天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用及其優(yōu)化

柳錫淼

（廣東大鵬液化天然氣有限公司，廣東深圳518034）

天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用及其優(yōu)化

柳錫淼

（廣東大鵬液化天然氣有限公司，廣東深圳518034）

廣東大鵬LNG項(xiàng)目是中國(guó)首個(gè)引進(jìn)LNG的試點(diǎn)項(xiàng)目，包括接收站和管道項(xiàng)目。文章總結(jié)了廣東大鵬LNG管道項(xiàng)目SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及功能配置，對(duì)其在調(diào)試投產(chǎn)及日產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提出了多項(xiàng)優(yōu)化措施，如加強(qiáng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全保護(hù)、多處設(shè)置視頻火焰探測(cè)器、可燃?xì)怏w探測(cè)器及報(bào)警系統(tǒng)，加強(qiáng)防雷和接地措施，采用主信道和備用信道等，有力地保障了該LNG管道項(xiàng)目的安全可靠運(yùn)營(yíng)，也為其他類(lèi)似工程項(xiàng)目提供了有益的參考。

LNG；長(zhǎng)輸管網(wǎng)；SCADA；無(wú)人值守；優(yōu)化

1 項(xiàng)目概況

廣東大鵬LNG項(xiàng)目是中國(guó)首個(gè)引進(jìn)的LNG試點(diǎn)項(xiàng)目，包括接收站和管道項(xiàng)目。該項(xiàng)目接收站一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為年周轉(zhuǎn)LNG 370萬(wàn)t，輸氣管道一期工程建成后的總長(zhǎng)度超過(guò)400 km，由1條長(zhǎng)193 km的主干線(xiàn)、3條長(zhǎng)178.3 km的支干線(xiàn)及2條長(zhǎng)14 km的支線(xiàn)組成。主干線(xiàn)起自深圳大鵬LNG終端，途徑深圳坪山、東莞、廣州，終于廣州南沙島。一期工程輸氣管道沿線(xiàn)共設(shè)15個(gè)輸氣站，24個(gè)閥室；管道直徑323.9～914 mm，管道設(shè)計(jì)壓力9.2 MPa。管道天然氣用戶(hù)覆蓋深圳、惠州、東莞、廣州和佛山等五個(gè)地區(qū)；此外香港的電廠(chǎng)用戶(hù)和城市燃?xì)庥脩?hù)分別自建長(zhǎng)約40 km及46 km的海底管道接收大鵬終端輸送的天然氣。

本工程經(jīng)過(guò)近三年的建設(shè)，于2006年5月26日接收了第一船LNG，2006年9月底項(xiàng)目進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。截至2010年5月31日，已經(jīng)累計(jì)安全成功地接收上游216船LNG，共卸載LNG約1360萬(wàn)t，安全平穩(wěn)地向用戶(hù)供氣約1 342萬(wàn)t，其中2009年達(dá)455萬(wàn)t，已經(jīng)超出原設(shè)計(jì)規(guī)?！，F(xiàn)在該工程繼續(xù)為廣東珠三角地區(qū)及香港提供安全、可靠、清潔的綠色能源。

2 管道項(xiàng)目SCADA系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

廣東大鵬LNG管道的基本設(shè)計(jì)原則是：所有場(chǎng)站按照有人值守操作設(shè)計(jì)，所有閥室按照無(wú)人值守操作設(shè)計(jì)；采用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，線(xiàn)路閥室都實(shí)行調(diào)度中心遠(yuǎn)控模式；工藝站場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心遠(yuǎn)控、站控和就地手動(dòng)控制三級(jí)控制模式。

作為整個(gè)天然氣管道工程監(jiān)控、調(diào)度、管理的核心，監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)的調(diào)度控制中心設(shè)置在秤頭角接收站，執(zhí)行對(duì)管道全線(xiàn)各個(gè)站場(chǎng)和線(xiàn)路閥室的監(jiān)控、調(diào)度、管理等任務(wù)。沿線(xiàn)19座工藝站場(chǎng)均設(shè)站控系統(tǒng)（SCS）；25座遠(yuǎn)控線(xiàn)路閥室設(shè)遠(yuǎn)程終端單元（RTU），對(duì)天然氣管道沿線(xiàn)的站場(chǎng)和閥室進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。

