长距离大口径输水PCCP管道泄漏监测系统解决方案

一、方案背景

     近年来不断发展新基建，随着新基建潮来临，各地大型跨流域引水工程、地表水厂项目也随之跟上，据中国地质调查局地质环境监察院报告，我们每年均发生管道漏水事故,而且多集中在用水高峰期及冬春两季,给各地居民生活造成重大影响，输水PCCP管道泄漏监测预警刻不容缓，PCCP管道虽然造价低，具有较好的抗渗性，密封性能良好，可减缓或克服一定程度上的土壤应力影响，但是它的的阴极保护面临的问题和腐蚀问题应该得到重视，因此，我们对长距离大口径输水PCCP管道断丝安全监测、管道压力监测、管道沉降监测这三方面着手非常重要，本方案从这三方面的监测预警系统设备做出阐述，杭州迈煌科技有限公司提供一套长距离大口径输水PCCP管道泄漏监测系统解决方案，仅供参考。

二、方案说明

2.1、PCCP管道沉降监测

2.1.1.设备选型原则

1）、以安全监测为主，首先考虑满足工程安全监测及安全预报所需的物理参量；

2）、监测重点突出、兼顾。为了反映管道的工作性态，主要针对对管道径向位移、管道接头纵向位移、管道接口三向位移和管道接头的渗漏监测，同时还兼顾管道覆土压力和基础设施变形监测。对主要建筑物的重点监测项目实现实时自动监控。

3）、监测设备的选择突出长期性、稳定性、可靠性，同时要求经济合理；且便于实现数据的自动采集和自动化监测。

2.1. 2  监测说明

1）、管道径向、纵向位移监测在覆土压力等竖向荷载作用下，管道容易在地基条件发生变化或基础设施与管道相接部位产生不均匀径向位移。管道主要推力由管道内水压力产生的静水推力和由水的动量改变而发生的动水离心推力组成，在管道推力的作用下管道会在接头处产生平行于管轴线的纵向位移。 管道的径向位移和纵向位移是反映管道运行情况的重要指标，因此对其进行监测显得尤为重要。为掌握管道运行期间的变形情况，重点关注在沿线管道：下穿交通道路、高挖方高填方、地基变化、基础设施与管道相接等部位为主要监测断面进行管道变形监测。管道径向及纵向位移监测采用直线位移传感器。

2）、周边土压力监测

为掌握管道顶部填土的覆土压力和侧向填土的侧向土压力，重点选择在在沿线管道选取下穿交通道路和高挖方高填方监测断面进行管道覆土压力及基底应力监测。土压监测采用土压力计监测。土压计是一种埋入式压力传感器，主要用于测量土石坝、土提、边坡、路基、挡土墙和隧道等结构物内部土体的应力，适合长期自动化监测。传感器主要部件均用特殊钢材制造，可在恶劣环境使用。其性能优良，具有良好的精度和灵敏度、的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性等。在完善电缆保护措施后，可直接埋设在对仪器要求较高的碾压土中

3）、渗压监测

管道全线有压。由于内水压力的作用、承插接头锈蚀、连接橡胶圈圈老化以及不平衡推力产生的接头过大位移等原因，管道接头处存在渗漏的可能。为掌握管道接头密封效果以及监测管道接头的渗漏情况，重点选取：工作压力较大、地基变化、埋置深度深的典型断面布设渗压计和测压管，用以监测管道接头渗漏情况。渗压监测使用渗压计，是一种用于测量孔隙水压力或渗透压力的传感器，广泛应运于大坝、尾矿库、隧道、路基、边坡等工程中的地基深层水压力的测量，从预钻孔压入至设计层面待测点。产品具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点。           

2.1.3 以单路管长约 36km为例，设备名称、数量、安装位置

序号	设备名称	数量	单位	安装位置
1	径向位移计（光纤光栅型和数字式可选）	35	支	管道中部
2	纵向位移计（光纤光栅型和数字式可选）	21	支	管道接缝处
3	土压力计（光纤光栅型和数字式可选）	6	支	管道顶部和两侧
4	渗压力计（光纤光栅型和数字式可选）	4	支	管道接缝处两侧

