秦 刚, 王 宇, 万驿川

(1.四川省高发城镇燃气研究院有限公司, 四川 成都 610000; 2.彭州华润燃气有限公司, 四川 成都 611900; 3.四川省高发智安信息科技有限公司, 四川 成都 610000)

1 燃气信息化数据采集现状分析

智慧燃气系统作为智慧城市系统的重要组成部分,在城市能源管理中发挥重要的作用[1]。燃气公司的安全运营管理要素为管道等各类设施,燃气公司通过信息化手段对管理要素信息进行采集,以反映公司的安全运营情况。常用的燃气信息化系统数据采集特点[2-4]见表1。各种方式形成点-线-面的平面空间数据体系,点指单根管道、单台设备、单个用户,线指有输配关系的管道及附属设施、用户,面指输配系统与全部用户。

表1 常用的燃气信息化系统数据采集特点

通过表1可知,各系统间无直接关联,采集的数据形成数据孤岛,而且由于燃气用户具有高度分散及开放性,导致现有基础数据都存在一定程度的缺失、不准确[5]。

燃气的安全问题本质是由燃气的易燃易爆性质引起的,安全运营管理要素是通过燃气连续流动建立关联关系。目前燃气行业采集的燃气流动状态数据是流量、压力、温度。燃气公司想要实现信息化标准数据采集并形成准确的分析模型,需要采集时空数据,时空数据具有完整的管理要素、准确的空间数据,同时具有时效性及逻辑性。

因此,需要通过一种可以对实时流量进行准确监控,并能够建立流量之间逻辑关系的技术,才能够将采集的信息化数据应用于燃气安全运营管理。通过应用区域计量分区(DMA)技术采集时空数据,为燃气信息化系统数据采集提供新的思路和解决方法,达到完善和提升信息化数据采集质量的目的。

2 DMA技术

DMA技术即区域计量分区技术,该技术通过对供气区域进行划分,以燃气输配工艺关系为基础,形成具有关联关系的多个分区。流量作为燃气流态的重要判断依据,形成具有关联关系的多个分区,使用超声波流量计实时采集、分析各分区数据,及时发现异常情况并进行处理,通过分区可控进而提升燃气安全运营管理水平[6]。DMA技术示意见图1。

图1 区域计量分区技术示意

DMA技术实现的根本是分区的合理性,实现的关键是各级计量的准确性以及干扰因素的排除。意义在于通过信息化手段,梳理管网关系建立分区,降低计量数据基数,使异常数据凸显,从而及时发现异常、分析异常、强化管理,最终有效提升安全运营水平,信息化系统是实现DMA技术的核心技术手段。

3 DMA技术时空数据采集及功能

① DMA技术数据采集的准确性与时效性

超声波流量计特点是计量准确、双向计量、宽量程,DMA技术利用超声波流量计监测流量,通过实时数据传输实现全部超声波计量点位任意时间的流量数据采集。结合DMA技术的计量关系,建立流量数据的逻辑关系,利用信息化平台进行数据展示,实现了瞬时流量的真实监测与反馈,解决了燃气信息化系统数据采集的准确性及时效性问题。

② 用户实时流量计量方式

目前用户实时流量计量方式有单表计量与总表计量,分区内包含了不同类型的用户,各类型用户数量、用气规律、分布不一致,利用合理的方式对各类型用户进行实时流量计量,建立流量数据与安全运营管理之间的联系,是信息化数据实现安全管理的关键。

a.单表计量

大用气量用户以大型商业、工业用户为主,用气规律受行业、生产特点等因素影响大,会形成具有用户自身特点的用气规律。其用气量改变对输配系统影响较大,用气数据会直接影响输配系统流量,与燃气安全运营产生直接逻辑关系,因此对大用气量用户采取单表计量方式。

b.总表计量

小用气量用户以居民用户与小型商业用户为主,具有数量多、用气量小、用气时间段较为统一、临时小流量用气情况多的特点。单独的小用气量用户对于输配系统影响小,其用气量变化对于输配系统流量产生的影响可以忽略不计,用气量数据也不能与燃气安全运营形成直接的逻辑关系。如果对小用气量用户进行单表计量,成本极高,严重影响燃气公司的正常生产经营。小用气量用户日常用气规律基本一致,可以使具有输配关联关系的用户形成数据集,采用总表计量方式,对用气总量实时数据进行采集,用于反映该区域输配系统中燃气流动状态,以分区为管理单元,实现该用户群的安全管理。

