程中光纜實際敷設長度、預留長度統(tǒng)計不可能完全準確有關，還和設備所能分辨的最小時間片有關(設備能夠區(qū)分的時間片約小，光在該段時間走過的路程就越短，定位精度就越高)，這樣會造成巡查工作人員巡查范圍的增加。目前國內外采取的應對策略都是分段定位，即人為的設置多個特殊點，在系統(tǒng)中參照這些特殊點的實際位置來修正各震動點的距離信息，加以提高定位精度。
??? ④ 可選商家少。據(jù)目前了解我國境內目前推廣該系統(tǒng)的國外廠家只有霍尼韋爾，國內目前能夠成功應用的只有中石油的產(chǎn)品，使用效果有待進一步考察。國內外同類產(chǎn)品性能比較詳見表1。
表1 國內外同類產(chǎn)品性能比較
? 項目 | ? 國內中石油系統(tǒng) | 國際產(chǎn)品 (以霍尼韋爾為例) |
設備體積 | 較大，占用較大空間 | 較小，可機架安裝 |
設備費用 | 現(xiàn)場設備約150萬元一套，中心設備及軟件系統(tǒng)約200萬元 | 平均約500萬元一套含軟件系統(tǒng) |
預警范圍 | 光纜為中心直徑6m | 光纜為中心直徑4m |
定位精度 | 一般為200m | 一般為100m |
最大預警長度范圍 | 60km | 40km |
泄露偵測功能 | 直埋光纜可實現(xiàn)定位監(jiān)測 | 直埋光纜可實現(xiàn)定位監(jiān)測 |
???(4) 應用建議
???① 光纜管道安全預警系統(tǒng)安全可靠，實施方便，能有效對管道運行時周邊危險狀態(tài)做出判斷，對提高我司高壓管道的安全管理水平有重大的意義，建議納入集團立項。
??? ② 光纜管道預警系統(tǒng)是利用隨燃氣管道同溝敷設光纜中富余光纜來實現(xiàn)實時偵測的，所以在前期光纜設計中要充分考慮預留芯數(shù)。目前我們已經(jīng)要求光纜施工圖設計單位為后期預警系統(tǒng)的實施設計預留余量，這項工作會造成光纜敷設工程項目費用增加約50萬元，但考慮后期管道的安全，我們認為這項投資是值得的。
??? ③ 由于本項技術在國內應用還處于初期階段，對其使用情況建議進一步進行考察，對技術的進展重點關注。在高壓工程整體竣工前最終確定意向單位和系統(tǒng)方案。
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