振動光纜在云南輸油管道項目中的應用

摘要：為了降低油氣管道站場周界入侵報警系統的誤報率和漏報率，文章采用振動光纜與激光對射相結合的技術，設計了一種新型周界入侵報警系統。文章通過對比傳統和新型周界入侵報警技術的優點和缺點，并在云南成品油管道項目上進行應用，可得結論：振動光纜與激光對射相結合的技術手段能夠顯著提升對長輸油氣管道站場的周界防護效果，有效降低了誤報和漏報情況的發生率，適合在油氣管道站場上進行推廣應用。

關鍵詞：周界入侵報警系統；振動光纜；激光對射；油氣管道站場

中圖分類號：TP277文獻標志碼： A

0引言

作為技防手段的周界入侵報警系統是油氣管道站場的第一道防線，也是防止非法人員進入油氣管道的有效手段。但傳統的紅外對射探測器、激光對射探測器、微波對射探測器和多鑒探測器由于設備前端為有源器件，需要供電，在油氣管道站場易爆環境中適用性較差。在高落差站場中，采用紅外對射探測器、激光對射探測器和微波對射探測器的周界入侵報警系統容易發生較高的誤報率和漏報率；站內安保人員甚至直接關閉周界入侵報警系統，以避免系統誤報對其造成困擾［1］。隨著科學技術的迅速發展，振動光纜因其無源性、環境適用性好、誤報率低和零漏報等優勢，在油氣管道站場中被逐步推廣應用。

1技術背景

在油氣管道站場中，有以下5種周界入侵探測器被用于站場的周界安全防范系統，但有些探測器由于其較高的誤報率和漏報率，已不再被應用。下面將從技術原理、技術優勢、技術缺點等方面對5種周界入侵探測器進行簡單介紹，從環境適用性、誤報率、建設成本等角度選擇適用于油氣管道站場的周界探測器。

1.1紅外對射探測器

紅外對射是最早出現的一種周界入侵報警技術，其原理簡單實用。紅外對射探測器由主動紅外發射器（發射端）和被動紅外接收器（接收端）組成。紅外發射端不間斷地向接收端發射不可見的紅外線，其射束有單束、雙束甚至多束。當接收端能收到紅外射束時，系統顯示為正常狀態，而當有人、物體或者小動物等遮擋了紅外光束時，發射端發射的紅外射束被遮擋，接收端輸出相應的報警信號，通知報警控制器啟動報警設備［2］。該技術的優點是安裝簡單、價格便宜，缺點是飛鳥、動物、溫度、光線、空氣流動、霧氣、雨雪等環境因素以及安裝方式、角度、位置等因素都易引發誤報，且地形適應性較差。

1.2激光對射探測器

激光對射探測器與紅外對射探測器的區別在于采用的發射器光源不同。激光對射以半導體激光器為發射光源，發射出一束人眼不可見的激光光束，另一端安裝激光接收器接收該光束。可以通過幾組發射器和接收器形成激光光束面，作為周界屏障。當外界人員或物體穿過光束面時，由于光束被人體或物體遮擋而無法到達接收器，接收器內收到的光功率降低后系統會發出報警。該技術的優點是功率密度大，發散角小，光束集中，可長距離監測；對人體無傷害，抗電磁干擾能力強；不受光線影響。缺點是受天氣因素影響較大，方向性要求高，安裝難度大；對飛鳥、樹枝干擾等誤報情況無法智能識別，使用誤報率高；在站場圍墻為階梯狀時，同樣無法做到無死角式防范［3］。

1.3微波對射探測器

與激光對射探測器類似，微波對射探測器也由發射裝置和接收裝置2個部分組成，二者之間通過微波形成穩定的橄欖型微波空間場。微波對射探測器在正常工作時，發射端定向地發射微波能量，這些微波束經環境（包括地面、墻面及其他探測區內物體）傳播到達接收端。當侵入者進入探測區時（產生發射、吸收等作用），接收端由于接收到的能量信號變化，此時信號處理器將對其進行分析，并發出預警或者報警信號［4］。相較于紅外對射和激光，該技術對環境的要求更高，需要安裝環境平坦開闊。微波對射探測器的主要優點是防護邊界為立體防護區域，不同于激光對射的點線式防護邊界，入侵者難以逾越，可以對進入輸氣站場的物體尺寸進行識別，在一定程度上能夠減少飛鳥等小動物或樹枝的干擾。與紅外對射和激光對射相比，由于不受光線和惡劣天氣影響，該系統的誤報率有所降低，但監測范圍受制于微波發射器的功率，無法大范圍定位；安裝于戶外的設備易受電磁和雷雨天氣影響，有一定輻射量，對長期暴露在微波范圍內的人體有害；圍欄的晃動、金屬物體移動、被風吹起的碎片、地表水和植被、揚沙及落雪等因素又會造成系統誤報率的上升。微波對射按照原理不同，分為數字微波對射和模擬微波對射2種。

