МАСКИРУЕМАЯ СИСТЕМА ОХРАНЫ ПОДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОЙ ВРЕЗКИ

Предлагаемая полезная модель относится к техническим средствам охраны магистральных трубопроводов, в частности к системам охраны подземных магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, и может быть использовано для обнаружения, регистрации и распознавания несанкционированного доступа к трубопроводам.
Известно техническое средство охраны подземных нефтяных трубопроводов - система «PipeGuard» израильской компании «Magal», которая содержит совокупность автономных сенсорных модулей, монтируемых на глубине (50...80) см под поверхностью земли (Журнал «МИР И БЕЗОПАСНОСТЬ» №6 (56) ноябрь-декабрь 2004. Статья «Технологии охраны периметров: новые применения». Издательский центр ООО «Витязь-М»). Каждый сенсорный блок содержит 4 геофонных сейсмических датчика, их сигналы обрабатываются местным анализатором, который также находится под землей. В одном корпусе с анализатором помещается радиочастотный приемопередатчик сигналов тревоги и батареи питания. Геофонные датчики располагаются вдоль линии, перпендикулярной оси трубопровода. Примененный метод когерентной обработки сигналов индивидуальных геофонов позволил обеспечить диаграмму чувствительности сенсорного модуля в виде двух узких лепестков, ориентированных вдоль линии трубопровода. Протяженность чувствительной зоны сенсорного модуля - до 150 м в обоих направлениях. Это позволяет располагать сенсорные блоки на расстояниях около 300 м друг от друга. Сигналы тревоги от отдельного модуля по радиоканалу передаются на два соседних
модуля, а те в свою очередь, последовательно передают их дальше, до ближайшей региональной станции контроля и управления, которые располагаются на расстояниях до 20 км друг от друга.
Система «PipeGuard» распознает сейсмические сигналы, которые характерны для попыток вторжения в подземный трубопровод - вскрытия земли с помощью лопаты, мотыги, бурильной установки и т.п. Система не реагирует на "нетревожные" факторы, такие как движение людей, транспорта, атмосферные осадки. Анализатор обучается распознаванию реальных сигналов вторжения непосредственно на месте установки и позволяет не только классифицировать тип вторжения, но и определять вероятность совпадения регистрируемых сигналов с типовыми образами, хранящимися в банке данных каждой системы.
В устройстве автотестирования системы «PipeGuard» используется входящий в состав модуля источник импульсных акустических сигналов, которые регистрируются геофонами данного модуля. Автотестирование позволяет не только контролировать работоспособность сенсорного модуля, но также периодически измерять скорость распространения сейсмических сигналов, которая в значительной степени зависит от параметров почвы в данный момент (плотности, температуры, влажности и др.). Результаты автотестирования учитываются анализатором при обработке сигналов и обеспечивают надежность распознавания и классификации сигналов, а также позволяют определить угловую координату точки вторжения. Сенсорный модуль «PipeGuard» питается от специально разработанных литиевых батарей большой емкости. Ресурс комплекта батарей составляет не менее одного года.
Геофонная система компании «Magal» позволяет отказаться от прокладки кабелей и обеспечивает локализацию вторжения с приемлемой точностью - 300 м.
Признаки аналога, совпадающие с признаками предлагаемой полезной модели:
1. Распознаются сигналы, которые характерны для попыток вторжения в подземный трубопровод - вскрытия земли с помощью лопаты, мотыги, бурильной установки и т.п.
2. Система не реагирует на атмосферные осадки.
3. Чувствительные элементы монтируются под поверхностью земли.
Недостатками этого устройства являются:
1. Для передачи сигналов тревоги используется радиоканал, что снижает надежность работы системы в условиях воздействия промышленных и радиопомех, линий электропередач, гроз, и может привести к полному отказу модулей системы при использовании злоумышленниками средств радиопротиводействия.
2. Сигналы тревоги передаются последовательно, через соседние модули, что может привести к частичной или полной потере информации в системе при выходе из строя аппаратуры только одного электронного блока или автономного источника питания, умышленной или случайной поломке антенны приемопередатчика.
3. Антенна приемопередатчика располагается над поверхностью земли, что демаскирует электронный блок с местным анализатором и тем самым создает идеальные условия для его хищения или преднамеренного вывода из строя. Кроме того, расположение антенны приемопередатчика практически на уровне земли исключает возможность использование данной системы на трассах трубопроводов, расположенных на протяженных заболоченных пространствах, или подверженных воздействию паводковых вод, а также покрытых глубоким снегом.
