基于压力信号拐点检测油气管道泄漏的方法

摘要

本发明公开了一种基于压力信号拐点检测油气管道泄漏的方法，属于管道监测技术。该方法过程包括：分别采集管道上出、入口泵站压力变送器的输出值序列，送入计算机，利用卡尔曼滤波理论递推算法对其进行变换处理，使得压力信号波形突变的拐点位置明显突出，数量级为10^-1～10⁰，信号波形平缓的部分变为零值附近的随机小量，数量级为10^-2～10^-4，变换后的序列经序贯概率比检验法确定拐点发生的时刻，得到负压波通过上下游测量点的时间差，进而判断管道是否泄漏。本发明的优点在于：方法简单实用，可有效降低误报警率，提高泄漏定位精度，实时性好，灵敏度高，运行可靠。本发明适用于正常输送情况下的油气管道泄漏检测。

主权项

1.一种基于压力信号拐点检测油气管道泄漏的方法，该方法利用数据采集器采集油气管道出、入口泵站的压力变送器输出的压力数据，并实时地将压力数据送入计算机进行处理而实现的基于压力信号拐点检测油气管道泄漏，其特征在于包括以下过程：1)分别采集某段油气管道出、入口泵站的压力变送器的输出值序列x(k)，送入计算机，由于x(k)是一维压力信号序列，即单个信号波形——标量信号，采用标量信号的卡尔曼滤波理论对其进行变换处理，将信号波形突变的拐点位置突显出来；2)对压力信号序列加以处理，突出拐点：(1)建立如下系统模型：s(k)＝s(k-1)+w(k-1)    (1)x(k)＝s(k)+n(k)        (2)其中s(k)是过程状态变量；w(k)是状态噪声；x(k)是采集的压力信号序列；n(k)是测量噪声，与w(k)不相关，满足下列条件：E[w(k)]＝0，E[n(k)]＝0，$E\left[n\left(i\right)n\left(j\right)\right]={\sigma }_n^2\delta (i,j);$E[w(k)n(j)]＝0；是状态噪声w(k)的方差，σ_n²是测量噪声n(k)的方差；(2)利用上述模型，按照线性最小均方准则，卡尔曼滤波递推算法如下：滤波方程：增益方程：$b\left(k\right)=p_1\left(k\right){[p_1\left(k\right)+{\sigma }_n^2]}^{-1}---\left(4\right)$预测均方误差：滤波均方误差：p(k)＝p₁(k)-b(k)p₁(k)    (6)新息：新息方差：$S\left(k\right)=p_1\left(k\right)+{\sigma }_n^2---\left(8\right)$送到计算机的压力信号序列x(k)经卡尔曼滤波递推算法处理得新息序列：其符合下面的分布：e(k)～(0，S(k))适当选择参数及σ_n²，使e(k)波形具备如下特征：<1>原压力信号波形平缓的地方，其值在零值附近，数量级为10^-2～10^-4；<2>原压力信号波形突变的拐点位置，其出现极值点，数量级为10^-1～10⁰；(3)确定突出拐点的发生时刻：以变换的新息序列采用序贯概率比检验法递推公式计算检验参数λ(k)：$\lambda \left(k\right)=\lambda (k-1)+(e\left(k\right)·\mathrm{\Delta \mu }-\frac{1}{2}{\mathrm{\Delta \mu }}^2)---\left(9\right)$其中，Δμ为压力信号均值偏差；当检验参数大于报警上限时，由计算机自动获得拐点发生时刻；3)判断泄漏是否发生：分别获得该段管道出、入口泵站的压力信号拐点的发生时刻，计算时间差，根据负压波法定位公式：$X=\frac{L+\mathrm{a\Delta t}}{2}---\left(10\right)$式中，X为泄漏点距首端测压点的距离，m；L为管段全长，m；a为管输介质中压力波的传播速度，m/s；Δt为时间差，s；如果计算的泄漏点位置在该段管道长度之内，则认为发生泄漏；如果在该段管道长度之外或X为负值，则认为未发生泄漏。