小波分析在输水管道泄漏检测系统中的应用

山西引黄工程是山西省的生命工程,其输水管道担负着输水的重要角色,在工程中被大量应用。然而由于一些自然因素和人为因素不可避免地会造成管道泄漏,这不仅会造成水资源的严重浪费,而且还可能威胁到人类生命财产的安全。建立输水管道实时泄漏检测系统,及时定位故障点,可以最大限度地减少经济损失。文中应用小波分析理论,介绍了输水管道泄漏自动监控系统的工作原理和构成,并将之运用到引黄工程实践中。     

染污绝缘子安全区泄漏电流检测中去除信号干扰方法

针对染污绝缘子安全区泄漏电流信号包含大量噪声干扰、很难准确提取其有效特征量的问题,利用4种小波阈值去噪方法对不同信噪比的实测安全区泄漏电流信号进行去噪,提取去噪前后的泄漏电流波形、有效值以及3次谐波与基波幅值比这3个特征量,对比分析了其去噪效果,优选出最适合安全区泄漏电流特征量提取的小波去噪方法。通过分析得出在信噪比大于1.0时,对于安全区泄漏电流波形和有效值,自适应阈值是最佳的去噪方法;对于3次谐波与基波的幅值比, 4种阈值去噪法获得的比值对真实比值的逼近效果基本一样。综合比较实测信号提取的各个特征量去噪前后的效果可知,自适应阈值法是提取安全区泄漏电流特征量的最佳去噪方法。     

深埋供水管道泄漏信号地面监测试验研究

为研究不同条件下管道泄漏信号地面监测结果,展开现场不同管道材质、不同传播距离及不同管道压力条件下深埋管道泄漏信号检测试验。试验结果表明:(1)钢管泄漏信号的时域波形振幅远高于PPR管道,二者相差接近6倍,而信号主频的分布区域相近,均在350—370kHz;(2)管道泄漏信号强度随管道压力增大不断上升, 230kPa、 280kPa、 340kPa及400kPa四个不同管道压力下,主频功率值分别为40.48、 53.36、 62.71及75.40,二者之间符合线性关系;(3)管道泄漏信号强度随传播距离增大不断衰减, 0.50m、 1.00m、 1.30m及2.20m四个传播距离下,主频功率值分别为78.13、 52.36、 47.22及34.14,二者之间符合幂指数函数关系。     

供水管道泄漏的无损检测技术综述

对各种无损检测技术进行了分类、比较、介绍,并讨论了各种方法的原理、适用范围、优点和缺点等。阐明了目前应用于我国供水管道的检测技术发展状况,以及对今后技术发展的展望。     

水管网络泄漏检测技术的新发展

针对目前供水公司在供水过程中存在的泄漏问题 ,分析介绍了当前国际上比较先进的检测方法———互相关法和神经网络法 ,包括两种检测方法的原理及检测特点     

供水管网泄漏检测定位方法及仪器

本文研究了城市供水管道泄漏形成多相湍射流引发应力波在管壁中传播机理，分析了泄漏引发的管道横振、纵振和园环振动，提出了一系列和波特征提取指标及其离散数据算法、研究了以泄漏信号应力波时和频域特征指标构造神经网络输入和矩阵，建立了能对管道运行状况进行分类的神经网络模型，以检测管道泄漏故障的发生。研究了抗干扰管网泄漏定位方法，分析了根据管网不同特征对定位公式进行修正以提高泄漏定位精度的方法，实验研究了这一     

管道泄漏检测全频域法试验验证及抗噪性研究

基于水力瞬变频域数学模型,提出了管道泄漏检测全频域方法。通过实体模型试验,将该法应用到泄漏参数的辨识中,结果表明泄漏流量检测误差小,定位精度高。对全频域法辨识的结果进行了讨论,指出激励压头峰值少的原因是阀门关闭时间相对较长引起的。分析了阀门边界处理方式对频域数学模型的影响,指出阀门激励产生的流量变化一般不能简单的视为脉冲函数,应考虑其变化曲线形状对水力瞬变的影响。研究了全频域模型的抗噪性,表明泄漏检测全频域法具有更高的抗噪声干扰能力。     

