利用通信光纜預警系統在管道安全防范中發揮作用

王立新

（中國石油天然氣管道通信電力工程總公司，河北 廊坊065000）

通常在電氣工程以及油氣工程中，采用管道的方式進行通信數據傳輸。由于管道傳輸的路線比較長，在管道沿線由于非法操作或者是管道的破損，造成光纖防護水平下降。本文針對管線的長距離、破壞性大的特點，在分析通信光纜預警系統后，采用了分布式傳感器進行安全防范措施的加強。該設備的使用方式是在通信光纜的兩端分別添加一對控制器，就能夠在無人監管或者是工程量較長的范圍內，在光纖以及光纜沿線的振動提醒中，判斷管道中的具體運行狀況，進一步確定管道中存在的險情，并且針對該險情進行預警以及定位，及時發現、及時搶救，提高了管道的安全防范能力，避免在使用中出現光纜中斷，為通信技術提供了比較暢通的運行效果以及運行環境。

1 通信光纜預警系統的工作原理及構成

1．1 通信光纜預警系統的工作原理

本文涉及的通信光纜預警系統采用光纖微振動的預警方式。若地下管線由于第三方施工出現了漏洞，而漏洞存在人為鉆孔盜油或者由于管線自身的腐蝕等原因造成泄漏現象，通過此光纜預警系統進行實時在線監測，在管道的傳輸過程中根據探測的振動信號發出的預警來判斷，并且及時定位、搶修，避免漏洞造成的影響，提高通信光纜預警系統在管道傳輸中的安全防范作用。

預警系統的工作原理：在通信電纜中光纖主要用于信號的傳輸以及作為安全防范體系中的傳感器。但在實際應用中，當光纖受到外界環境的影響時，它自身的部分傳輸屬性就會發生變化，因此在傳輸過程中配置特殊的感測設備，對具體的信號進行分析檢測，及時了解光的特性變化狀況。然后對報警控制器接收到的光的特性變化狀況按特殊算法進行分析處理，能夠對測量的狀態量進行全程的監控，實現報警以及定位功能。光纖微振動預警系統的工作是基于激光干涉原理進行的，它能夠對微米量級的光纜形變進行具體的測量以及監控，另外在測量的過程中能夠對振動進行實時定位，當振動受到外界影響，此影響會使在光纜中傳輸的光波相位發生變化，導致光干涉特性發生變化，因此在光纖微振動信號中，主要是通過檢測干涉信號來獲得外界信號，對振動信號的波形進行具體分析，通過定位算法，確定振動的位置，最終實現預警和及時定位。預警系統的工作原理如圖1所示。

從圖1中可以看出：通信光纜預警系統中光源LD發出的激光首先經過偏振控制器A，然后在2＊2耦合器的B＼D分成了兩束在光纖中進行信號的傳播，然而在耦合器C耦合發生相關的干涉，之后主要由光纖將耦合過的光傳回探測器PD1、PD2進行探測。但是在第三方的破壞信號作用時，在傳感器光纖附近就能夠接收到振動影響產生的光程差，這樣耦合器就極有可能干涉到具體的信號變化，并且由于振動發生的位置不同，接收到的干涉信號到達接收器的時間也不同，這樣在第三方破壞信號的時間差中就能夠對發生故障的地點進行及時定位，最終實現信號預警系統的功能。

圖1 光纖預警系統工作原理圖

1．2 通信光纜預警系統的構成

通信光纜預警系統分析光纖的微振動，因此該系統主要由主控計算機、主控儀、光纖終端盒、引導光纜以及傳感光纜共同組成。各組成部分的具體分工為：主控計算機根據用戶要求定義的接口與主控儀連接，在提取了主控儀輸出的信號之后進行處理，通過光纖微振動預警系統軟件，最終了解監測管線的線路運行狀況；主控儀是整個預警系統的核心部分，其內部含有大量的光源模塊以及光路耦合模塊；光纖終端盒是光纖接續設備，其內部設置了無源光纖耦合器件；引導光纜在終端盒連接傳感光纜以及主控儀中進行信號的傳輸，并且保證不受到外界的干擾；傳感光纜是實現光信號傳感和傳輸的光纜，主要作用是對外界的振動產生敏感提示，其布設過程與管線同時進行。

