Система дистанционного контроля технического состояния нефтегазопроводов

Система дистанционного контроля технического состояния нефтегазопроводов, относится к области радиосвязи и может быть использована для дистанционного контроля нефтегазопроводов, высоковольтных линий электропередач, магистральных кабелей и др. протяженных объектов. Техническим результатом является обеспечения контроля технического состояния протяженных нефтегазопроводов на основе метеорной связи. Указанный результат достигается за счет того, что центральные станции располагаются вдоль трассы нефтегазопроводов на расстоянии до 1500 км друг от друга и выполненные на основе базовых станций метеорной связи, а периферийные станции выполнены в виде необслуживаемых метеорных терминалов которые расположены непосредственно вдоль нефтегазопроводов в местах размещения датчиков технического обслуживания, причем метеорные терминалы оснащены антенной типа «волновой канал», аккумулятором и, ветрогенератором для его подзарядки. Ил.2.

Полезная модель относится к области радиосвязи и может быть использована для дистанционного контроля нефтегазопроводов, высоковольтных линий электропередач, магистральных кабелей и др. протяженных объектов.

Россия является единственной страной на планете, которая входит в тройки мировых лидеров по добыче нефти, газа и по их запасам.

Важные преимущества представляет и само географическое положение России, которое позволяет с максимальной рациональностью осуществлять экспорт нефти и газа на основные мировые рынки.

Необходимо отметить, что наша страна обладает уникальной системой протяженных нефтегазопроводов. В настоящее время на территории России эксплуатируется 241,6 тыс.км магистральных и около 350 тыс.км промысловых трубопроводов.

В связи с возрастающей потребностью в энергоносителях в России и других странах повышается интерес к открытию и эксплуатации новых месторождений нефти и газа. Во многих случаях районы, богатые этими природными ресурсами, расположены в удаленных от потребителей и труднодоступных местах Сибири, в которых отсутствуют средства коммуникации. В этих случаях оказывается выгодным использование метеорных средств дальней связи для дистанционного контроля технического состояния нефтегазопроводов, а также для обеспечения связи изыскательских партий с управляющими организациями.

Сейчас, когда проблема диверсионно-террористических акций в нашей стране особенно остра и правительство заостряет внимание правоохранительных органов на создание структур противодействия им, ряд организаций предлагают на российском рынке системы охраны магистральных нефтегазопроводов. Однако, перечисляя все «прелести» своих систем, как поставщики, так и производители или скромно умалчивают о том. как донести сигналы с их систем до групп быстрого реагирования, или предлагают совершенно неправильные системы передачи. GSM-каналы не могут использоваться в системах передачи сигналов безопасности, поскольку это - коммерческие каналы, а спутниковая связь, весьма дорога для мониторинга. Одним из основных требований, предъявляемых к такой системе, является обеспечение устойчивой связи с большим количеством персональных абонентов и датчиков, находящихся на больших расстояниях от базового автономного терминала.

Метеорный радиоканал образуется в результате отражения радиоволн метрового диапазона от ионизированных следов, которые хаотически возникают в верхних слоях земной атмосферы на высотах 80-100 км в результате сгорания мелких частиц космического происхождения. Каждый метеорный след, представляющий собой столб ионизированного воздуха радиусом около метра и длинной до нескольких десятков километров, после сгорания метеорной частицы существует от сотых долей секунды до единиц секунд. В течение этого непродолжительного времени он может исполнить роль естественного пассивного ретранслятора радиосигналов и обеспечить направленное зеркальное отражение метровых радиоволн, создавая возможность радиосвязи между удаленными пунктами.

Метеорная связь имеет ряд преимуществ, выгодно отличающих ее от других традиционных видов связи:

- значительная дальность распространения радиоволн (до 2000 км) и отсутствие так называемых мертвых зон, что позволяет охватывать большие территории и ставит метеорную связь в один ряд с другими «загоризонтными» видами связи;

- направленность распространения радиоволн;

- статистическая устойчивость МРК позволяет организовать надежные линии связи в любое время суток и года без необходимости смены рабочих частот;

- относительно малые энергетические затраты в канале обусловленные малым уровнем шумов и малым поглощением в атмосфере;

- устойчивость к естественным и искусственным возмущениям в атмосфере Земли позволяет работать в северных широтах, для которых наиболее характеры различные аномалии ионосферы, парализующие средства более длинноволновых диапазонов. Данное свойство представляет особый интерес в чрезвычайных и критических ситуациях, когда метеорные средства могут оказаться единственными, способными в короткий срок восстановит связь, а значит и управления. Известно радиопередающее устройство для связи, используемое в транспортном средстве. Патент ФРГ 3537107, Н04В 7/155, 1987 г. Устройство состоит из радиопередатчика, внешней антенны, соединительного фидера, внутренней антенны, усилителя и приемника. На транспортном средстве установлена внешняя антенна, принимающая посылаемые радиопередатчиком сигналы. Соединительный фидер антенны введен в транспортное средство, где принятый сигнал усиливается усилителем и посредством внутренней антенны излучается в пределах транспортного средства.