考慮到整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性要求，SCADA系統(tǒng)中所有重要部位都為冗余設(shè)置，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)行故障切換，自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。調(diào)度控制中心的服務(wù)器、局域網(wǎng)、通信接口、SCS控制設(shè)備的CPU及電源、SCS中的ESD系統(tǒng)均采用獨(dú)立的、符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的控制單元。

3 管道項(xiàng)目SCADA系統(tǒng)的配置及其功能

3.1 系統(tǒng)配置

廣東LNG管道項(xiàng)目輸氣干線(xiàn)工程SCADA系統(tǒng)采用HONEYWELL公司的PKS系統(tǒng)，站控SCS系統(tǒng)采用BB公司的Control Wave混合控制器，線(xiàn)路截?cái)嚅y室RTU系統(tǒng)采用BB公司的Control Wave Micro混合控制器，其系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。

圖1 SCADA系統(tǒng)框圖

整個(gè)儀表自控通訊系統(tǒng)包括5個(gè)部分。第一部分是SCADA系統(tǒng)調(diào)度中心控制室；第二部分是通訊系統(tǒng)，包括DDN、VSAT、GPRS等通訊系統(tǒng)；第三部分是站控/RTU系統(tǒng)；第四部分是SIS系統(tǒng)，包括FGS和ESD系統(tǒng)；第五部分是儀表，包括過(guò)程檢測(cè)儀表、流量系統(tǒng)、氣體組分分析儀表、加熱爐系統(tǒng)、儀表風(fēng)系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)、壓力流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)等。

調(diào)度中心配備有3個(gè)操作員工作站、2個(gè)冗余的SCADA服務(wù)器、1個(gè)工程師工作站/FIM（現(xiàn)場(chǎng)儀表管理）服務(wù)器、1個(gè)過(guò)程域控制器；設(shè)有用于報(bào)表日志的激光打印機(jī)、用于事件報(bào)警的點(diǎn)陣打印機(jī)和用于屏幕拷貝的彩色激光打印機(jī)。整個(gè)SCADA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙網(wǎng)配置，一用一備，主網(wǎng)通過(guò)DDN通訊與19個(gè)分輸站、25個(gè)閥室（包括金山分輸站）連接，備用網(wǎng)通過(guò)VSAT衛(wèi)星通訊與19個(gè)分輸站連接，通過(guò)GPRS通訊與25個(gè)閥室連接。中控室還設(shè)置了GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)所有站點(diǎn)的時(shí)鐘同步。調(diào)度中心SCADA可以與接收站DCS通訊，以滿(mǎn)足整個(gè)大鵬液化天然氣項(xiàng)目的要求。

SCS系統(tǒng)主要由RTU、FSC（完成SIS功能）、2個(gè)冗余服務(wù)器/操作員工作站、數(shù)據(jù)通信接口、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。站控RTU、FSC和上位計(jì)算機(jī)三者之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；設(shè)有用于報(bào)表日志的激光打印機(jī)、用于事件報(bào)警的點(diǎn)陣打印機(jī)。分輸站SCS與CCR SCADA系統(tǒng)通訊為一用一備，其中DDN為主通訊方式，VSAT為備用通訊方式；閥室RTU與CCR SCADA系統(tǒng)通訊也為一用一備，其中DDN為主通訊方式，GPRS為備用通訊方式。

3.2 系統(tǒng)功能

整個(gè)SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

（1） 實(shí)現(xiàn)三級(jí)控制模式：調(diào)度中心遠(yuǎn)控、站控和就地手動(dòng)控制。

（2） 站場(chǎng)SCS對(duì)站場(chǎng)儀表及控制設(shè)備、流量計(jì)量橇、燃料氣橇、加熱爐橇、壓力流量調(diào)節(jié)橇、儀表風(fēng)橇、污水處理裝置、陰極保護(hù)系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)控并上傳數(shù)據(jù)，包括通過(guò)Modbus數(shù)據(jù)通信傳輸空壓機(jī)、低壓配電盤(pán)、流量計(jì)算機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)、UPS、BV閥、污水處理系統(tǒng)等信號(hào)；接受并執(zhí)行調(diào)度中心的指令；站場(chǎng)SIS在緊急情況下完成火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警以及對(duì)站場(chǎng)的緊急關(guān)斷和放空，確保安全；站控系統(tǒng)操作員工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)該站流程、參數(shù)、狀況等的實(shí)時(shí)顯示、記錄、報(bào)表打印，歷史趨勢(shì)和記錄、報(bào)警等功能，具備良好的人機(jī)界面。

