天然氣長輸管網SCADA系統的應用及其優化

柳錫淼

（廣東大鵬液化天然氣有限公司，廣東深圳518034）

天然氣長輸管網SCADA系統的應用及其優化

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項目是中國首個引進LNG的試點項目，包括接收站和管道項目。文章總結了廣東大鵬LNG管道項目SCADA系統設計原則及功能配置，對其在調試投產及日產運營過程中出現的問題提出了多項優化措施，如加強計算機系統的安全保護、多處設置視頻火焰探測器、可燃氣體探測器及報警系統，加強防雷和接地措施，采用主信道和備用信道等，有力地保障了該LNG管道項目的安全可靠運營，也為其他類似工程項目提供了有益的參考。

LNG；長輸管網；SCADA；無人值守；優化

1 項目概況

廣東大鵬LNG項目是中國首個引進的LNG試點項目，包括接收站和管道項目。該項目接收站一期工程設計規模為年周轉LNG 370萬t，輸氣管道一期工程建成后的總長度超過400 km，由1條長193 km的主干線、3條長178.3 km的支干線及2條長14 km的支線組成。主干線起自深圳大鵬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共設15個輸氣站，24個閥室；管道直徑323.9～914 mm，管道設計壓力9.2 MPa。管道天然氣用戶覆蓋深圳、惠州、東莞、廣州和佛山等五個地區；此外香港的電廠用戶和城市燃氣用戶分別自建長約40 km及46 km的海底管道接收大鵬終端輸送的天然氣。

本工程經過近三年的建設，于2006年5月26日接收了第一船LNG，2006年9月底項目進入商業運營。截至2010年5月31日，已經累計安全成功地接收上游216船LNG，共卸載LNG約1360萬t，安全平穩地向用戶供氣約1 342萬t，其中2009年達455萬t，已經超出原設計規模。現在該工程繼續為廣東珠三角地區及香港提供安全、可靠、清潔的綠色能源。

2 管道項目SCADA系統的設計原則

廣東大鵬LNG管道的基本設計原則是：所有場站按照有人值守操作設計，所有閥室按照無人值守操作設計；采用SCADA系統進行遠程數據采集和監控，線路閥室都實行調度中心遠控模式；工藝站場可實現調度中心遠控、站控和就地手動控制三級控制模式。

作為整個天然氣管道工程監控、調度、管理的核心，監督控制和數據采集（SCADA）系統的調度控制中心設置在秤頭角接收站，執行對管道全線各個站場和線路閥室的監控、調度、管理等任務。沿線19座工藝站場均設站控系統（SCS）；25座遠控線路閥室設遠程終端單元（RTU），對天然氣管道沿線的站場和閥室進行數據采集和監控。

考慮到整個系統的安全性和可靠性要求，SCADA系統中所有重要部位都為冗余設置，當發生故障時，能自動進行故障切換，自動對系統的數據進行備份。調度控制中心的服務器、局域網、通信接口、SCS控制設備的CPU及電源、SCS中的ESD系統均采用獨立的、符合有關標準的控制單元。

3 管道項目SCADA系統的配置及其功能

3.1 系統配置

廣東LNG管道項目輸氣干線工程SCADA系統采用HONEYWELL公司的PKS系統，站控SCS系統采用BB公司的Control Wave混合控制器，線路截斷閥室RTU系統采用BB公司的Control Wave Micro混合控制器，其系統框圖見圖1。

圖1 SCADA系統框圖

整個儀表自控通訊系統包括5個部分。第一部分是SCADA系統調度中心控制室；第二部分是通訊系統，包括DDN、VSAT、GPRS等通訊系統；第三部分是站控/RTU系統；第四部分是SIS系統，包括FGS和ESD系統；第五部分是儀表，包括過程檢測儀表、流量系統、氣體組分分析儀表、加熱爐系統、儀表風系統、燃料氣系統、壓力流量調節控制系統等。

調度中心配備有3個操作員工作站、2個冗余的SCADA服務器、1個工程師工作站/FIM（現場儀表管理）服務器、1個過程域控制器；設有用于報表日志的激光打印機、用于事件報警的點陣打印機和用于屏幕拷貝的彩色激光打印機。整個SCADA系統網絡為雙網配置，一用一備，主網通過DDN通訊與19個分輸站、25個閥室（包括金山分輸站）連接，備用網通過VSAT衛星通訊與19個分輸站連接，通過GPRS通訊與25個閥室連接。中控室還設置了GPS時鐘同步系統，實現所有站點的時鐘同步。調度中心SCADA可以與接收站DCS通訊，以滿足整個大鵬液化天然氣項目的要求。

SCS系統主要由RTU、FSC（完成SIS功能）、2個冗余服務器/操作員工作站、數據通信接口、計算機網絡構成。站控RTU、FSC和上位計算機三者之間通過網絡進行數據通信；設有用于報表日志的激光打印機、用于事件報警的點陣打印機。分輸站SCS與CCR SCADA系統通訊為一用一備，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 系統功能

