油氣管道通信網(wǎng)絡(luò)中斷原因及應(yīng)對(duì)措施

郭霄杰

摘 要：油氣管道SCADA控制系統(tǒng)是管道安全運(yùn)行的重要保障，作為承載SCADA業(yè)務(wù)的管道通信網(wǎng)絡(luò)一旦中斷，將對(duì)管道的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的威脅。本文基于油氣管道的生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)，分析討論了管道通信網(wǎng)絡(luò)中斷的原因，指出網(wǎng)絡(luò)中斷的主要原因?yàn)榈谌狡茐摹⒆匀粸?zāi)害以及電力故障。為了減少通信中斷頻次，并結(jié)合油氣管道運(yùn)行現(xiàn)狀，本文提出了三項(xiàng)通信網(wǎng)絡(luò)中斷的解決措施，以為今后油氣管道通信網(wǎng)絡(luò)維護(hù)提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：SCADA;通信中斷;第三方破壞;自然災(zāi)害

0 引言

隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略的發(fā)展，我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，里程數(shù)不斷增長(zhǎng)，管道自動(dòng)化水平也在朝著更先進(jìn)、更完善的方向發(fā)展，同時(shí)，管道安全運(yùn)行也越來(lái)越受到重視。目前，油氣管道行業(yè)普遍采用“監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（supervisory control and data acquisition，SCADA）”

對(duì)管道進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)[1]。SCADA系統(tǒng)可以監(jiān)視和控制具備遠(yuǎn)控功能的站場(chǎng)和閥室設(shè)備，從而能夠及時(shí)準(zhǔn)確的判斷事故點(diǎn)，最終達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。通信系統(tǒng)作為SCADA的載體一旦發(fā)生故障將會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，對(duì)管道的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的威脅?；诖耍疚挠懻摿碎L(zhǎng)輸油氣管道通信中斷的原因，并提出了有效的解決措施。

1 油氣管道通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SCADA系統(tǒng)一般由控制中心、管道站場(chǎng)和RTU閥室的遠(yuǎn)程終端PLC組成。各站場(chǎng)和RTU閥室與控制中心之間采用的主用通信方式為基于SDH的光傳輸通信系統(tǒng)，而備用通信方式多以衛(wèi)星通信和公網(wǎng)通信方式為主，主、備用通信鏈路同時(shí)構(gòu)成了一個(gè)具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的管道通信網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)了輸油氣管道通信業(yè)務(wù)的冗余傳輸[2]。

當(dāng)SCADA系統(tǒng)通信鏈路中的某一點(diǎn)中斷時(shí)，所承載的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可以從中斷點(diǎn)處反向傳輸?shù)絽R聚點(diǎn)，然后通過(guò)備用路由傳輸?shù)娇刂浦行?，從而使中控調(diào)度人員能夠?qū)崟r(shí)的對(duì)管道站場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和操作管理。

SCADA通信中斷是指由于系統(tǒng)自身或數(shù)據(jù)鏈路故障導(dǎo)致的設(shè)備數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)更新、歷史數(shù)據(jù)無(wú)法查詢的現(xiàn)象，通信中斷時(shí)，控制中心將無(wú)法監(jiān)控和操作各站場(chǎng)和RTU閥室的遠(yuǎn)控設(shè)備。長(zhǎng)輸油氣管道通信中斷的主要原因包括：自然災(zāi)害、第三方破壞、設(shè)備故障、電力故障，其余還包括光纜自然斷芯和通信閃斷等現(xiàn)象。其中，第三方施工是導(dǎo)致長(zhǎng)輸油氣管道通信中斷的主要因素[3]。

2 通信中斷原因

2.1 第三方破壞

第三方破壞主要包括第三方施工時(shí)破壞光纜和農(nóng)民農(nóng)耕時(shí)挖斷光纜。主要原因包括如下幾方面：①第三方施工前沒(méi)有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行專門的管道光纜保護(hù)安全技術(shù)交底，如果作業(yè)人員不知道施工地點(diǎn)埋有管道光纜，有可能會(huì)采取不恰當(dāng)?shù)氖┕し桨?，?dǎo)致光纜保護(hù)措施不夠完善或者沒(méi)有落實(shí)到實(shí)處;②第三方施工人員安全意識(shí)不夠強(qiáng)，甚至在違章施工時(shí)存在嚴(yán)重的僥幸心理，或者不聽(tīng)從光纜維護(hù)人員的勸阻而強(qiáng)行作業(yè)，不顧施工現(xiàn)場(chǎng)光纜的存在，隨意挪動(dòng)、損壞光纜警示牌，隨意變更施工方案、施工范圍，最終造成光纜的破壞;③第三方施工單位的作業(yè)監(jiān)管工作不完善，施工監(jiān)理人員沒(méi)有履行維護(hù)施工地點(diǎn)光纜安全的職責(zé)，造成施工破壞光纜的事故;④管道光纜敷設(shè)時(shí)沒(méi)有按照?qǐng)D紙進(jìn)行施工，隨意改變光纜的施工位置。光纜敷設(shè)完成后，沒(méi)有正確的標(biāo)注光纜警示樁，從而給施工人員造成誤導(dǎo);⑤光纜維護(hù)人員巡護(hù)不到位，一些危害到光纜的施工沒(méi)有被及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并處理，同時(shí)也沒(méi)有及時(shí)處理標(biāo)識(shí)不清、缺失及位置錯(cuò)誤的光纜警示樁，這些都會(huì)導(dǎo)致破壞光纜的事故發(fā)生;⑥由于歷史原因，一些光纜的走向及具體位置沒(méi)有清楚的記錄檔案，這樣也容易造成施工時(shí)破壞光纜的事故。