（3） 閥室RTU對(duì)站場(chǎng)儀表及控制設(shè)備、火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)控并上傳數(shù)據(jù)，包括通過(guò)Modbus數(shù)據(jù)通信傳輸太陽(yáng)能系統(tǒng)、BV閥等信號(hào)；接受并執(zhí)行調(diào)度中心的指令。閥室RTU在緊急情況下完成對(duì)管網(wǎng)的緊急關(guān)斷，確保安全。

（4） 儀表風(fēng)橇、污水處理系統(tǒng)、加熱爐橇本身帶有控制設(shè)備，獨(dú)立完成本系統(tǒng)的控制和保護(hù)，并受站控PLC監(jiān)控。

（5） 流量計(jì)橇檢測(cè)氣體和流量，并結(jié)合輸入到流量計(jì)算機(jī)的氣體分析儀檢測(cè)計(jì)算結(jié)果，完成對(duì)輸送氣體量的計(jì)量。

（6） 可燃?xì)?火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)泄漏引起的空氣中可燃?xì)怏w濃度和火災(zāi)引起的煙霧、高溫和火焰進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警。

（7） 中控室操作員工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)全線(xiàn)流程、參數(shù)、狀況的實(shí)時(shí)顯示、記錄、報(bào)表打印以及歷史趨勢(shì)和記錄、報(bào)警等功能，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

4 管道項(xiàng)目SCADA系統(tǒng)的優(yōu)化

本系統(tǒng)自投產(chǎn)后至今又陸續(xù)經(jīng)過(guò)多個(gè)可靠性項(xiàng)目續(xù)建及后續(xù)項(xiàng)目的擴(kuò)建，在系統(tǒng)施工、設(shè)備調(diào)試及日常運(yùn)營(yíng)中都暴露了不少的缺陷，如備用通信系統(tǒng)可靠性差、SCADA系統(tǒng)防雷設(shè)備等級(jí)低、外電中斷影響部分設(shè)備供電等。SCADA系統(tǒng)作為本工程的監(jiān)控、調(diào)度、管理的核心控制系統(tǒng)，為了保障其安全，避免受自然災(zāi)害、設(shè)備的可靠性、工作人員的素質(zhì)以及計(jì)算機(jī)犯罪等多方面因素的影響，業(yè)主多次召開(kāi)相關(guān)廠(chǎng)家和承包商的協(xié)調(diào)會(huì)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行積極整改，并陸續(xù)對(duì)SCADA系統(tǒng)做了如下的優(yōu)化：

（1） 在調(diào)度控制中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里，運(yùn)用加密機(jī)系統(tǒng)、防火墻系統(tǒng)、防病毒系統(tǒng)、備份/恢復(fù)和容災(zāi)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)隔離系統(tǒng)等技術(shù)，有效地保障調(diào)度控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全。

（2） 在各分輸站、末站的工藝裝置區(qū)內(nèi)均設(shè)置視頻火焰探測(cè)器，可以隨時(shí)檢測(cè)到來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)信號(hào)；在容易發(fā)生氣體泄漏的裝置旁，以及朝向工藝裝置區(qū)且距離小于30 m的人員出入口處均設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)器；另外，在站控制室、UPS間、配電間等重要房間的室內(nèi)，還設(shè)置了建筑物火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。以上的報(bào)警信號(hào)將傳送到站控制室的火氣系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)界面、視頻顯示及聲光報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警，并將報(bào)警信號(hào)傳送到控制中心，值班人員或操作人員將通過(guò)報(bào)警類(lèi)型和報(bào)警級(jí)別分別進(jìn)行相關(guān)的處理。

（3） 在無(wú)人值守站場(chǎng)的視頻火焰探測(cè)器將探測(cè)到的視頻信號(hào)傳至控制中心進(jìn)行監(jiān)視，所有線(xiàn)路截?cái)嚅y室的室內(nèi)也設(shè)置了可燃?xì)怏w探測(cè)器，報(bào)警信號(hào)也將直接通過(guò)RTU傳送到控制中心進(jìn)行報(bào)警。