4. Обучение анализаторов распознаванию реальных сигналов вторжения осуществляется непосредственно на месте их установки, что существенно увеличивает трудоемкость работ при подготовке системы к использованию, учитывая их большое количество и расположение трубопроводов в труднодоступных, неосвоенных регионах.
6. Электропитание сенсорных модулей осуществляется от автономных источников питания (литиевых батарей), что требует постоянного контроля их состояния и их замены при выходе их из строя, или по истечении срока их годности, и соответственно увеличивает затраты на обслуживание системы.
В качестве прототипа выбрана система «SecurePipe» австралийской компании
«Future Fibre Technologies» (FFT), состоящая из сенсорного кабеля, размещаемого над трубопроводом, на глубине (30...90) см под землей, начального модуля, оконечного модуля, контроллера Secure Pipe, компьютера промышленного исполнения и соединительного кабеля (Журнал «МИР И БЕЗОПАСНОСТЬ» №6 (56) ноябрь-декабрь 2004. Статья «Технологии охраны периметров: новые применения». Издательский центр ООО «Витязь-М»). Сенсорный кабель соответствует военным спецификациям для «тактического» применения, т.е. для подземной прокладки без дополнительной механической защиты. Кабель отличается высокой прочностью: допустимые кратковременные нагрузки на разрыв составляют от 160 до 480 кг. Ширина чувствительной зоны сенсорного кабеля составляет примерно 6 метров.
Под воздействием механических вибраций сенсорный кабель дает отклик в диапазоне частот от 1 Гц до 1 МГц. Для практических целей в системе используется полоса 200 Гц - 10 кГц.
Технология компании FFT построена на принципе обнаружения микронапряжений в оптическом волокне. В состав сенсорного кабеля входят два чувствительных волокна: в них подается излучение от полупроводникового лазера, работающего в непрерывном режиме. В начальном модуле излучение расщепляется на два пучка, которые подаются на оба волокна. В оконечном модуле происходит интерференция обоих лучей, т.е. оптическая система представляет собой двухлучевой интерферометр. Если оба плеча системы находятся в невозмущенном состоянии, то интерференционная картинка на оконечном модуле остается неизменной. При деформациях или вибрациях кабеля оптическая разность хода в чувствительных волокнах (плечах интерферометра) изменяется, и оконечный модуль регистрирует переменную составляющую сигнала, передавая ее на анализатор. В качестве источника света используется полупроводниковый лазер с выходной мощностью (12...50) мВт, работающий на длине волны 1,31 или 1,55 мкм. Высокая мощность излучения и малые потери в сенсорном кабеле позволяют увеличить длину отдельной зоны охраны до 60 км.
Для определения места вторжения используются три активных сенсорных волокна, объединенных в многожильном оптическом кабеле. Два волокна используются для обнаружения вторжения интерферометрическим способом, а третье волокно служит для определения расстояния от начала кабеля до точки возникновения микродеформаций. Точность определения места вторжения составляет ±150 м.
Система «SecurePipe» отличается отсутствием, какого-либо электронного оборудования, источников питания или металлических элементов на всем протяжении зоны охраны. Диапазон рабочих температур сенсорных кабелей - от - 55°C до +85°C.
Процессор системы, выполненный на базе компьютера промышленного исполнения и снабженный оптико-электронными модулями излучателей и фотоприемников, устанавливается в помещении охраны. Программное обеспечение системы позволяет производить настройку чувствительности, анализ тревожных событий, фильтрацию фоновых шумов, передачу сигналов по стандартным протоколам, а также конфигурировать систему в соответствии с параметрами защищаемой сети связи.
Система «SecurePipe» обнаруживает и распознает различные попытки вторжения: вскрытие земли киркой или лопатой, работу гусеничного или колесного экскаватора, вертикальное или горизонтальное бурение, удар пули, высверливание трубы и др. Интеллектуальный самообучающийся контроллер позволяет также различать опасные воздействия природного характера - наводнения, деформации и сотрясения почвы, землетрясения, водяные потоки и т.п. При определенных условиях система «SecurePipe» может использоваться и для обнаружения утечек жидкости или газа из трубопровода.
Признаки аналога, совпадающие с признаками предлагаемой полезной модели:
1. Обнаруживаются различные попытки вторжения: вскрытие земли киркой или лопатой, работа гусеничного или колесного экскаватора, вертикальное или горизонтальное бурение.
