多源參數辨識在工商業燃氣計量儀表安全管理中的應用

劉興偉

一、概述

天然氣在北京市經歷了快速發展階段，目前北京市已經形成了龐大的天然氣計量服務體系。天然氣計量設施作為燃氣運行系統的重要組成部分，在運行過程中容易受到破壞和干擾，不僅造成計量失效，而且會帶來安全隱患。尤其一些用氣量較大的工商業用戶，發生破壞和干擾計量設備事件較為頻繁，給燃氣企業帶來較大的經濟損失。

圍繞燃氣計量設施本體防護及安全監測需求，北京市燃氣集團在綜合防護方案設計和關鍵技術產品開發方面開展了系統研究，形成了工商業燃氣計量儀表安全監測多源辨識方案，開發了安全智能產品，并搭建了多源信息監測展示平臺。利用現有成果，可以對影響計量的主要因素進行分析，為識別儀表性能的異常狀態及判別用戶端存在的不正常用氣提供技術支撐，為制定科學合理的管控方案提供參考。

二、計量儀表安全監測多源辨識方案介紹

在本體防干擾方面，針對計量儀表運行過程中溫度或壓力傳感器易受到破壞或干擾，軸承卡頓、異物插入、葉輪缺損、摻入雜質、外力沖擊表體等異常場景，采用多種運行工況參數（溫度、壓力、壓損、振動和高低頻脈沖）監測，實現干擾的檢測和預警。具體包括，采用自診斷技術分析及歷史時間序列替代值算法，實現溫度、壓力的異常報警和異常值的替代;采用兩級脈沖傳感器，通過高低頻脈沖數據比對分析，實現儀表葉片異常的識別，如圖1所示;通過流速—壓損映射關系和壓損數據分析，判斷軸承是否存在異常，如圖2所示;通過獲取計量端運行與振動規律，分析振動異常狀態特性，有效識別儀表端存在的非正常振動信息，如圖3所示。

圖1 高頻和低頻脈沖信號數據比對異常診斷示意圖

圖2 流量—壓損異常識別技術示意圖

圖3 振動參數異常識別技術示意圖

在用戶非正常用氣方面，針對鍋爐房用戶存在異常用氣行為且日常巡檢模式固定、缺少動態調整機制的特點，主要根據各鍋爐房用氣量及用氣特征，建立基于循環神經網絡的用氣量預測模型，進行用氣時間上的多維度特征分析比對，實現對用戶異常用氣行為的檢測。同時，輔助安排工作人員對可能存在非正常用氣的用戶加強巡檢。另外，還可以結合不同區域以及不同用戶用氣高峰時間段特點，合理安排不同時段的燃氣供應。

三、安全智能技術產品開發和多源信息監測預警平臺搭建

結合多源參數辨識方案，同時考慮用戶體驗，從通信方式、數據安全方案、費控方式、功能提升等多方面出發，北京市燃氣集團自主研發了非民用智能燃氣表，如圖4所示。儀表安裝有人體紅外釋熱傳感器和攝像頭，可為人為破壞行為提供證據。同時，儀表具有基于工況參數（溫度、壓力、壓損、振動和高低頻脈沖）進行多種異常場景辨識功能，可實現智能表故障前置邊緣分析。除此之外，該儀表還具有以下一系列先進功能：市電加內置鋰電雙供電自切換功能，滿足用戶多樣化的數據傳輸量和頻率需求;表端和后臺費控模式自適應及高頻率遠程調價功能，可提高用戶充值便捷性，避免調價延遲造成的損失;遠傳主信道和輔助信道互補的通信方式，主信道可選4G或NB，輔助信道可選藍牙方式，可滿足數據傳輸及采集需求;表具使用安全芯片進行數據加解密和安全認證，藍牙通信協議使用過程密鑰，確保一表一密，保證數據傳輸的安全、可靠。

圖4 智能安全計量儀表

為直觀顯示計量儀表多源異常安全狀態，北京市燃氣集團還開發了融合用戶計量數據和表端工況數據的可視化監測展示平臺。平臺界面主要對流速—壓損、紅外圖像、振動以及溫度、壓力等工況參數進行實時顯示，同時對設備ID、位置信息及狀態進行展示。平臺通過調取后端數據庫相關信息，將算法模型與后端數據庫進行關聯，實現表端工況數據和綜合信息的可視化展示，為管理人員及時處理隱患并實時調整監管策略提供支撐。

四、成果應用前景

上述多源參數辨識方案，通過增加傳感終端結合自診斷技術、時空序列等分析技術，可以實現計量儀表多種異常場景狀態的識別，提高燃氣表工況異常監測水平、豐富預警手段，進一步有效防止偷盜燃氣和干擾計量設施事件的發生。

開發的智能安全計量產品，則可直接推廣應用于北京市燃氣用戶，使燃氣表向計量更精準、功能更健全、通信更安全可靠、服務更便捷的智能化方向發展，為北京市智能計量、智能氣網的建設提供技術支持。

搭建的多源信息監測展示平臺，通過智能算法和大數據分析的應用，可以對計量運行中關鍵影響因素進行直觀展示和關聯分析，為安全隱患識別及應急事件聯動處置提供工具。

北京市燃氣集團開發的這一系列成果，將在北京市典型工商用戶中開展示范應用，可有效提升燃氣設施安全防護水平、完善燃氣監測預警與安全處置能力，對于實現城市建設精細化管理具有重要的支撐作用。同時，這些技術產品及方案還可移植至其他業務環節進行推廣與應用，并帶動上下游相關產業的發展。

（責任編輯：鞠阿蓮）