采用虚拟仪器结构的输水管道泄漏监测系统的设计

介绍了一种采用虚拟仪器技术构建的输水管道泄漏监测系统的设计和实现,重点讨论了泄漏监测系统的泄漏定位方法、硬件设计和在LabVIEW环境下的软件模块化设计,对于突发的输水管道泄漏,综合运用了包括小波分析在内的多种信号处理方法,能够及时准确地定位泄漏点,实践证明这种基于LabVIEW的输水管道泄漏监测系统具有很强的灵活性和可扩展性。     

岩石爆破震动信号分析的EEMD 滤波方法研究

以拉西瓦水电站坝肩岩石开挖爆破震动监测信号为分析对象,通过EEMD方法对岩石爆破震动信号进行分解,并对每个IMF分量与原信号的相关性进行分析,去除噪声分量,使去噪后的信号更能真实地体现岩石爆破震动特征。对EEMD与EMD两种方法的去噪效果进行对比分析,得出EEMD去噪方法更具优越性。     

管道泄漏检测全频域法试验验证及抗噪性研究

本文通过实体模型试验,将作者提出的全频域方法检测管道泄漏技术应用到泄漏参数的辨识中,以验证方法的可靠性。结果表明,该方法检测泄漏流量误差小,定位精度高。对全频域法辨识的结果进行了讨论,指出阀门关闭时间相对较长可能无法获得足够的激励压头峰值,建议该法在应用中利用阀门快速关闭产生瞬变信号。分析了阀门边界处理方式对频域数学模型的影响,指出阀门激励产生的流量变化一般不能简单的视为脉冲函数,应考虑其变化曲线形状对水力瞬变的影响。最后研究了全频域模型的抗噪性,结果表明泄漏检测全频域法具有较高的抗噪声干扰能力。     

HYDRAULIC PRESSURE SIGNAL DENOISING USING THRESHOLD SELF-LEARNING WAVELET ALGORITHM

A pre-filter combined with threshold self-learning wavelet algorithm is proposed for hydraulic pressure signals denoising. The denoising threshold is self-learnt in the steady flow state, and then modified under a given limit to make the mean square errors between reconstruction signals and desirable outputs minimum, so the corresponding optimal denoising threshold in a single operating case can be obtained. These optimal thresholds are used for the whole signal denoising and are different in various cases. Simulation results and comparative studies show that the present approach has an obvious effect of noise suppression and is superior to those of traditional wavelet algorithms and back-propagation neural networks. It also provides the precise data for the next step of pipeline leak detection using transient technique.     

单管输水压力值计算方法对比

南水北调中线工程全线通水后,在事故情况下需将PCCP管道切换到单管运行,可能造成管道局部压力变幅大,对管道造成破坏。选取PCCP管道沿线连通井和调压池为控制断面,应用恒定总流能量方程计算,将计算压力值与现场监测数据进行对比,偏差较小,能够满足现场监测要求,可为单管运行状况下的管道压力计算提供可靠的方法。     

基于多尺度卷积神经网络的管道泄漏检测模型研究

如何有效检测管道泄漏是节水型社会建设迫切需要解决的关键和热点问题之一。近年来基于深度学习的管道泄漏检测方法发展迅速,本文针对传统单尺度卷积神经网络对泄漏特征提取不充分的问题,提出一种基于多尺度一维卷积神经网络(MS1DCNN)的管道系统泄漏检测模型。该方法利用多个不同卷积尺度的卷积通路并行提取管道泄漏的特征并进行泄漏信息的分类预测。基于经典的管道系统布置,利用瞬变流模型生成管道泄漏工况下的三个水压数据集对模型进行验证,三个数据集分别用于预测管道的泄漏位置、泄漏量和非恒定摩阻系数,对应样本数为39601、3980、4900,并将预测结果与其他深度学习方法和传统的机器学习方法进行对比分析。结果表明：MS1DCNN模型对数据集样本下泄漏位置、泄漏量、非恒定摩阻系数的分类准确率达到99.96%、98.48%、100%,三者平均预测精度比传统一维卷积神经网络(1DCNN)、BP神经网络、支持向量机(SVM)和k近邻算法(KNN)提高0.31%、2%、1.27%、22.8%;MS1DCNN在信噪比为-4～12 dB的噪声环境下各数据集的平均F₁分数分别为99.2%、97.02...     