2. Обеспечивается анализ тревожных событий, фильтрация фоновых шумов, передача сигналов по стандартным протоколам.
3. Сенсорный кабель монтируется под поверхностью земли.
К недостатку этого устройства-прототипа относится низкая надежность его работы. Зона охраны данного устройства, имеющая большую протяженность, не разделена на отдельные участки. Сенсорный кабель является основным элементом оптической системы данного устройства и его случайный или преднамеренный обрыв в любом месте зоны охраны приведет к отказу всего устройства, протяженность зоны охраны которого может достигать 60 км. Выполнить ремонт одномодового оптического волоконного кабеля в полевых условиях, в случае его обрыва, технологически очень сложно. Применение данного устройства для небольших зон охраны невыгодно из-за высокой стоимости процессора с программным обеспечением, которая превышает $ 100 тыс. Устройство становится эффективным только при длине зоны охраны более 30 км, когда удельная стоимость одного метра зоны охраны не превышает $ 10 (Журнал «СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ» №4 (70) август-сентябрь 2006. Статья «Системы охраны периметров - новинки сезона 2006 г.». ООО «Гротек»).
Задачей изобретения является создание маскируемой системы охраны подземных магистральных трубопроводов от несанкционированной врезки, в которой был бы устранен вышеуказанный недостаток.
Технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, - повышение надежности работы системы.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в системе «SecurePipe», содержащей сенсорный кабель, размещенный под землей над трубопроводом, контроллер и компьютер промышленного исполнения, предусмотрено следующее отличие - она снабжена вторым сенсорным кабелем, причем сенсорные кабели размещены под поверхностью земли над трубопроводом, и расположены по разные стороны от него, а сам сенсорный кабель бронирован стальными лентами.
Кроме того, предложенная система охраны подземных магистральных трубопроводов отличается тем, что она выполнена с возможностью разделения ее
зоны охраны на отдельные участки, средства обнаружения которых соединены с компьютером автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора системы магистральным кабелем и с устройством дистанционного электропитания -кабелем электропитания.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно:
1. Система охраны снабжена вторым сенсорным кабелем, причем оба сенсорных кабеля размещены под поверхностью земли над трубопроводом, и расположены по разные стороны от него. Наличие двух сенсорных кабелей, и их расположение по разные стороны от трубопровода, расширяет зону обнаружения, что позволяет обнаружить попытки вторжения, при вскрытии земли не только над трубопроводом, но и сбоку от него, а также повышает надежность работы системы, т.к. при случайном или преднамеренном обрыве одного сенсорного кабеля, второй будет продолжать функционировать.
2. Сенсорный кабель бронирован стальными лентами. Дополнительная механическая защита сенсорного кабеля стальными лентами повышает надежность работы вибрационного средства обнаружения, т.к. предохраняет его от случайного обрыва при проведении земляных работ в месте расположения кабеля.
3. Система охраны выполнена с возможностью разделения ее зоны охраны на отдельные участки, средства обнаружения которых соединены с компьютером АРМ оператора системы магистральным кабелем и с устройством дистанционного электропитания - кабелем электропитания. Разделение зоны охраны системы на отдельные участки существенно повышает надежность ее работы, т.к. выход из строя оборудования одного участка не приводит к отказу всей системы, как в случае с устройством-прототипом, где обрыв сенсорного кабеля, в любом месте, приводит к отказу системы, протяженность зоны охраны которой может достигать 60 км.
Полезная модель позволяет:
1. Обнаружить попытки несанкционированного доступа к подземному трубопроводу при проведении земляных работ в месте расположения трубопровода.
2. Повысить надежность работы системы.
Техническая сущность и принцип действия предложенной системы поясняются чертежами, на которых изображены:
Фиг.1 - структурная схема маскируемой системы охраны подземных магистральных трубопроводов от несанкционированной врезки.
Фиг.2 - схема соединений участка зоны охраны.
На структурной схеме (Фиг.1) маскируемой системы охраны подземных магистральных трубопроводов от несанкционированной врезки приведены следующие обозначения:
1 - участок зоны охраны;
2 - трубопровод;
3 - вибрационное средство обнаружения;
4 - магистральный кабель;
5 - кабель электропитания;
6 - помещение центрального поста охраны;
7 - АРМ оператора системы;
8 - устройство дистанционного электропитания.