Недостатком аналога является невозможность установления оповещения и мониторинг безопасностью различных удаленных объектов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является «Система вызова при тревоге и чрезвычайной ситуации». Патент США 6032036, H04Q 7/20 2000 г. Система содержит в своем составе приемные абонентские устройства, устанавливаемые у абонентов и подключаемые с помощью телефонной линии связи к центральному устройству. Каждое приемное абонентское устройство связано при помощи радиосвязи с передатчиками сигналов тревоги. Если один из передатчиков передает сигнал оповещения, происходит вызов соответствующих приемных абонентских устройств в определенной последовательности. Различные функциональные параметры каждого приемного абонентского устройства хранятся в его блоке управления. Эти функциональные параметры могут вводиться, переключаться или видоизменяться дистанционно с центрального устройства в соответствии с процедурой дистанционного управления.

Однако эта система обладает существенными недостатками: к каждому абоненту необходимо прокладывать линии связи, что приводит в большинстве случаев к значительным потребностям в линейных кабелях; данная система не обеспечивает контроль технического состояния протяженных нефтегазопроводов на больших расстояниях (1500-2000 км), так как она работает в УКВ диапазоне, дальность которого определяется линией горизонта.

Целью полезной модели является обеспечения контроля технического состояния протяженных нефтегазопроводов на основе метеорной связи.

Поставленная цель достигается тем, что система, содержащая в своем составе ряд центральных и периферийных станций связанных между собой посредством радиосвязи, при этом центральные станции расположены вдоль трассы нефтегазопроводов на расстоянии до 1500 км друг от друга и выполненных на основе базовых станций метеорной связи, а периферийные станции выполнены в виде необслуживаемых метеорных терминалов которые расположены непосредственно вдоль нефтегазопроводов в местах размещения датчиков технического обслуживания, причем метеорные терминалы оснащены антенной типа «волновой канал», аккумулятором и, ветрогенератором для его подзарядки.

На фиг.1 приведена блок-схема системы дистанционного контроля технического состояния нефтегазопроводов состоящая из:

1 - центральных метеорных радиостанций мощностью порядка 500 Вт, средняя скорость передачи которых составляет 50 бит/с, диапазон 60 МГц с полосой 20 кГц и дискретом несущей частоты через 25 кГц. ЦС собирают и обрабатывают информацию от сети периферийных станций, сбрасывающих информацию от датчиков в центр. Для этого ЦС оснащена персональной ЭВМ типа IBM AT;

2 - перефирийных необслуживаемых метеорных терминалов обеспечивающих сбор информации на центральную станцию. Терминал имеет малогабаритный передатчик с импульсной мощностью 300 Вт (средняя мощность 3 Вт), антенна типа «волновой канал». Метеорный модем стыкуется с датчиками параметров через стандартный стык RS-232.

3 - различные датчиков технического обслуживания трассы.

На фиг.2. приведена блок-схема периферийного необслуживаемого метеорного терминала, состоящая из самого терминала, т.е. радиостанции 2, аккумуляторной батареи 4 (емкость аккумуляторной батареи 24 В) и ветрогенераатора 5.

Система может функционировать в нескольких режимах. Режим непрерывного слежения (контроля). В этом случае ЦС1 постоянно излучает в эфир импульсы общего (или группового) запроса периферийных станций 2, имея в формате сигнала свободное «окно» для приема экстренных сообщений. При возникновении метеорных радиоканалов, имеющих случайное распределение во времени и пространстве, ПС2 сбрасывает в центр информацию с датчиков об обстановке в районе или состоянии объекта. В случае возникновения аварийной ситуации ПС автоматически вводит в состав своего сигнала признак приоритета, по которому ЦС1 переходит в режим непосредственного слежения или обмена информацией с аварийным объектом, оставляя лишь свободное «окно» для приема только экстренных сообщений от других ПС2. Периферийная станция 2 возвращается в режим непрерывного слежения сразу после принятия решения по аварийному объекту.

Режим периодического опроса. Данный режим используется в случаях, когда информацию с ПС2 об окружающей обстановке или состоянии объекта (за исключением аварийных или экстренных сообщений) достаточно снимать не чаще. Чем 2-4 раза в сутки. При этом ЦС1 и ПС2 постоянно находятся в режиме дежурного приема. Периодически (по заранее составленной программе или по желанию оператора) ЦС1 переходит в режим опроса, аналогичный режим непрерывного слежения, после чего снова возвращается в дежурный режим.

В случае возникновения аварии или экстремальной ситуации ПС2 сама переходит в режим активного излучения и вызыва ЦС1. ЦС1, получившая такой вызов, переходит в режим слежения за данным объектом. Режим периодического опроса более экономичен, чем режим непрерывного слежения, выгоден с точки зрения электромагнитной совместимостью.