2.1.4．设备技术参数

序号	设备名称	技术参数
1	径向位移计	量程：150mm，分辨力：0.1%FS，温度范围：-20～80℃
2	纵向位移计	量程：150mm，分辨力：0.1%FS，温度范围：-20～80℃
3	土压力计	量程：0-20KPa（其他量程可定制）；精度：≤1 KPa；分辨率：0.1 KPa；温度测量精度：±0.5℃工作温度：-20℃～70℃；灵敏度：0.004%；尺寸：φ30*5mm(可定制)
4	渗压力计	量程：0.2MPa（其他量程可定制）；系统总精度：≤1%FS；温度测量精度：-20℃～-10℃测温精度在 2℃内，-10℃～70℃测温精度在 0.5℃内；工作温度：-20℃～70℃；

2.1.5 其他部件

1、数据采集仪：供电电源：DC12V/2A，16 通道，RS485输出，MODBUS 协议。能采集 RS485、RS232、4～20mA、0～5V、振弦等各类监测设备的信号。

2、数据传输单元：供电：DC12V；通信速率在 0.1Kbps～50Kbps 之间可调，通信延时不大于10s；支持 7 模通，方便用户灵活选择运营商；能和工程主通信线缆连接，能和运营商基站连级；内部集成 TCP/IP协议栈；提供串口数据双向转换功能；支持自动心跳，保持在线；支持参数配置，保存；30℃～65℃的环境下能正常工作，防尘防水等级不低于IP45；达到第三级设备防雷等级，1 平均工作电流不大于 50mA；含物联网卡，5 年流量；数据实时传输到云平台管理软件。

3、安全监测信息管理系统软件：管道结构安全监测云平台系统；采用分层 B/S 体系结构，以.NET 为开发平台，统程规范、技术标准、数据管理、角色管理、用户登陆、界面风格，构成一个开放的平台，构建分层的在线监测系统。软件中含年软件升级维护费用；主要功能模块包括：管道结构安全信息展示、查询模块，可进行多站点采集数据的对比展示与查询；（含用户所提供 GIS 数据的处理，或用户所提供 GIS 数据 WebService 服务接入软件分析平台）现场监测设备管理模块；实时告警包含实时告警推送、多方式告警通知(短信、邮件、声光报警)可实现自定义推送策略(接收等级、方式、人员)、自动推送和手动发送告警；对数据进行各类分析处理，主要有：数据的统计分析（极值、平均值、有效值、均方值、方差、标准差等）、系统参数识别、系统数据评估（趋势分析、养护管理评定等）等功能。

杭州迈煌长距离输水PCCP管道泄漏监测系统预警技术可靠

2.2、PCCP管道压力监测

2.2.1 管道在线安全监测系统功能：

(1) 识别和展示管线压力瞬变水锤事件（水泵开停、阀门开闭、施工、冲洗、排气故障等），在线记录显示水锤压力变化曲线，实现报警，并确定压力瞬变源和定位；

(2) 基于管内 3bar 运行压力以上，实现 300 升/分以上的爆管实时监测和报警，通过时钟同步技术确定爆管位置，精度±50 米范围；

(3) 压力瞬变（水锤）分析，结合供水带压管道（GIS）材质、管龄、管径等等参数，基于现场存在的压力瞬变强度和数量，评估管道的爆管风险，并展示危险管线的区域；

(4) 监测传感器安装位置周边跑冒滴漏的现象，实现 120 升/分微小漏水监测，系统通过频谱分析功能实现报警；

(5) 管线异常事件管理，完整、准确掌握输水系统运行状态，通过高频压力和声纳数据实时监测排气阀工作状态；

(6) 系统能够机器自学习输水模式，帮助用户快速判断给水系统问题，提高管线运行的可靠性、安全性，基于供水压力实现供水调度，并及时自动发现运行异常，提度管理的效率和水平。

2.2.2  系统构成与配置

一、系统配置原则与性能要求

在确定排气阀位置上安装一体式传感器，必须包括高频压力计和水听器，同时传感器接触到管道内的水。安装传感器位置间距的设置原则：800-1200 米，现场条件在此间距范围内适当调整位置。传感器通过现场数据采集通信装置 RTU，3G/4G/5G 无线方式，将采集到数据传输到调度控制中心分析平台对管道进行实时监测和分析。