На схеме соединений (Фиг.2) участка зоны охраны приведены следующие обозначения:
1 - участок зоны охраны;
2 - трубопровод;
3 - вибрационное средство обнаружения;
4 - магистральный кабель;
5 - кабель электропитания;
9 - муфты оконечные;
10 - сегменты сенсорного кабеля;
11 - контейнер;
12 - блок обработки вибрационного средства обнаружения;
13 - контроллер периферийный;
14 - муфты соединительные;
15 - кабель соединительный;
16 - кабели соединительные.
Предложенная маскируемая система охраны подземных магистральных трубопроводов от несанкционированной врезки состоит из:
- участков зоны охраны;
- АРМ оператора системы;
- устройства дистанционного электропитания.
Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом:
1. Каждый участок зоны охраны 1 оснащен вибрационным средством обнаружения 3.
2. Вибрационное средство обнаружения 3 состоит из сегментов сенсорного кабеля 10, муфт оконечных 9, муфт соединительных 14, блока обработки 12, контроллера периферийного 13 и кабелей соединительных 15 и 16.
Сегменты сенсорного кабеля 10 представляют собой отрезки телефонного кабеля парной скрутки, с полиэтиленовой изоляцией, с экраном из алюмополимерной ленты, бронированного стальными лентами, с наружным защитным шлангом из полиэтилена. Сегменты сенсорного кабеля 10 подключены попарно к блоку обработки 12 с помощью кабелей соединительных 16, и образуют два фланга, симметрично расположенные относительно места установки блока обработки 12. Фланговое парное подключение сегментов сенсорного кабеля 10 к блоку обработки 12, симметрично относительно места его установки, обеспечивает точность определения места вторжения до 1/2 длины участка зоны охраны 1, и повышает помехоустойчивость вибрационного средства обнаружения 3.
Токопроводящих жилы и экранирующие проводники сегментов сенсорного кабеля 10 зашунтированы на своих концах, в муфтах оконечных 9, резисторами для обеспечения контроля за их исправностью. В случае обрыва или короткого замыкания сегмента сенсорного кабеля 10 блок обработки 12 выдает сигнал срабатывания по кабелю соединительному 15 в контроллер периферийный 13, постоянно на время неисправности.
Зона обнаружения вибрационного средства обнаружения 3 представляет собой полосу шириной до 2,0 м, вдоль оси трубопровода 2, и длиной (250...500) м.
В качестве муфт оконечных 9 используются унифицированные полиэтиленовые муфты для электрических кабелей связи. Ввод сегмента сенсорного кабеля 10 в муфту оконечную 9 осуществляется через патрубок, которым оснащен корпус муфты.
Сегменты сенсорного кабеля 10, муфты оконечные 9, муфты соединительные 14, и кабели соединительные 16 размещены в грунте, на глубине (40...50) см.
Блок обработки 12 и контроллер периферийный 13 установлены в контейнере из пластика 11, который размещен в грунте, на глубине (90...120) см.
3. Контроллер периферийный 13 обеспечивает взаимодействие вибрационного средства обнаружения 3 участка зоны охраны 1 с АРМ оператора системы 7. Конструктивно блок обработки 12 и контроллер периферийный 13 выполнены в унифицированных водозащитных корпусах из высокопрочного пластика. Корпуса блока обработки 12 и контроллера периферийного 13 оборудованы клапанами для проверки герметичности под избыточным давлением (0,5 бар) и контактными датчиками, контролирующими вскрытие блоков. Ввод магистрального кабеля 4, кабеля электропитания 5 и кабелей соединительных 15, 16 в корпуса осуществляется через герметичные кабельные вводы. Напряжение электропитания постоянного тока (10...30) В поступает в блок обработки 12 от контроллера периферийного 13 по кабелю соединительному 15.
4. АРМ оператора системы 7 представляет собой специализированный программно-аппаратный комплекс, выполненный на базе компьютера промышленного исполнения. Электропитание компьютера осуществляется от
источника бесперебойного питания. Системный блок компьютера и источник бесперебойного питания размещаются в стандартной 19-дюймовой аппаратной стойке. Связь контроллеров периферийных 13 с АРМ оператора системы 7 осуществляется по магистральному кабелю 4. Магистральный кабель 4 размещен в грунте, на глубине (80...90) см.
5. Электропитание контроллеров периферийных 13 осуществляется от устройства дистанционного электропитания 8 по кабелю электропитания 5. В качестве устройства дистанционного электропитания 8 используется стандартный источник электропитания постоянного напряжения 110 В, размещенный в аппаратной стойке АРМ оператора системы 7.
