利用通信光缆预警系统在管道安全防范中发挥作用

王立新

（中国石油天然气管道通信电力工程总公司，河北 廊坊065000）

通常在电气工程以及油气工程中，采用管道的方式进行通信数据传输。由于管道传输的路线比较长，在管道沿线由于非法操作或者是管道的破损，造成光纤防护水平下降。本文针对管线的长距离、破坏性大的特点，在分析通信光缆预警系统后，采用了分布式传感器进行安全防范措施的加强。该设备的使用方式是在通信光缆的两端分别添加一对控制器，就能够在无人监管或者是工程量较长的范围内，在光纤以及光缆沿线的振动提醒中，判断管道中的具体运行状况，进一步确定管道中存在的险情，并且针对该险情进行预警以及定位，及时发现、及时抢救，提高了管道的安全防范能力，避免在使用中出现光缆中断，为通信技术提供了比较畅通的运行效果以及运行环境。

1 通信光缆预警系统的工作原理及构成

1．1 通信光缆预警系统的工作原理

本文涉及的通信光缆预警系统采用光纤微振动的预警方式。若地下管线由于第三方施工出现了漏洞，而漏洞存在人为钻孔盗油或者由于管线自身的腐蚀等原因造成泄漏现象，通过此光缆预警系统进行实时在线监测，在管道的传输过程中根据探测的振动信号发出的预警来判断，并且及时定位、抢修，避免漏洞造成的影响，提高通信光缆预警系统在管道传输中的安全防范作用。

预警系统的工作原理：在通信电缆中光纤主要用于信号的传输以及作为安全防范体系中的传感器。但在实际应用中，当光纤受到外界环境的影响时，它自身的部分传输属性就会发生变化，因此在传输过程中配置特殊的感测设备，对具体的信号进行分析检测，及时了解光的特性变化状况。然后对报警控制器接收到的光的特性变化状况按特殊算法进行分析处理，能够对测量的状态量进行全程的监控，实现报警以及定位功能。光纤微振动预警系统的工作是基于激光干涉原理进行的，它能够对微米量级的光缆形变进行具体的测量以及监控，另外在测量的过程中能够对振动进行实时定位，当振动受到外界影响，此影响会使在光缆中传输的光波相位发生变化，导致光干涉特性发生变化，因此在光纤微振动信号中，主要是通过检测干涉信号来获得外界信号，对振动信号的波形进行具体分析，通过定位算法，确定振动的位置，最终实现预警和及时定位。预警系统的工作原理如图1所示。

从图1中可以看出：通信光缆预警系统中光源LD发出的激光首先经过偏振控制器A，然后在2＊2耦合器的B＼D分成了两束在光纤中进行信号的传播，然而在耦合器C耦合发生相关的干涉，之后主要由光纤将耦合过的光传回探测器PD1、PD2进行探测。但是在第三方的破坏信号作用时，在传感器光纤附近就能够接收到振动影响产生的光程差，这样耦合器就极有可能干涉到具体的信号变化，并且由于振动发生的位置不同，接收到的干涉信号到达接收器的时间也不同，这样在第三方破坏信号的时间差中就能够对发生故障的地点进行及时定位，最终实现信号预警系统的功能。

图1 光纤预警系统工作原理图

1．2 通信光缆预警系统的构成

通信光缆预警系统分析光纤的微振动，因此该系统主要由主控计算机、主控仪、光纤终端盒、引导光缆以及传感光缆共同组成。各组成部分的具体分工为：主控计算机根据用户要求定义的接口与主控仪连接，在提取了主控仪输出的信号之后进行处理，通过光纤微振动预警系统软件，最终了解监测管线的线路运行状况；主控仪是整个预警系统的核心部分，其内部含有大量的光源模块以及光路耦合模块；光纤终端盒是光纤接续设备，其内部设置了无源光纤耦合器件；引导光缆在终端盒连接传感光缆以及主控仪中进行信号的传输，并且保证不受到外界的干扰；传感光缆是实现光信号传感和传输的光缆，主要作用是对外界的振动产生敏感提示，其布设过程与管线同时进行。