1.4多鑒探測器

多鑒探測器技術本質上是一種基于多種傳感器的探測源。探測信號從多個傳感器中采集姿態、位置、受力等，從而判定入侵事件。采用單一科學技術進行周界防范時，系統預報率較高，因此，研究者研發了一種雙鑒探測器。大多數雙鑒探測器采用微波對射與被動紅外對射相結合的技術手段，另外，還有部分雙鑒探測器采用紅外和空氣壓力探測器或音頻和空氣壓力探測器相結合的技術手段。雙鑒探測器相對于紅外、激光和微波對射探測器而言，誤報率有所降低。隨著技術的發展，在雙鑒探測器的基礎上，研究者又加入微處理器信號分析技術，發展為多鑒探測器。多鑒探測器的優點是受自然環境影響較小，最大限度地降低了由狂風、雨雪等惡劣天氣以及周邊環境影響產生的系統誤報和漏報，提高了系統的可靠性和可用性；缺點是多鑒探測器需配合電纜使用，且前端設備較多，設備安裝難度較大，設備故障風險點較多。

1.5振動光纜

振動光纜周界報警系統的感應部件是光纖，當光信號輸送進光纖時，系統軟件探測器對所接收光信號的相位進行處理；當光纖受到外界侵擾時，如挖掘、觸碰、敲打等，干涉光的輸出波形將發生改變，并產生干涉圖像，通過光探測器可檢測到這一波形變化。工作人員根據軟件分析波形特征，可以分辨出事件的真實情況，從而達到入侵模式識別的效果。相較于紅外對射、激光對射和微波對射而言，振動光纜的技術優勢在于：沿站場周界輻射的光纜為無源設備，非常適用于油氣管道站場的易燃易爆環境；不受雷電干擾破壞；監測距離長，安裝實施簡便，無監控盲區，當站場圍墻為階梯狀時，可以做到無死角式防范；抗電磁干擾，抗腐蝕，能在惡劣的環境下工作，具備信號識別分析功能，靈敏度高，誤報率低。振動光纜的技術缺點在于：振動光纖須安裝在圍欄上，對圍欄的質量和抗風性有較高的要求；光纖損壞后需要使用專業工具進行修復和更換。

基于以上周界入侵報警技術，本文從是否需要供電、施工成本、漏報率、誤報率、隱蔽性方面綜合分析，對比結果如表1所示。由表可知，振動光纜技術憑借無源器件和較低的誤報率等優勢，適用于油氣管道站場的周界入侵報警系統。

2在工程項目上的應用

2.1工程概況

以某輸油管道項目的輸油站場為例，該站場周界為極不規則形狀且圍墻為階梯型，部分地段圍墻最高點與最低點的落差將近2 m。圍墻總長度約為3600 m，本次結合圍墻拐點位置和防區大小，共設置29個防區，具體如圖1所示。

2.2設計方案簡介

方案1：該方案將振動光纜由通信機柜間引出，沿墻上鐵藝圍欄敷設一圈，再引入通信機柜間。在綜合值班室的管理終端上，工作人員將站場劃分為29個防區，每個防區不超過100 m。站場主大門處采用激光對射探測器進行補充。

方案2：該方案在站場周界圍墻上全部采用激光對射探測器。周界防區數量劃分與方案1保持一致，工作人員將周界在物理上劃分為29個防區。本系統設計共采用29對激光對射探測器，均安裝在圍墻上方，組成封閉式不留死角的防止非法跨越的周界防范圍網。一旦有人非法闖入，遮斷激光光束，就立即將警報傳送到綜合值班室，由安保人員及時處理。

方案3：該方案在站場周界圍墻上全部采用微波對射探測器。根據站場地理地形，工作人員同樣將周界劃分為29個物理分區，安裝在圍墻上沿。

本文將以上3種周界入侵探測方案進行技術經濟對比，對比結果如表2所示。

方案1在各站建設成本方面不具備優勢，但就周界探測精度而言，振動光纜的探測距離為5～10 m，遠低于激光對射和微波對射，具有明顯的技術優勢。綜合考慮，在該站場中，本文推薦采用振動光纜+激光對射相結合的技術手段。