2 通信光纜的選型

通信光纜在使用中必須保證傳輸的高效性，這需要從光纜結構以及光學特性進行保證。在光纜結構方面，材料選型采用松套層絞式非金屬加強芯鎧裝光纜，而光纜芯的中心材料是玻璃纖維增強塑料，再將松套管和填充繩圍繞加強芯絞合為緊湊和圓形的纜芯，最后在最外層加上一層聚乙烯護套成纜，這樣就能夠增強光纜的傳感性能，起到保護光纜的作用。但是僅從材料選型考慮仍然存在一定的弊端，會大大降低傳感的靈敏度；還需要在材料中對光學特性進行分析。目前，基本采用標準的通信光纜以及光纖，這兩種通信光纜的主要光學特性包括光纜衰減以及工作溫度，幾項指標綜合決定了光纜的傳輸距離。

3 通信光纜在管道安全中的具體使用

3．1 分析光纜的設計方案

某項工程中，總光纜長度為42．51 km，光纜狀態的傳感主要利用通信光纜建成管道安全預警系統，其型號是單模GYFTA型，并且與油氣管道同溝敷設，這樣就增強了管道沿線機械的可操作性及預警和定位功能。另外，將終端盒分別安裝在分輸站外管道井內，就能夠促進光纜采用多個芯保證通信，并且在其中增加了熔接。用跳線來連接引導光纜以及主控儀。為了保證熔點的損耗衰減，光纖熔接要嚴格按照規定進行。進行全線布置時要保證每一臺控制器防護距離在50 m左右，在其中設置一套控制器，將控制器控制在220 VAC，功率在500 W，確保起始傳感器和末端傳感器處于無源設備的狀態中。布置管線監測主控儀時，通過計算機網絡將各個主控儀連接至計算機網絡，最終在監控系統中觀測預警信息，以便及時統一處理。對于多站點系統的架構，通過計算機網絡層進行軟硬件的配置，大大地降低了工程的難度。

3．2 光纜預警系統在管道安全中的具體作用

采用通信光纜預警系統來增強管道安全防范功能，進一步滿足了管道安全的預警要求，并且增強了管道安全監測方式，保證預警系統能夠實時監測，減少了人工巡線的工作，能夠在系統監測到破壞點時，快速進行檢修，提高了通信的效率。在實施預警監測系統時，需要做好人機交互界面。通信光纜預警系統能夠準確地判斷發生故障的地點，在系統的監測中增強了振動頻率，根據信號發生的頻率來判斷發生故障的狀況，這些功能優于人的經驗。因此，系統使用中需要不斷地開發軟件來增強通信的識別功能，提高定位精度。除此之外在通信光纜預警系統的使用中，檢測的敏感度以及對具體土質的識別程度有待進一步提高，要能夠根據具體的土質狀況來了解光纜的振動以及傳遞效果。一般南方地區需要的振動傳遞距離比較短，要靠大量的人工開挖才能增強光纜的預警效果，但是在土質比較硬的地方能夠在振動源比較遠的地方進行檢測，這樣就增強了檢測的敏感度。為了進一步增強光纜預警系統在管道安全防范中的作用，還需要在敷設過程中對管道進行振動判斷，避免在管道中出現盲區。

4 結束語

通過對油氣管道光纖預警系統的研究，從工作原理、材料選型、用電配置、監測距離等方面進行分析，能夠在比較長的傳輸管道中增強預警系統功能，減少了管道巡檢，改善了人工巡護的線路看管方式，節省了人力和物力，管道中出現了故障能夠及時地進行檢修，降低了管道破壞的風險和管道運輸的效果，增強了管道保護能力和安全性能。

［1］ 張金權，王 偉，肖 連，陳 軍．油氣長輸管道安全預警系統的開發與應用［J］．石油科技論壇，2008，（4）：58－59．

［2］ 曹海軍，羅光明，陳文月．通信光纜周邊振動監測與險情預警系統的設計與實現［J］．建筑遺產，2011，（05）：11－13．

［3］ 林文臺，張春熹，李立京，等．基于通信光纜的光纖油氣管線預警系統［J］．測試技術學報，2012，（2）：16－18．