（4） 在有人值守的工藝站場(chǎng)的站控制室設(shè)置火氣系統(tǒng)、視頻顯示、存儲(chǔ)及聲光報(bào)警裝置等，所有的視頻火焰探測(cè)器、可燃?xì)怏w探測(cè)器、建筑物火災(zāi)報(bào)警等信號(hào)均進(jìn)入火氣系統(tǒng)，進(jìn)行聲光報(bào)警顯示和報(bào)警視頻畫(huà)面的存儲(chǔ)，在操作員工作站可以進(jìn)行相關(guān)報(bào)警顯示和火災(zāi)畫(huà)面視頻顯示。

（5） 為保證設(shè)備安全和系統(tǒng)可靠，根據(jù)有關(guān)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，除設(shè)置防雷接地系統(tǒng)外，在主要的檢測(cè)儀表信號(hào)傳輸接口、ESD系統(tǒng)的所有I/O點(diǎn)、遠(yuǎn)傳截?cái)嚅y室的所有I/O點(diǎn)、數(shù)據(jù)通信接口、供電接口等有可能將雷電感應(yīng)所引起的過(guò)電流與過(guò)電壓引入系統(tǒng)的關(guān)鍵部位處，安裝電涌保護(hù)器，以避免雷電感應(yīng)的高壓竄入，造成設(shè)備損壞。主要的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表也應(yīng)具有防雷電保護(hù)功能。

（6） 本工程接地系統(tǒng)分為保護(hù)地和信號(hào)地。保護(hù)地一般與電氣保護(hù)地網(wǎng)相連，其接地電阻應(yīng)不大于1 Ω；信號(hào)地單獨(dú)設(shè)置，接地電阻根據(jù)系統(tǒng)要求而定，但不應(yīng)大于4 Ω。當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許時(shí)，亦可采用聯(lián)合接地。信號(hào)地設(shè)在站控制室端，且一點(diǎn)接地。

（7） 為保證自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?，確保管道系統(tǒng)運(yùn)行的安全，各分輸站、末站采用公網(wǎng)DDN作為主信道、衛(wèi)星通信作為備用信道的方式；閥室的通信方式采用公網(wǎng)DDN主信道，GPRS備用。

5 結(jié)束語(yǔ)

廣東LNG管道是目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行壓力最高的天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)之一，從2006年6月20日管網(wǎng)第一次通氣至今，未著一次火，未傷一個(gè)人，未出現(xiàn)一起天然氣大量泄漏事件。實(shí)踐證明，整個(gè)天然氣長(zhǎng)輸管網(wǎng)的SCADA控制系統(tǒng)無(wú)論是從設(shè)計(jì)、施工、系統(tǒng)調(diào)試、日常運(yùn)營(yíng)及后期的整改優(yōu)化都達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)及效果，為廣東LNG管道的安全可靠運(yùn)行提供了最有力的保障。

[1] 張志偉.SCADA系統(tǒng)在輸配管理中的應(yīng)用[J].上海煤氣，2006，（2）：26-28.

[2] 龔銀銀，陳萬(wàn)忠.基于以太網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)在油田中的應(yīng)用[J].應(yīng)用科技，2007，（7）：22-25.

Abstract：Guangdong Dapeng LNG Project is the first import LNG experimental project in China,which includes the receiving station project and pipeline project.In this paper,the SCADA system design philosophy and functional configurations for the pipeline project are described,and some optimized measures for solving the problems arising in the system commissioning,pre-operation and routine operation are brought forward,such as enhancing computer system safety protection;setting up video flame detectors,flammable gas detectors and alarm systems;enhancing lightning grounding measure and adopting main channel and standby channel.Those optimized measures are useful references for other similar projects.

Key words:LNG;long-distance pipeline network;SCADA;unmanned;optimization

（31）SCADA System Application and Optimization for Long-distance Natural Gas Pipeline

LIU Xi-miao（Guangdong Dapeng LNG Company,Ltd.，Shenzhen 518034,China）

TE973

B

1001－2206（2011）01－0031－03

柳錫淼（1976-），男，江西蘋(píng)鄉(xiāng)人，工程師，2002年畢業(yè)于武漢大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事能源工程建設(shè)管理工作。

2010-06-11