3振動光纜的敷設

2條探測光纜由綜合設備間工業電視機柜引出，經七孔蜂窩管和手孔敷設至圍墻上，用不銹鋼抱箍綁扎在圍墻鐵絲網上，采用正弦波形敷設，波峰距離圍欄上沿50 mm，波谷距離圍欄下沿100 mm。光纜要緊貼金屬圍欄，不可有懸空，在金屬圍欄面高低不平時，增加綁扎扎帶，可適當調整綁扎間隔。振動光纜在輸油站場圍欄上的敷設說明如圖2所示。

由于該輸油站設置3個大門，為本次工程的設計難點和重點。將振動光纜敷設方式設置為2種情況：情況1，振動光纜沿大門上方敷設，該方式勢必會影響大門平時的開關，同時增加大門的開關將引發振動光纜誤報率的增加；情況2，當振動光纜經過大門時，通過明敷鍍鋅焊接鋼管及大門地面下預埋的過路套管穿越大門，此時雖然不影響大門開關，但在車輛或大型機械出入站場時，同樣會引起振動光纜的誤報。但在情況2中，工作人員可在后端設計周界入侵報警系統平臺，將振動光纜在大門處的單防區報警信號直接屏蔽，避免大門處的振動光纜頻繁報警，此時大門處將出現監測漏洞。本文選擇技術成熟、誤報率低的激光對射探測器。激光對射探測器的安裝說明如圖3所示。

4實施效果檢驗

該周界入侵報警系統自2022年7月在輸油站場設置完成并調試成功，由站內安保人員以月為單位，將該周界入侵報警系統的報警數量進行統計。統計結果如表3所示，近1年的實報率和誤報率分別如圖4、5所示。

經過1年的對比分析，在振動光纜報警模型的輸入和系統“自我學習”下，可以看出：該輸油站設置的周界入侵報警系統的實報率整體都保持在90%以上，尤其是進入2023年2月以來，實報率基本上都保持在98%以上，最好的狀態為2023年2月和2023年6月，實報率為100%，實現了該輸油站場周界入侵報警系統的零誤報和零漏報，防護效果提升明顯。

5結語

本文根據實際案例，通過對入侵報警探測器進行對比分析，得出一種針對油氣管道站場周界入侵報警系統的優化解決方案。由于振動光纜具有無源性、對不規則圍墻的超強適應性和超低的誤報率等優勢，使振動光纜在站場周界入侵報警系統的設計時成為工程師們的首選。但在工程實踐中，工作人員需要重點結合工程項目具體的環境條件，選擇合適的周界入侵探測器并結合振動光纜探測技術，以期對油氣管道站場進行進一步防護。

參考文獻

［1］靳天煜.振動光纖預警技術在輸氣管道及站場上的應用［J］.電子世界，2019（10）：137-138.

［2］靳鑫，張大為.紅外對射報警系統在雨水泵站工程中的應用［J］.城市建設理論研究（電子版），2015（16）：3575.

［3］司輝，李香文，董曉琪，等.振動光纖技術在天然氣站場周界安防中的應用［J］.天然氣工業，2013（10）：116-121.

［4］北京洛達世安電子設備有限公司.微波對射入侵探測器：CN201620303061.X［P］.2016-09-14.

（編輯王雪芬編輯）

Application of vibration optical cable in Yunnan oil pipeline project

CAO" Yuansheng， GAO" Fan， XIE" Zhenshan

（China Petroleum Pipeline Engineering Corporation， Langfang 065000， China）

Abstract： In order to reduce the 1 alarm rate and missed alarm rate of the perimeter intrusion alarm system for oil and gas pipeline stations， a new type of perimeter intrusion alarm system is designed by combining vibration optical cables with laser targeting technology. The article lists and compares the advantages and disadvantages of traditional and new perimeter intrusion alarm technologies， and through their application in the Yunnan refined oil pipeline project， concludes that the combination of vibration optical cables and laser targeting technology can significantly improve the perimeter protection effect of long oil and gas pipeline stations， effectively reducing the occurrence of 1 alarms and omissions. It is suitable for promotion and application in oil and gas pipeline stations.

Key words： perimeter intrusion alarm system; vibration optical cable; laser targeting; oil and gas pipeline station