Кабель электропитания 5 размещен в грунте, на глубине (80...90) см.
6. АРМ оператора системы 7 и устройство дистанционного электропитания 8 размещены в помещении центрального поста охраны 6.
Описанной выше системой охраны подземных магистральных трубопроводов от несанкционированной врезки пользуются следующим образом:
Подготовку системы к эксплуатации осуществляют следующим образом. Проводят внешний осмотр оборудования АРМ оператора системы 7 и устройства дистанционного электропитания 8 на предмет правильности и надежности подключения электрических цепей при выключенном электропитании. Включают электропитание системы и производят с помощью АРМ оператора системы 7 дистанционный контроль исправности оборудования участков зоны охраны 1. Для проверки работоспособности системы производят контрольные воздействия, на трех любых участках зоны охраны 1, с имитацией земляных работ около трубопровода 2.
Используют систему охраны подземных магистральных трубопроводов от несанкционированной врезки следующим образом. Организуют круглосуточное дежурство сменных операторов за АРМ оператора системы 7.
При исправности оборудования системы, на экране монитора АРМ оператора системы 7 отображается графический план трассы трубопровода 2 и текущее состояние системы. При возникновении неисправности оборудования системы на
экран монитора АРМ оператора системы 7 выводится сообщение о типе оборудования и его месте расположения.
При попытке вскрыть грунт на участке рядом с трубопроводом 2 с помощью ручного инструмента (лопаты, мотыги и т.п.), или с помощью технических средств (бурильной установки, экскаватора, и т.п.), вибрации грунта передаются сегменту сенсорного кабеля 10 вибрационного средства обнаружения 3. Вибрация или деформация сегмента сенсорного кабеля 10 вызывает появление электрических сигналов (вследствие эффекта контактной электризации) на его выходе. Электрические сигналы, поступающие с сегмента сенсорного кабеля 10 в блок обработки 12, усиливаются, фильтруются и обрабатываются блоком обработки 12 таким образом, чтобы в соответствии с отличительными признаками устранить помехи и выделить сигналы, инициированные воздействием нарушителя на грунт. Блок обработки 12 выдает сигнал срабатывания по кабелю соединительному 15 в контроллер периферийный 13, в виде размыкания нормально замкнутых контактов реле. Сигнал срабатывания вибрационного средства обнаружения 3 от контроллера периферийного 13 поступает по магистральному кабелю 4 в компьютер АРМ оператора системы 7.
АРМ оператора системы 7 обеспечивает выполнение следующих функций:
- сбор, обработка и анализ информации, получаемой от участков зоны охраны 1;
- классификация происходящих тревожных и нештатных событий;
- звуковое оповещение оператора системы о возникновении тревожных и нештатных событий;
- формирование и отображение на экране монитора тревожных сообщений;
- отображение на экране монитора текстовой подсказки и краткой инструкции оператору при изменении оперативной обстановки;
- контроль работоспособности оборудования системы;
- регистрация приема/сдачи смены дежурными операторами;
- регистрация системных событий и управляющих действий оператора;
- хранение информации о происходивших событиях и действиях оператора.
Появление сигналов срабатывания от вибрационного средства обнаружения 3, классифицируется компьютером АРМ оператора системы 7 как попытка врезки в трубопровод 2. На экране монитора АРМ оператора системы 7 появляется тревожное сообщение о попытке врезки в трубопровод 2, с указанием места вторжения, времени, и подсветкой красным цветом соответствующего участка охраны 1 на графическом плане трассы трубопровода 2, а также краткая инструкция оператору.
Источники информации:
1. Журнал «МИР И БЕЗОПАСНОСТЬ» №6 (56) ноябрь-декабрь 2004. Статья «Технологии охраны периметров: новые применения». Издательский центр ООО «Витязь-М». 129344, г.Москва, ул. Верхоянская, 6, к.1. Тел.: 471-34-77, 470-64-31, тел./факс: 471-13-44, e-mail: vitjaz-mib@mtu-net.ru.
2. Журнал «СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ» №4 (70) август-сентябрь 2006. Статья «Системы охраны периметров - новинки сезона 2006 г.». ООО «Гротек». 123007, г.Москва, а/я 82. Тел.: 609-32-31, факс: 221-08-64, e-mail: groteck@ groteck.ru.