2 通信光缆的选型

通信光缆在使用中必须保证传输的高效性，这需要从光缆结构以及光学特性进行保证。在光缆结构方面，材料选型采用松套层绞式非金属加强芯铠装光缆，而光缆芯的中心材料是玻璃纤维增强塑料，再将松套管和填充绳围绕加强芯绞合为紧凑和圆形的缆芯，最后在最外层加上一层聚乙烯护套成缆，这样就能够增强光缆的传感性能，起到保护光缆的作用。但是仅从材料选型考虑仍然存在一定的弊端，会大大降低传感的灵敏度；还需要在材料中对光学特性进行分析。目前，基本采用标准的通信光缆以及光纤，这两种通信光缆的主要光学特性包括光缆衰减以及工作温度，几项指标综合决定了光缆的传输距离。

3 通信光缆在管道安全中的具体使用

3．1 分析光缆的设计方案

某项工程中，总光缆长度为42．51 km，光缆状态的传感主要利用通信光缆建成管道安全预警系统，其型号是单模GYFTA型，并且与油气管道同沟敷设，这样就增强了管道沿线机械的可操作性及预警和定位功能。另外，将终端盒分别安装在分输站外管道井内，就能够促进光缆采用多个芯保证通信，并且在其中增加了熔接。用跳线来连接引导光缆以及主控仪。为了保证熔点的损耗衰减，光纤熔接要严格按照规定进行。进行全线布置时要保证每一台控制器防护距离在50 m左右，在其中设置一套控制器，将控制器控制在220 VAC，功率在500 W，确保起始传感器和末端传感器处于无源设备的状态中。布置管线监测主控仪时，通过计算机网络将各个主控仪连接至计算机网络，最终在监控系统中观测预警信息，以便及时统一处理。对于多站点系统的架构，通过计算机网络层进行软硬件的配置，大大地降低了工程的难度。

3．2 光缆预警系统在管道安全中的具体作用

采用通信光缆预警系统来增强管道安全防范功能，进一步满足了管道安全的预警要求，并且增强了管道安全监测方式，保证预警系统能够实时监测，减少了人工巡线的工作，能够在系统监测到破坏点时，快速进行检修，提高了通信的效率。在实施预警监测系统时，需要做好人机交互界面。通信光缆预警系统能够准确地判断发生故障的地点，在系统的监测中增强了振动频率，根据信号发生的频率来判断发生故障的状况，这些功能优于人的经验。因此，系统使用中需要不断地开发软件来增强通信的识别功能，提高定位精度。除此之外在通信光缆预警系统的使用中，检测的敏感度以及对具体土质的识别程度有待进一步提高，要能够根据具体的土质状况来了解光缆的振动以及传递效果。一般南方地区需要的振动传递距离比较短，要靠大量的人工开挖才能增强光缆的预警效果，但是在土质比较硬的地方能够在振动源比较远的地方进行检测，这样就增强了检测的敏感度。为了进一步增强光缆预警系统在管道安全防范中的作用，还需要在敷设过程中对管道进行振动判断，避免在管道中出现盲区。

4 结束语

通过对油气管道光纤预警系统的研究，从工作原理、材料选型、用电配置、监测距离等方面进行分析，能够在比较长的传输管道中增强预警系统功能，减少了管道巡检，改善了人工巡护的线路看管方式，节省了人力和物力，管道中出现了故障能够及时地进行检修，降低了管道破坏的风险和管道运输的效果，增强了管道保护能力和安全性能。

［1］ 张金权，王 伟，肖 连，陈 军．油气长输管道安全预警系统的开发与应用［J］．石油科技论坛，2008，（4）：58－59．

［2］ 曹海军，罗光明，陈文月．通信光缆周边振动监测与险情预警系统的设计与实现［J］．建筑遗产，2011，（05）：11－13．

［3］ 林文台，张春熹，李立京，等．基于通信光缆的光纤油气管线预警系统［J］．测试技术学报，2012，（2）：16－18．