Одна ЦС1 может обслуживать от нескольких сот до тысячи датчиков.

ЦС1 строятся на основе базовых станций метеорной связи. Антенная система ЦС1 настраивается на диаграмму направленности, обеспечивающую обзор заданного района (участка) нефтегазопровода.

На самом нефтегазопроводе, в конце протяженных участков, оборудованных системами контроля, устанавливаются контроллеры (датчики) 3, а рядом - необслуживаемые терминалы метеорной связи 2, оснащенные простой антенной типа «волновой канал», аккумулятором 4 и, ветрогенератором 5 для его подзарядки. ЦС1 находится в дежурном режиме. При возникновении неисправности, аварии, несанкционированных действий нарушителей метеорный терминал 2 начинает излучать сигналы происшествия в центр, т.е. на ЦС1. Как только в направлении ЦС1 появится «полезный» метеор, возникает канал связи, через который информация с датчиков 3 сбрасывается в центр контроля.

ЦС1 периодически (например, один раз в сутки) опрашивает все датчики 3, проверяя их исправность. В остальное время центральные станции 1 могут работать в режиме связи, обслуживая абонентов, имеющих в своем распоряжении периферийную аппаратуру метеорной связи. При этом в структуре алгоритма предусматривается дежурное «окно» для приема аварийного сигнала с любого из контрольных датчиков 3 нефтегазопровода.

Исходя из особенностей появления пригодных для связи метеорных следов, заявляемая система включает два идентичных приемопередатчика. Передатчики непрерывно излучают энергию без модуляции на частотах, разнесенных на некоторый интервал.

Каждый приемник настроен на частоту передатчика, находящегося на противоположном конце радиолинии. Как только сигнал на входе одного из приемников превысит некоторое пороговое соотношение сигнал/шум, стробирующее устройство передатчика срабатывает и с большой, скоростью начинается передача информации. Передача информации продолжается до тех пор, пока отношение сигнал/шум не падает ниже порогового уровня. В приемнике принимаемая информация накапливается, затем считывается с обычной скоростью.

В заявляемой системе предполагается полная обратимость механизма отражения и идентичность уровня шума и оборудования. Так как таких условий на практике нет, необходимо, чтобы процесс стробирования управлялся отношением сигнал/шум, существующим в приемнике, для которого ведется передача. Информация для этого может быть передана по обратному радиоканалу, который используется или только для этой цели, или также для передачи данных.

Система обеспечивает высокую надежность в условиях воздействия преднамеренных помех. В системе автоматически выбираются те следы, которые создают зону приема для сигналов, излучаемых с противоположной станции, в точке расположения приемной станции. Любой другой приемник должен находиться в той же зоне приема, если он предназначен для перехвата информации. Естественно, что при этом он будет принимать эту информацию лишь тогда, когда выполняются заданные условия приема. По мере удаления приемника от станции метеорной связи эти условия будут выполняться все в меньшей степени. При расстоянии в несколько сотен километров приниматься будет лишь ничтожная часть информации. Эта же особенность системы метеорной связи обеспечивает известную защиту от помех, создаваемых посторонними станциями.

В заявляемой системе используются сравнительно простые антенные системы. Удовлетворительные результаты были получены при использовании, как для приема, так и для передачи одиночных пятиэлементных директорных антенн типа «волновой канал».

Наибольший коэффициент использования канала получается при отклонении диаграмм направленности приемной и передающей антенн в сторону от плоскости большого круга небесной сферы, причем наивыгоднейший угол направленности антенн зависит от времени суток и географического расположения линии связи.

Эти отклонения достигают 30°, что подтверждает сферически равномерное гелиоцентрическое распределение орбит метеоров.

Опыт работы радиолиний метеорной связи показал, что при мощности передатчиков 500 Вт, в диапазоне частот 60 МГц, на трассах протяженностью около 2200 км удалось обеспечить среднюю скорость передачи примерно 50 слов/мин при скорости передачи во время существования вспышки, в 10-20 раз превосходящей среднюю.

Таким образом, на основе надежной метеорной связи обеспечивается контроль технического состояния нефтегазопроводов.

Система дистанционного контроля технического состояния нефтегазопроводов, содержащая в своем составе ряд центральных и периферийных станций, связанных между собой посредством радиосвязи, отличающаяся тем, что центральные станции расположены вдоль трассы нефтегазопроводов на расстоянии до 1500 км друг от друга и выполнены на основе базовых станций метеорной связи, при этом периферийные станции выполнены в виде необслуживаемых метеорных терминалов, которые расположены непосредственно вдоль нефтегазопроводов в местах размещения датчиков технического обслуживания, причем метеорные терминалы оснащены антенной типа «волновой канал», аккумулятором и ветрогенератором для его подзарядки и соединены с датчиками технического обслуживания трассы.