ANALYSIS OF FIRST TRANSIENT PRESSURE OSCILLATION FOR LEAK DETECTION IN A SINGLE PIPELINE

The leak detection is of great importance in the reliable operation and management of a pipeline system. Recently,attention is shifted to the use of the time domain or frequency domain methods based on the transient analysis. These methodssometimes require accurate pressure signals obtained during the transient period or by creating ideal conditions in testing. This paperproposes a method that does not require transient simulations over the whole or an extended period of time, but uses the first transientpressure oscillation to detect leaks. The method considers the propagation of the pressure oscillation wave created from a fast valveclosure and the reflected damp wave from the leak. A leak in the pipe gives rise to reflected waves which in turn creatediscontinuities in the observed signal at the measurement section. The timing of the reflected damp wave and the magnituderepresent the location and the size of the leak, respectively. An analytical expression is derived based on the Method OfCharacteristic (MOC) for the relationship between the leakage and the reflected magnitude. The leak detection procedure based onthe method is also given. Then the reliability of the method is tested on numerically simulated pressure signals and experimentalpressure signals with calibrated leak parameters, and the results indicate a successful application and the promising features of themethod.     

低压管道输水工程附属设施的质量评定

农田低压输水管道工程的附属设施是保证管道系统安全、正常运行的重要设施,但长期缺乏质量检验评定依据,影响了其健康快速发展。根据多年实践经验,对给水栓、进排气阀、安全阀、量水装置等附属设备和交叉建筑物、镇墩、防淤堵设施等附属建筑物给出了其质量检验内容和方法,仅供有关部门参考。     

埋地压力输水管道的分布式光纤连续监测原型试验

以深圳某水源工程大型埋地压力输水管道为例,应用基于Φ-OTDR光纤干涉原理的振动监测方法,对管道进行原型观测试验。通过运用放空阀模拟爆管泄漏事件,并结合敲击试验,检验分布式光纤的监测效果。试验结果表明,分布式光纤用于埋地压力输水管道泄漏连续监测是可行的。     

管道水力摩阻系数的敏感性分析

管道水力摩阻系数的合理取值是输水工程经济、高效运行的关键,尤其是当前广泛采用的大口径输水管道。然而受内壁粗糙度、管径D、流速V、水温T等诸多因素的影响,水力摩阻系数取值存在较大的不确定性。本文对常用摩阻系数进行了系统的敏感性分析,研究表明:同种管材的海森-威廉系数Ch和曼宁糙率系数n均随管径D增大而增大,并且曼宁糙率n的相对增幅远大于海森-威廉系数Ch,当前设计中忽略管径D对曼宁糙率n的影响是造成部分工程水头损失计算误差较大的原因之一。海森-威廉公式对不同管径的适应性优于谢才-曼宁公式,工程设计如采用谢才-曼宁公式,需考虑管径和流速对曼宁糙率n的影响。上述成果可为管道输水工程的设计、运行和管理提供参考。     

淮水北调临涣工业园输水工程空气阀的合理配置

淮水北调临涣输水管道工程线路长,线路平坦,考虑充水要求,设计在153个位置安装复合式空气阀,同时希望利用这些空气阀防止瞬变液柱分离。本文通过对1个典型水泵事故断电瞬变工况的数字仿真,研究空气阀参数的影响,包括不同微量排气孔径、高速进排气孔径及高速排气容许压差等。研究表明适当减小空气阀高速进排气孔径对于控制邻近线段的瞬态最小水压是有利的,并且通过大量计算研究,给出全系统空气阀的合理配置。