二、系统配置要求

(1)  现场硬件设备包含：

(2)  高频压力传感器

(3)  压电水听器（或者采用光纤水听器，在PCCP管道断丝监测中阐述）

(4)  通信数据传输装置 RTU

(5)  G（3G/4G）和同步授时时钟天线

(6)  不锈钢控制箱及电源附件

(7)  通信方式：3G/4G 无线通信

(8)  监测分析平台软件：客户端服务器安装方式

(9)  电源：太阳能供电，带有锂电池，容量需满足现场传感器和 RTU传输装置没有日照 30 天情况，继续保持正常工作。

(10) 供电冗余：RTU 本体需内置锂电池和外部太阳能供电，互为备

用。

杭州迈煌长距离输水PCCP管道泄漏监测系统预警技术可靠，提供一套长距离大口径输水PCCP管道泄漏监测系统解决方案

2.2.3 设备技术参数

主要设备技术要求

（1）高频压力传感器

工作温度：-40℃～80℃

压力监测采集频率≥256Hz，以满足分析需求；

量程：0～300psia ，需满足负压的监测；

精度：≤0.1%FS

响应时间：≤1ms

材质：不锈钢隔离膜片

承受静压：68Bar

防护等级：IP68，包括传感器电缆连接处；

（2）压电水听器

工作温度： -20 ℃～80 ℃

灵敏度：-173dB Vre: 1V/μPascal

响应频率范围 ：20Hz-50KHz

传感器材质：橡胶+不锈钢

连接电缆：低噪同轴电缆

承受静压：68Bar

防护等级：IP68，包括传感器电缆连接处；

（3）采集和通信装置 RTU

运行温度：-30 ℃～ 70 ℃

防护等级：IP68

压力采集精度大于等于 16 位；

支持模拟量和音频信号接入，同时提供连接感器电源供电；

支持 3G/4G/5G 公共通信网络，TCP/IP 协议采集数据上传中控室；

授时时钟精度：≤1ms；

本体内置锂电池，在外部电源失效后，以低功耗模式运行至少 2 月;

采集周期：数据上传时间可调整，自动连接中控上传。

内存：内置 16G 闪存卡，支持采集数据的存储保存 30 天不丢失；

低功耗设计，供电电压：12VDC，连接传感器后总功耗 ≤1W；

2.3、PCCP管道断丝安全监测

管道断丝安全预测系统是采用分布式光纤声波/振动传感测漏技术和分布式光纤声波传感器（光纤水听器）测漏技术，取其中之一都可以的，两者相结合效果佳，数据采集系统是监测系统的大脑。系统收集管道断丝数据，进行转换，然后发送到监控中心进行分析。

2.3.1 分布式光纤声波/振动传感测漏技术

其原理是利用高相干光在光纤中传输引起的瑞利散射光干涉对声波/振动特征敏感的特点，实现声波或振动检测。在管道安装过程中，同步在管道外壁敷设微振动传感光缆，该电缆既是传输信号的通道，又是采集断丝信号的传感器。单端连接分布式光纤振动信号解调主机，即可实现实时分布式管道泄露监测和爆管及第三方开挖破坏预警。

1）对于方便施工人员进入的大口径管道，建议在管道内壁敷设传感光缆，优点如下：

• 度的管道本体可以很好的保护脆弱的传感光缆；

• 管道内环境噪声相对较小，光缆采集的信号准确；

• 管道内施工光缆可以排除交叉、跳跃施工、恶劣天气和环境因素的干扰，施工方便、快捷；

• 管道的寿命远远大于25年，管道内敷设光缆便于全线更换到期老化的光缆;

管道泄漏监测系统原理图

2）主要性能指标：

测量距离：单向≧50km , 双向≧100Km;

定位精度：<10米；

响应时间：<3秒；

误报率：<5%;

漏报率：≦1.0%

故障报警：光缆断裂后系统自动报警并定位故障点位置。

数据存储：报警数据记录、查询功能

报警信号输出：通过RS232、RJ45接口以及继电器输出、网络传输；

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