SCADA系統在燃氣管網地震緊急處置中的應用研究

孟于飛,郭恩棟,劉紅麗

(中國地震局工程力學研究所,黑龍江哈爾濱 150080)

燃氣管網的地震破壞有時會導致火災、爆炸等嚴重的次生災害。城市中的燃氣管網系統若能具備地震預警及緊急處置功能,在地震來臨時及時采取自動關閉燃氣供應閥門等緊急處置措施,可以避免或減少管道破裂后燃氣泄漏造成的次生災害的發生。目前城市的燃氣管網一般采用SCADA(supervisory control and data acquisition,監視控制與數據采集)系統進行燃氣輸配調度管理,若能將SCADA系統在日常管理調度方面的應用與地震緊急處置技術相結合,形成城市燃氣管網的地震緊急處置及監測系統,可以達到減輕災害損失的目的。

分析SCADA系統和地震緊急處置系統兩者的結構可知,兩者都設有控制分析處理中心,地震應急響應快速評估系統與震后地震趨勢判斷系統是地震緊急處置系統中的核心,地震緊急處置系統中烈度、強震觀測信息和地震現場系統同SCADA系統的監控參數類似,均來自監測現場。所以,兩個系統的原理是相似的,均是將現場采集來的信息發送給控制中心,經過控制中心分析判斷后,給現場發送相應的控制指令。在通訊方面,可以將遠程終端裝置采集來的信號和其他終端裝置采集來的信號,通過不同的數據傳輸通道,以同樣的通訊方式發送給中心控制室,兩者之間不會產生沖突。由此可知,SCADA系統與地震應急系統的原理類似,所以在現有SCADA系統的基礎上加入地震信息處理模塊開發地震緊急處置系統是可行的。

SCADA系統由設置在控制中心的主計算機系統(MTU)、被控站的遠程終端裝置(RTU)及數傳通道三大部分組成。在城市燃氣管網的地震緊急處置系統中,遠程終端裝置可采用強震儀或烈度計,傳輸系統可使用SCADA系統原有的通訊系統,將編制的地震信息處理程序,通過第三方程序接口加入控制中心的主控程序中,按照SCADA系統原有的I/O尋址方式,尋找地震信息I/O模塊,按照SCADA系統原有的梯級遞增的方向逐個梯級掃描執行主控程序。

SCADA系統與地理信息系統(GIS)結合可實現對城市燃氣管網的監控。監控方式如下:在地理信息系統中建立顯示傳感器位置的數據圖層,GIS數據的獲得可以從SCADA系統的主控PLC(可編程控制器)實時數據庫中獲取實時數據,這樣GIS的地圖界面上的數據可以實時更新;將系統管理單元數字化形成相應的圖層,作為引用的導航入口,點擊這些管理單元,直接調用SCADA系統主控PLC軟件生成的監控畫面,由主控PLC來完成相應的數據監測、流程畫面、報表、曲線分析等功能。

當地震來臨時,由于P波傳播速度快于更具破壞性的S波,各遠程終端裝置在偵測到P波到達后,立即將訊息發送至控制中心,控制中心通過震害快速評估,大致估計地震的震級和方位等參數,并綜合考慮各遠程終端處管線的重要性及抗震性能,進行智能判斷,確定各處的供氣閥門是否關閉,并將指令發送至遠程終端執行,在S波到來前完成緊急處置,以保證安全,且不影響重要管線的正常輸送。

綜上所述,SCADA系統與地震緊急處置系統具有較好的兼容性。在不妨礙SCADA系統原有的使用功能基礎上,加入地震監測模塊和震害快速評估模塊,可以對城市燃氣管網進行震害快速評估,必要時發布指令啟動應急控制裝置,實現燃氣供應設施地震監測及緊急處置,控制次生災害的發生,保障人民群眾的生命和財產安全。