以上计量方式不仅可以建立流量数据与安全运营系统的逻辑关系,还可以建立时空数据与空间数据关联关系,利用实时计量的流量数据与抄表的累计流量进行比对,相互校验保障数据准确性。通过得到的用气规律,对未来用气量进行预测,提升用户用气管理业务效能。

c.计量方式的应用

以PZ市XJ区域为例,该区域有居民用户472户、小型商业用户23户、大型商业用户1户、大型工业用户3户。大用气量用户分布较分散,居民用户集中于3个小区,23户小型商业用户分布于2个小区周边,利用DMA技术对该区域进行管理。3户大型工业用户及1户大型商业用户进行单表计量;根据地理位置分布、输配关系,将472户居民及23户小型商业用户划分为:居民用户群1+小型商业用户群1、居民用户群2+小型商业用户群2、居民用户群3,分别进行总表计量。XJ区域计量方式见图2。

图2 XJ区域计量方式

③ DMA技术的功能

DMA技术在燃气安全运营管理中主要有3个功能,分别是基于数据波动模型的安全监测功能、基于区域气源预测和分区调度模型的科学调度功能、基于实时供销差监控分析模型的精细管理功能。

a.数据波动模型

数据波动模型需要对各分区的实时流量进行全天候持续采集,形成波动基准曲线,并对各分区的用气高峰点、用气0流量点、最小用气时间段进行分析,进行自定义动态报警设置,实现流量异常发现、异常范围锁定。

b.区域气源预测和分区调度模型

区域气源预测和分区调度模型需要对各分区的实时流量进行全天候持续采集,形成用气规律曲线并进行预测,重点关注大用气量用户情况,结合燃气公司的气源供应策略,进行调度预设,最终实现分时分区供应、综合调控供应。

c.实时供销差监控分析模型

实时供销差监控分析模型需要对用户的实时用气量数据进行全天候实时采集,根据用户的用气规律,进行零异常用户、小用气量用户、近期规律不一致用户判定,重点排查,消除供销差异常。

4 DMA技术各模型的应用

① 数据波动模型应用

PZ燃气公司利用DMA技术,采取总表计量对LJ小区的流量数据进行全天候实时数据采集,通过一定周期流量数据采集,形成流量报警曲线。LJ小区2023年2月4—10日流量曲线见图3。2023年2月10日2:25,LJ小区计量流量突然快速升高,且较大的流量持续了一段时间,与该时段日常用气行为不符,信息化平台立即报警。调度中心下达指令开展小区排查,最终发现小区中压主管道泄漏,杜绝了事故发生。

图3 LJ小区流量曲线

同时通过图3还可以发现,2023年2月10日2:25—2:51时段的0流量点消失,也进一步确认了小区泄漏。

通过应用DMA技术采集实时流量数据,可以实现泄漏预警,可以高效确定泄漏范围,提升燃气公司泄漏管控水平。

② 区域气源预测和分区调度模型应用

ZH镇与GH镇是PZ市的服装生产中心、陶瓷生产中心,其对燃气的需求对PZ燃气公司气源调度策略有着重要的影响。利用DMA技术对ZH镇与GH镇进行分区管理。

XX服装厂是ZH镇内的大型服装生产企业,分析发现,其高峰用气量几乎不变,用气时间受生产计划影响,用气起始时间与生产计划有关,具有不确定性,但生产期间用气曲线几乎一致。PZ燃气公司通过与XX服装厂沟通,获取其近期生产计划,制定对ZH镇的区域气源供应策略,降低该分区的供气风险,满足用气需求,降低运营成本。

传统调度主要依靠调度人员工作经验,而通过应用DMA技术进行分区管控,可以实现精细化且具有针对性的调度,有效提升燃气公司安全运营管理水平。

③ 实时供销差监控分析模型应用

PZ燃气公司利用DMA技术,对GH分区内的陶瓷厂流量数据进行采集,一旦生产,为保障窑内温度,设备需连续稳定运转数日,该时间段内分区的用气数据曲线稳定且无0流量点存在。2022年3月15日陶瓷厂突然出现流量大幅下降,与该厂用气规律不一致,信息化平台立即判定该厂为异常用户。通过现场排查,发现该用户存在规避燃气计量行为,最终避免了损失。

传统供销差异常用户管理主要是依靠经验,结合现场蹲点排查,但是由于用户多,大型用户生产规律各有特点等,导致排查难、效率低。应用DMA技术后,通过合理的分区,对流量数据及用气行为进行采集分析,可以精准发现异常用户,提升燃气公司工作效率。