整個SCADA系統實現的主要功能如下：

（1） 實現三級控制模式：調度中心遠控、站控和就地手動控制。

（2） 站場SCS對站場儀表及控制設備、流量計量橇、燃料氣橇、加熱爐橇、壓力流量調節橇、儀表風橇、污水處理裝置、陰極保護系統等進行監控并上傳數據，包括通過Modbus數據通信傳輸空壓機、低壓配電盤、流量計算機、應急發電機、UPS、BV閥、污水處理系統等信號；接受并執行調度中心的指令；站場SIS在緊急情況下完成火災檢測報警以及對站場的緊急關斷和放空，確保安全；站控系統操作員工作站實現對該站流程、參數、狀況等的實時顯示、記錄、報表打印，歷史趨勢和記錄、報警等功能，具備良好的人機界面。

（3） 閥室RTU對站場儀表及控制設備、火災檢測報警系統等進行監控并上傳數據，包括通過Modbus數據通信傳輸太陽能系統、BV閥等信號；接受并執行調度中心的指令。閥室RTU在緊急情況下完成對管網的緊急關斷，確保安全。

（4） 儀表風橇、污水處理系統、加熱爐橇本身帶有控制設備，獨立完成本系統的控制和保護，并受站控PLC監控。

（5） 流量計橇檢測氣體和流量，并結合輸入到流量計算機的氣體分析儀檢測計算結果，完成對輸送氣體量的計量。

（6） 可燃氣/火災檢測報警系統，對泄漏引起的空氣中可燃氣體濃度和火災引起的煙霧、高溫和火焰進行檢測和報警。

（7） 中控室操作員工作站實現對全線流程、參數、狀況的實時顯示、記錄、報表打印以及歷史趨勢和記錄、報警等功能，并可實現遠程控制。

4 管道項目SCADA系統的優化

本系統自投產后至今又陸續經過多個可靠性項目續建及后續項目的擴建，在系統施工、設備調試及日常運營中都暴露了不少的缺陷，如備用通信系統可靠性差、SCADA系統防雷設備等級低、外電中斷影響部分設備供電等。SCADA系統作為本工程的監控、調度、管理的核心控制系統，為了保障其安全，避免受自然災害、設備的可靠性、工作人員的素質以及計算機犯罪等多方面因素的影響，業主多次召開相關廠家和承包商的協調會，對出現的問題進行積極整改，并陸續對SCADA系統做了如下的優化：

（1） 在調度控制中心的計算機系統里，運用加密機系統、防火墻系統、防病毒系統、備份/恢復和容災系統、網絡隔離系統等技術，有效地保障調度控制中心計算機系統的安全。

（2） 在各分輸站、末站的工藝裝置區內均設置視頻火焰探測器，可以隨時檢測到來自現場的火災信號；在容易發生氣體泄漏的裝置旁，以及朝向工藝裝置區且距離小于30 m的人員出入口處均設置可燃氣體探測器；另外，在站控制室、UPS間、配電間等重要房間的室內，還設置了建筑物火災報警系統。以上的報警信號將傳送到站控制室的火氣系統，通過人機界面、視頻顯示及聲光報警裝置進行報警，并將報警信號傳送到控制中心，值班人員或操作人員將通過報警類型和報警級別分別進行相關的處理。

（3） 在無人值守站場的視頻火焰探測器將探測到的視頻信號傳至控制中心進行監視，所有線路截斷閥室的室內也設置了可燃氣體探測器，報警信號也將直接通過RTU傳送到控制中心進行報警。

（4） 在有人值守的工藝站場的站控制室設置火氣系統、視頻顯示、存儲及聲光報警裝置等，所有的視頻火焰探測器、可燃氣體探測器、建筑物火災報警等信號均進入火氣系統，進行聲光報警顯示和報警視頻畫面的存儲，在操作員工作站可以進行相關報警顯示和火災畫面視頻顯示。

（5） 為保證設備安全和系統可靠，根據有關防雷設計規范，除設置防雷接地系統外，在主要的檢測儀表信號傳輸接口、ESD系統的所有I/O點、遠傳截斷閥室的所有I/O點、數據通信接口、供電接口等有可能將雷電感應所引起的過電流與過電壓引入系統的關鍵部位處，安裝電涌保護器，以避免雷電感應的高壓竄入，造成設備損壞。主要的現場檢測儀表也應具有防雷電保護功能。

（6） 本工程接地系統分為保護地和信號地。保護地一般與電氣保護地網相連，其接地電阻應不大于1 Ω；信號地單獨設置，接地電阻根據系統要求而定，但不應大于4 Ω。當計算機系統允許時，亦可采用聯合接地。信號地設在站控制室端，且一點接地。

（7） 為保證自動化系統數據傳輸的可靠，確保管道系統運行的安全，各分輸站、末站采用公網DDN作為主信道、衛星通信作為備用信道的方式；閥室的通信方式采用公網DDN主信道，GPRS備用。

5 結束語

廣東LNG管道是目前國內運行壓力最高的天然氣長輸管網之一，從2006年6月20日管網第一次通氣至今，未著一次火，未傷一個人，未出現一起天然氣大量泄漏事件。實踐證明，整個天然氣長輸管網的SCADA控制系統無論是從設計、施工、系統調試、日常運營及后期的整改優化都達到了預期的目標及效果，為廣東LNG管道的安全可靠運行提供了最有力的保障。

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

[2] 龔銀銀，陳萬忠.基于以太網的SCADA系統在油田中的應用[J].應用科技，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，江西蘋鄉人，工程師，2002年畢業于武漢大學電氣工程及其自動化專業，現從事能源工程建設管理工作。

2010-06-11