多源参数辨识在工商业燃气计量仪表安全管理中的应用

刘兴伟

一、概述

天然气在北京市经历了快速发展阶段，目前北京市已经形成了庞大的天然气计量服务体系。天然气计量设施作为燃气运行系统的重要组成部分，在运行过程中容易受到破坏和干扰，不仅造成计量失效，而且会带来安全隐患。尤其一些用气量较大的工商业用户，发生破坏和干扰计量设备事件较为频繁，给燃气企业带来较大的经济损失。

围绕燃气计量设施本体防护及安全监测需求，北京市燃气集团在综合防护方案设计和关键技术产品开发方面开展了系统研究，形成了工商业燃气计量仪表安全监测多源辨识方案，开发了安全智能产品，并搭建了多源信息监测展示平台。利用现有成果，可以对影响计量的主要因素进行分析，为识别仪表性能的异常状态及判别用户端存在的不正常用气提供技术支撑，为制定科学合理的管控方案提供参考。

二、计量仪表安全监测多源辨识方案介绍

在本体防干扰方面，针对计量仪表运行过程中温度或压力传感器易受到破坏或干扰，轴承卡顿、异物插入、叶轮缺损、掺入杂质、外力冲击表体等异常场景，采用多种运行工况参数（温度、压力、压损、振动和高低频脉冲）监测，实现干扰的检测和预警。具体包括，采用自诊断技术分析及历史时间序列替代值算法，实现温度、压力的异常报警和异常值的替代;采用两级脉冲传感器，通过高低频脉冲数据比对分析，实现仪表叶片异常的识别，如图1所示;通过流速—压损映射关系和压损数据分析，判断轴承是否存在异常，如图2所示;通过获取计量端运行与振动规律，分析振动异常状态特性，有效识别仪表端存在的非正常振动信息，如图3所示。

图1 高频和低频脉冲信号数据比对异常诊断示意图

图2 流量—压损异常识别技术示意图

图3 振动参数异常识别技术示意图

在用户非正常用气方面，针对锅炉房用户存在异常用气行为且日常巡检模式固定、缺少动态调整机制的特点，主要根据各锅炉房用气量及用气特征，建立基于循环神经网络的用气量预测模型，进行用气时间上的多维度特征分析比对，实现对用户异常用气行为的检测。同时，辅助安排工作人员对可能存在非正常用气的用户加强巡检。另外，还可以结合不同区域以及不同用户用气高峰时间段特点，合理安排不同时段的燃气供应。

三、安全智能技术产品开发和多源信息监测预警平台搭建

结合多源参数辨识方案，同时考虑用户体验，从通信方式、数据安全方案、费控方式、功能提升等多方面出发，北京市燃气集团自主研发了非民用智能燃气表，如图4所示。仪表安装有人体红外释热传感器和摄像头，可为人为破坏行为提供证据。同时，仪表具有基于工况参数（温度、压力、压损、振动和高低频脉冲）进行多种异常场景辨识功能，可实现智能表故障前置边缘分析。除此之外，该仪表还具有以下一系列先进功能：市电加内置锂电双供电自切换功能，满足用户多样化的数据传输量和频率需求;表端和后台费控模式自适应及高频率远程调价功能，可提高用户充值便捷性，避免调价延迟造成的损失;远传主信道和辅助信道互补的通信方式，主信道可选4G或NB，辅助信道可选蓝牙方式，可满足数据传输及采集需求;表具使用安全芯片进行数据加解密和安全认证，蓝牙通信协议使用过程密钥，确保一表一密，保证数据传输的安全、可靠。

图4 智能安全计量仪表

为直观显示计量仪表多源異常安全状态，北京市燃气集团还开发了融合用户计量数据和表端工况数据的可视化监测展示平台。平台界面主要对流速—压损、红外图像、振动以及温度、压力等工况参数进行实时显示，同时对设备ID、位置信息及状态进行展示。平台通过调取后端数据库相关信息，将算法模型与后端数据库进行关联，实现表端工况数据和综合信息的可视化展示，为管理人员及时处理隐患并实时调整监管策略提供支撑。

四、成果应用前景

上述多源参数辨识方案，通过增加传感终端结合自诊断技术、时空序列等分析技术，可以实现计量仪表多种异常场景状态的识别，提高燃气表工况异常监测水平、丰富预警手段，进一步有效防止偷盗燃气和干扰计量设施事件的发生。

开发的智能安全计量产品，则可直接推广应用于北京市燃气用户，使燃气表向计量更精准、功能更健全、通信更安全可靠、服务更便捷的智能化方向发展，为北京市智能计量、智能气网的建设提供技术支持。

搭建的多源信息监测展示平台，通过智能算法和大数据分析的应用，可以对计量运行中关键影响因素进行直观展示和关联分析，为安全隐患识别及应急事件联动处置提供工具。

北京市燃气集团开发的这一系列成果，将在北京市典型工商用户中开展示范应用，可有效提升燃气设施安全防护水平、完善燃气监测预警与安全处置能力，对于实现城市建设精细化管理具有重要的支撑作用。同时，这些技术产品及方案还可移植至其他业务环节进行推广与应用，并带动上下游相关产业的发展。

（责任编辑：鞠阿莲）