2.2 自然災(zāi)害

管道自然災(zāi)害引起的通信中斷事故原因主要包括天氣因素和凍脹融沉。有些管線所處地區(qū)降雨量偏多，地面河渠較多，雨雪、雷電等惡劣天氣經(jīng)常出現(xiàn)，從而對(duì)光纜造成損壞，尤其當(dāng)站場(chǎng)采用衛(wèi)星進(jìn)行通信數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，惡劣天氣往往會(huì)使衛(wèi)星小站偏離對(duì)星角度，降低衛(wèi)星接收、發(fā)送電平，從而導(dǎo)致站場(chǎng)、閥室衛(wèi)星網(wǎng)元脫網(wǎng)情況。閥室閥井如果積水太多也會(huì)對(duì)溫度、壓力變送器及可燃?xì)怏w探測(cè)器等設(shè)備正常工作構(gòu)成嚴(yán)重的影響，如果這些遠(yuǎn)傳儀表出現(xiàn)故障就會(huì)導(dǎo)致SCADA通信中斷。凍脹融沉主要影響東北地區(qū)的管線光纜。凍土是指0℃以下的一種對(duì)溫度極為敏感的土體介質(zhì)，含有豐富的地下冰。東北地區(qū)復(fù)雜的地理環(huán)境極易發(fā)生凍脹融沉、崩塌、水毀沖蝕（塌岸）等地質(zhì)災(zāi)害[4]。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致光纜受力不均產(chǎn)生不同方向的應(yīng)力，從而導(dǎo)致直埋式光纜頻繁出現(xiàn)斷芯的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致管道通信中斷。

2.3 電力故障

管道站場(chǎng)、閥室的燃油發(fā)電機(jī)、TEG發(fā)電機(jī)以及太陽(yáng)能供電系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)故障，同時(shí)部分閥室由單一方式進(jìn)行供電，蓄電池容量嚴(yán)重不足，導(dǎo)致供電系統(tǒng)可靠性低，造成SCADA數(shù)據(jù)頻繁中斷。管道沿線自然環(huán)境復(fù)雜，因此電力維修作業(yè)一般需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，從而導(dǎo)致閥室、站場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的處于通信中斷的狀態(tài)。

一旦管道通信系統(tǒng)發(fā)生中斷故障，SCADA數(shù)據(jù)便不能及時(shí)更新，這種情況下，中控調(diào)度無(wú)法正常的監(jiān)控管線的各種參數(shù)以及站場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，如果管道此時(shí)出現(xiàn)異常情況，很有可能會(huì)導(dǎo)致正在運(yùn)行的設(shè)備損壞，管線出現(xiàn)憋壓、泄壓現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)泄漏、爆管、人員傷亡等重大事故，對(duì)管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行造成極大的隱患。

3 通信中斷應(yīng)對(duì)措施

3.1 加強(qiáng)對(duì)第三方施工單位的安全措施

首先，需要加強(qiáng)與第三方施工單位的信息溝通，建立通暢的信息交流平臺(tái)，全面做好信息的交接的工作，并針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行巡查工作[5]。其次，建立管道光纜區(qū)域內(nèi)施工單位的信息記錄，可以對(duì)各施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分層級(jí)管理，從作業(yè)技術(shù)以及管理程序上做好全方面的安全保障措施。再次，加強(qiáng)光纜巡護(hù)人員的管理工作，強(qiáng)化巡護(hù)人員的知識(shí)水平、巡護(hù)能力以及應(yīng)對(duì)突發(fā)事故的能力，通過(guò)深刻分析各種事故發(fā)生的原因，從而加強(qiáng)巡護(hù)人員對(duì)光纜的保護(hù)能力。最后，應(yīng)加強(qiáng)光纜保護(hù)的宣傳力度，可以將國(guó)家及企業(yè)的相關(guān)程序文件編制成手冊(cè)發(fā)給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民，提高公眾對(duì)光纜保護(hù)的安全意識(shí)和保護(hù)意識(shí)。

3.2 敷設(shè)特種光纜

為了防止自然災(zāi)害尤其是凍脹融沉引起的通信中斷，可沿線敷設(shè)特種光纜，特種光纜采用不銹鋼護(hù)套外加一層線性低密度聚乙烯護(hù)層，7根鋁包鋼絲鎧裝，同時(shí)光纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)與管道底部平行或敷設(shè)在輸油管底位置，埋深一般在1.5-2.5m，穿越段達(dá)到3-4m，從而在雨季的時(shí)候防止雨水對(duì)光纜過(guò)渡的沖刷。

3.3 加強(qiáng)供電系統(tǒng)的維護(hù)

加大管線各地區(qū)對(duì)供電系統(tǒng)的維護(hù)工作，特別是閥室蓄電池的維護(hù)保養(yǎng)，應(yīng)根據(jù)蓄電池的生命周期定期對(duì)其進(jìn)行更新，同時(shí)具備條件的遠(yuǎn)控閥室要引入外電確保數(shù)據(jù)傳輸正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，第三方施工是導(dǎo)致長(zhǎng)輸油氣管道通信中斷的主要因素，自然災(zāi)害、電力故障也是影響通信數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)囊蛩?。基于通信中斷故障原因，本文提出了三種措施來(lái)解決通信中斷問(wèn)題，即加強(qiáng)對(duì)第三方施工單位的安全措施、敷設(shè)特種光纜、加大各站場(chǎng)、閥室對(duì)供電系統(tǒng)的維護(hù)工作，特別是閥室蓄電池的維護(hù)保養(yǎng)。據(jù)此措施指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行，可有效的減少通信中斷次數(shù)以及中斷時(shí)長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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