张晓菁方望松
武汉市燃气热力规划设计院有限公司430019
摘要：将燃气管网降维故障诊断方法应用于某城镇燃气管网。分析管网水力工况，选取若干个特征节点，由特征节点的压力构成特征向量。计算正常工况特征向量与泄漏工况特征向量的距离、正常工况特征向量与实测工况特征向量的距离，得到两个距离的比值。若此比值小于等于规定的阈值，判定管网发生泄漏。确定管网的特征节点是降维故障诊断方法的关键步骤，阈值由管网运行状态决定。
关键词：城镇燃气；管网泄漏；降维；故障诊断方法；应用
导言：随着城市化建设进程的不断加快，城市很大一部分燃气管网都进行了改造，多以中压管网为主，但仍有部分低压管网还处于运行中，由于施工质量和运行时间较久等原因，燃气管网的泄漏事件也常有发生，在很大程度上影响了城市煤气管网的安全性。
1管网泄漏原因和泄漏点的查找
燃气管网一旦发生泄漏，接到报警后抢修人员要立即赶到现场，并通过鼻闻、检测、沿线打孔及试烧等进行事故性质的确定。这三种方法是可以同时进行的，抢修人员到达事故现场后首先就能用鼻子闻到燃气的气味，然后可以检查报警范围之内的空间，最后才可以在管道上进行打孔，依据孔内的燃气浓度判断泄漏点。?
燃气泄漏点的查找工作需要逐步的进行，沿管道走向打孔然后用检漏仪根据燃气的浓度进行检测，对于浓度较高的部位可以判定为泄漏点。根据近几年发生的泄漏事故中发现，以连接接口漏气为多，所以在检测时要从附近的燃气设施开始一点点的进行排查，对接口连接套易发生泄漏部位要进行重点排查。
2燃气管网事故预防预警技术现状
2.1管道外防腐层检测技术现状
埋地金属管道外防腐层检测技术方法很多，但就其信号源来说，都可归纳为?
交流电流、直流电流和近间距管/地检测技术。
交流电流（磁场衰减）检测法
这是一种利用交流电流的检测技术。通过在管道上施加交变信号，在管道周围形成磁场，磁场强度与信号强度成正比。用此检测技术检测防腐层完好的地下管道时，管道产生的磁场信号随着距信号源距离的增加，以一定的斜率呈线性衰减。若管道某处的防腐层出现破损，则信号电流在此处有流失，导致此点磁场强度发生突变。该方法优点是不需沿线步行检测，可在检测人员难以到达的区域使用。缺点是不能准确检测定位防腐层缺陷的位置，且易受管道附近磁性体和杂散电流的影响。
直流电流（电位梯度）检测法DCVG
也称直流脉冲技术-DCVG，它使用频率为非对称的直流脉冲信号加载到管道上，通过两根相距电极在地面上进行电位测量，由于信号电流在防腐层破损处流失，电流流过土壤电阻，在管道漏点附近就形成电压梯度。一般破损面积越大，电流密度越大，而形成的电压梯度也就越大。该方法优点是可提供缺陷尺寸大小，不易受管道上方电网干扰。缺点是不能远距离测量且受环境因素及管道覆盖层绝缘性影响较大。
近间距管/地检测技术CIPS
这是一种控制管道外腐蚀、监控阴极保护效果的测试技术。通常在阴极保护状态下，在1m～5m间距读取电位数据。该方法优点是可定出缺陷的位置、尺寸大小，指出阴极保护区域，也可计算机自动沿线采样。但缺点是测试人员工作强度相应增大，并且由于需要拖拉电缆而大大限制使用范围，尤其不适应野外操作。这种方法对防腐层破损点的定位精度在±1m范围内。
2.2燃气泄漏检测定位技术现状
根据燃气管道泄漏检测的原理不同，目前使用的检测方法可以分成直接检测法与间接检测法，在燃气管道泄漏检测中使用最为广泛的直接检测法是可燃气体检测法和火焰电离检测法，而漏点定位技术为洞孔检测法。
可燃气体检测法：可燃气体检测法是利用燃气的扩散作用从空气中进行取样，然后利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度，当可燃气体进入探测器时，通过继电器驱动信号就传递到控制面板上的报警器进行报警。此种方法只能检测到燃气泄漏，但不能定位泄漏点。
火焰电离检测法：烃类气体在纯氢火焰的灼烧下产生带电碳原子，由电极板搜集检测，当电极板检测到的碳原子数量超过了预定的警戒值时检测器会立刻报警。此种方法灵敏度高，检测浓度的范围大，定位精准，系统反应时间也较快，但单独使用时不能长距离的连续检测。
泄漏点定位技术：目前，燃气泄漏点定位技术为路面打孔检测定位法，初步判断泄漏路段，用地下管线检测仪定出燃气管道准确位置，并每隔一定间距用路面打孔定位，在孔内检测燃气浓度，燃气检测浓度最高处判断为泄漏点，确定泄漏点后，在燃气管道位置处开挖马路，查看该点是否为漏点。
3降维故障诊断方法的实现
确定特征向量参数，选择特征节点一般而言，表征城镇燃气管网的特征参数有流量、压力、温度，本文选择管网压力参数构成特征向量，节点压力可较好地反映管网运行工况，利于管网故障诊断。特征节点为管网中具有指示作用、对泄漏敏感的节点，其包含了表征管网状态的关键信息。选择合适的特征节点，一方面可排除管网中对泄漏不敏感的节点信息，提高检测的准确性;另一方面可降低检测成本，实际管网检测系统中布置测点有限，给泄漏检测带来不便，可将特征节点作为检测布点，只测量其节点压力，降低检测系统投资。特征节点的确定是降维故障诊断方法的关键步骤，对于城镇燃气管网而言，可通过模拟计算分析，得到管网特征节点，指导SCADA系统布点。
4讨论
①通过模拟分析确定管网的特征节点是降维故障诊断方法的关键步骤，应设置不同泄漏点、不同泄漏量进行分析。模拟时设置的泄漏点、泄漏量不同，城镇管网形态(敷设范围、气源点位置、负荷特征)不同，则特征节点不同。为得到表征燃气管网运行状态的特征节点，需要进行大量的模拟计算，在分析的基础上提炼节点压力波动规律，合理选择特征节点。不同形态管网的特征节点分布规律应作为专题来研究。②管网泄漏点不同，管网故障诊断的准确性不同。本文的模拟结果显示，管网主干管上发生泄漏时，特征节点压力变化率大，此时故障诊断结果可靠性高。对于不同管网，可通过模拟计算，分析总结泄漏点位置不同对管网故障诊断结果的影响，使得特征节点的选择更具科学性，提高故障诊断的准确性。③为提高故障诊断的准确性，降低误判率，需用大量的管网运行数据进行训练，进而确定不同管网的判定阈值。训练数据越多，阈值与管网越匹配，则诊断结果越可靠。
5结语
①降维故障诊断方法用于城镇燃气管网的运行状态监控具有可能性。②通过模拟计算分析确定管网的特征节点是降维故障诊断方法的关键步骤，模拟计算应根据具体管网形态，设置不同位置节点、不同泄漏量进行大量计算，在总结分析的基础上确定。③阈值是管网运行状态的判定指标，管网形态不同则对应的阈值不同，对于同一管网，通过管网运行数据训练可得到精确的阈值，且训练数据越大，精确度越高，管网故障诊断结果的正确率越高。
参考文献:
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