邢占元

西部管道甘肅輸油氣分公司

長(zhǎng)輸管道高后果區(qū)一旦因第三方施工、打孔盜油、腐蝕、地質(zhì)災(zāi)害等發(fā)生危險(xiǎn)，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失及嚴(yán)重的社會(huì)影響。如何消減管道高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)，除了加強(qiáng)傳統(tǒng)的巡護(hù)、檢測(cè)工作外，引進(jìn)新的監(jiān)控技術(shù)手段提前進(jìn)行預(yù)防顯得尤為重要。

但由于管道高后果區(qū)社會(huì)依托差，多數(shù)無(wú)市電保障條件，視頻監(jiān)控等手段往往受限，亟需采取技術(shù)措施加以改進(jìn)。

1 監(jiān)控方式對(duì)比

1.1 補(bǔ)光燈監(jiān)控方式

補(bǔ)光燈監(jiān)控方式是比較傳統(tǒng)的監(jiān)控方式，一般做法是在攝像頭上安裝補(bǔ)光燈。通過(guò)對(duì)西南某管道42#、 43#、 45#、 47#、 48#和49#監(jiān)控閥室，長(zhǎng)江隧道口1、長(zhǎng)江隧道口2、武勝壓氣站、銅梁分輸站、江津分輸壓氣站等安裝補(bǔ)光燈監(jiān)控點(diǎn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，每處監(jiān)控點(diǎn)需要安裝4臺(tái)補(bǔ)光燈，盡管每天的耗電量小于1600WH，但需要建設(shè)水泥底座，協(xié)調(diào)用地難度較大，現(xiàn)場(chǎng)難以實(shí)施。

1.2 紅外熱成像視頻監(jiān)控

紅外熱成像視頻監(jiān)控技術(shù)采用熱成像系統(tǒng)，通過(guò)能夠透過(guò)紅外輻射的紅外光學(xué)系統(tǒng)，將景物的紅外輻射聚焦到能夠?qū)⒓t外輻射能轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的物理量的器件——紅外探測(cè)器上，從而使人眼的視覺(jué)范圍擴(kuò)展到不可見(jiàn)的紅外區(qū)，其基本原理如圖1所示。

紅外探測(cè)器利用了物體與背景環(huán)境的輻射差異及景物本身各部分輻射的差異，熱圖像能夠呈現(xiàn)景物各部分的輻射起伏，從而能顯示出景物的特征。采用這一視頻監(jiān)控系統(tǒng)，需要在現(xiàn)有視頻監(jiān)控設(shè)備基礎(chǔ)上加裝紅外熱成像鏡頭等部件。紅外熱成像視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)單日需要電量1623WH。

2 電源供給解決方案

由于管道高后果區(qū)周邊沒(méi)有市電供電條件，結(jié)合常見(jiàn)的補(bǔ)光燈及紅外視頻監(jiān)控方案，理想的方式是能夠利用風(fēng)力和太陽(yáng)能兩種資源，采用風(fēng)力發(fā)電補(bǔ)充供電，并將風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電。

2.1 當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)

某高后果區(qū)地處東經(jīng)113.3°、北緯36°，當(dāng)?shù)靥��?yáng)能在水平面上的平均輻射量約為4.43KWH/㎡•d。其中最低12月份為2.93KWH/㎡•d，最高5月份為5.55KWH/㎡•d。

根據(jù)NASA光伏計(jì)算管理軟件分析，該地區(qū)地面年平均日照指數(shù)等見(jiàn)圖3。

2.2 風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)發(fā)電量計(jì)算

2.2.1 風(fēng)機(jī)發(fā)電量

根據(jù)兩種視頻監(jiān)控技術(shù)要求，需選用400W的風(fēng)機(jī)。

風(fēng)機(jī)發(fā)電功率=風(fēng)機(jī)功率×（瞬時(shí)風(fēng)速/風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速） 3×工作時(shí)間×轉(zhuǎn)換效率75%風(fēng)機(jī)日發(fā)電量=18.4×24×0.75=330WH

2.2.2 光伏發(fā)電量

影響太陽(yáng)能電池組件給蓄電池充電功率的因素主要有:

蓄電池組充電效率Kc（ 0.98）；太陽(yáng)能電池組件表面由于塵污遮蔽或老化引起的修正系數(shù)Kx（ 0.9）；太陽(yáng)電池方陣組合損耗系數(shù)Kz（ 0.96）；控制器的轉(zhuǎn)換效率Kn（ 0.88）；系統(tǒng)綜合效率=0.98×0.9×0.96×0.88×24（蓄電池電壓） /34（太陽(yáng)能組件壓） = 52%。

光伏供電系統(tǒng)冬季耗電量大，取該地區(qū)平均月份45°傾斜面平均峰值日照時(shí)數(shù)，日照時(shí)數(shù)

Ht=4.3H太陽(yáng)能電池板的日發(fā)電量1293WH。

太陽(yáng)能電池板的總功率為：

1293WH/4.3H/0.52=578Wp。

風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)每天最大提供電量大于等于1623WH，滿足系統(tǒng)用電需求的風(fēng)機(jī)日發(fā)電量330WH。現(xiàn)場(chǎng)安裝改造如圖4所示。

2.2.3 特殊情況影響

考慮陰雨等特殊天氣，按照蓄電池放電深度為75%計(jì)算，每天負(fù)載耗電量為1623WH。則7個(gè)連續(xù)陰雨天需要蓄電池容量為1623×7/24/0.75=630AH，根據(jù)選型規(guī)則選擇12V/200AH膠體蓄電池，則選用12V/200AH蓄電池6塊，組成24V/600AH蓄電池組，滿足設(shè)備連續(xù)7個(gè)陰雨且無(wú)風(fēng)天氣條件下風(fēng)光互補(bǔ)供電仍可以正常工作，詳見(jiàn)表1。實(shí)施后有效補(bǔ)光監(jiān)控比率達(dá)到100%，措施有效。

3 總結(jié)

本文對(duì)無(wú)市電供給條件下管道高后果區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方式和能源供給方式進(jìn)行了探討，為管道高后果區(qū)管理提供了新技術(shù)、新方法，提高了管道高后果區(qū)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)控效果，可為管道高后果區(qū)監(jiān)控提供借鑒。

作者簡(jiǎn)介：邢占元，男， 1985年8月生，哈爾濱工業(yè)大學(xué)導(dǎo)航制導(dǎo)與控制技術(shù)專業(yè)畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，西部管道公司甘肅輸油氣分公司管道科副科長(zhǎng)，工程師。

《管道保護(hù)》2016年第4期（總第29期）