SCADA系統頻繁報警問題的分析及對策

謝遠新，黃 藍，郭梁柱，屈 藝

（西南油氣田公司蜀南氣礦，四川瀘州 646000）

1 背景

某頁巖氣田是勘探、開發、生產頁巖氣的專業化區塊，由于頁巖氣的開發特性，在完善頁巖氣井的過程中會實施大型加砂壓裂施工，使得氣井在生產過程中會產出大量的水和砂，對生產設備產生沖蝕、堵塞等損壞現象，使設備不能正常工作，造成設備運行參數超限，站控系統報警數量增多。頁巖氣的開發屬于低效開發，所以在設備設施的使用方面也是受到了限制，由于設備設施的選型不合理，造成設備失效、儀表故障、傳輸偏離等現象產生大量報警。目前該氣田處于上產階段，產能建設快，建設過程中難免會遺留一些不完善的地方，也為無效報警的產生創造了條件。如在野外使用紅外線可燃氣體檢測儀，因微小動物的侵入會引發大量的誤報警；如除砂器采用的過濾原理，因液體的流動阻力大也會造成除砂器的差壓超限等。由于誤報警、無效報警的數量過大，使得員工無法認真處置每條報警信息，使得真正起有警示作用的報警被忽略，為生產安全埋下隱患。

2 應用現狀調查

該氣田管理中心站3座，脫水站1座，集氣站8座，井組109座。目前在SCADA系統中設置的報警點位一共3629個點位。2022年共產生報警322947條，每月報警平均為26912.25條，每日報警平均為884.79條，具體每月報警總數詳見圖1；具體每月日均條數詳見圖2。

圖1 2022年每月報警總數

圖2 2022年每月日均條數

2022年高頻報警總共分為六大類，分別是液位報警、除砂器差壓報警、可燃氣體報警、井安蓄能壓力報警、針閥后壓力報警以及其他報警。其中液位報警占2022年報警總數的54%，液位報警主要包括分離器液位、污水池液位報警；除砂器差壓報警占2022年報警總數的22%；可燃氣體報警占2022年報警總數的6%；井安蓄能壓力報警占2022年報警總數的4%；井口針閥后壓力報警占2022年報警總數的4%；其他報警則占10%。2022年高頻報警分類占比見下圖3。

圖3 2022年高頻報警分類占比

由以上數據可見，整個頻繁報警主要為液位報警以及除砂器差壓報警。

3 報警原因分析

3.1 設備自身故障

在生產過程中，所有的設備都可能發生故障，都會引發報警，但頁巖氣井的生產特性，這種現象尤為突出。如頁巖氣井生產過程的會產出大量的水和壓裂砂，這些介質會對分離器的排液系統產生損壞或堵塞，造成運行參數超限而引發報警。同時持續的不均勻的固、液介質產出，會使此類參數發生持續的報警，如分離器排污調節閥和截斷閥內漏。運行參數的值來源于檢測儀表，此信號還要經過線路、浪涌、隔離柵、I/O模塊等設備，只要此過程的任一設備出現故障都會引發報警。

3.2 內外部干擾影響

頁巖氣的開發屬于一個新興的活動，沒有什么可借鑒的經驗，一切都是摸索著前行，難免會出現設備選型不合理的現象，這也可能引發大量的報警。如整個頁巖氣區塊都是處在一個野外環境，選用固定式紅外線可燃氣體檢測儀，由于野外存在眾多的小動物，當進入檢測儀的檢測腔時，會觸發誤報警；又如排采平臺的分離器排液系統沒有采用抗沖蝕的工藝，導致設備失效率高，也會引發報警。

環境不可避免地都會有噪聲和干擾的存在，噪聲指在信號檢測的領域內，系統檢測和傳輸的有用信號以外的一切信號均被稱為噪聲。干擾指具有一定幅值和一定強度、能夠影響檢測系統正常工作的噪聲被稱為干擾。由于噪聲和聲干擾在存在，使得即使被檢測值是一個定值，但通過線路和線路上的設備，加上檢測儀器的精度，以及干擾的隨機性，差模干擾或共模干擾的介入，進入控制器的值會是一個在定值附近波動的值。而站控系統設定的報警值是一個定值，當運行定值等于報警值時，檢測值會在報警值上下波動，不斷地產生報警和復位，一個超限過程會產生無限多的報警數。

3.3 報警設置、管理機制需完善

報警參數的設置是為了滿足前的運行條件的要求，但生產運行條件不是恒定的，當運行條件發生改變時，若沒有及時地修改報警參數，將會引發大量的報警。現場所投用的生產設備，是根據氣井正常生產時的條件設計的，當氣井的生產制度發生變化時，現行設備已不能滿足現生產制度下的運行參數，也會引發報警。由于頁巖氣田面廣點多，投產時間跨度大，工藝設備維修和改造的施工作業多，有的施工可能會影響到檢測儀器儀表的正常工作，如果沒有對此實行相應的措施，會引發報警。

4 制定對策

4.1 針對生產設備故障造成運行參數超限引發的報警的對策

對于由于設備故障引發的報警，通過對該報警點報警時段實時數據曲線的分析，根據故障設備的現象和原因，確定維修方案，保證設備的正常運行。如分離器的液位曲線，在確保開關量或模擬量控制的調節閥達到0%開度時的液位高于低報設定值的前提下，如果此點發生低報，說明此排液調節閥有故障；如果出現此液位值低于低低報設定值，或直接歸0%，則表明此排液控制系統的截斷閥故障，或調節閥內漏、卡阻，或執行器故障等，協調場站管理技術干部及相關運維人員到現場進行排查，就能明確故障點，并以對應的措施進行整改。

4.2 針對參數檢測系統故障引發的報警的對策

對于參數檢測系統故障引發的報警，有其鮮明的特點，此類報警的實時曲線多數突變，或高頻率大幅度波動。如變送器故障，曲線的表現形式多為高頻率大幅度的波動，且多是連續的；如傳輸線路故障多為曲線歸0%；隔離柵故障多為間隙式的突變等。協調信息管理技術干部及相關運維人員到現場進行排查，就能明確故障點，并以對應的措施進行整改。

4.3 針對由于設備故障在管理方面的對策

為降低因設備故障產生的報警數量過多的情況。加快設備故障處置進度，由中心站及時按事故事件管理進行上報，按現場實際情況制定整改期限，優先安排重復報警的設備故障的恢復工作，有效地降低報警數量。加強設備故障的跟蹤管理，定期統計分析相關數據，積極做好備品備件，縮短處理周期，降低因設備故障產生過多報警。緊急任務時趕赴現場的運維承包商響應時間原則上不超過4 h。

4.4 針對報警參數不合理的對策

報警參數應根據該點當下的運行參數值整定，但該氣田點多面廣，生產制度改變快，各點的運行參數變化大。所以對場站管理人員，要隨時了解各項工程，分析工程的實施可能引發運行參數的變化，跟蹤工程的實施情況，在工程施工完成，新的工藝使用前，預計新的參數運行范圍，并以此為依據整定新的報警參數，而不是被動地修改，以避免報警參數不合理引發的報警。

在管理方面，組織各專業管理人員結合安全風險、現場工況等實際適時優化報警參數臺賬，本質上避免無效頻繁報警；完善關鍵點位（關鍵閥門狀態、可燃氣體報警、進出站壓力報警等）報警組態及設置，為安全管控做好報警信息支撐；優化參數變更流程，及時根據運行工況對參數進行調整，避免參數長時間未修改導致報警發生。

4.5 針對生產制度不符合引發的報警的對策

由于生產制度的不合理，其運行條件偏離了設備的處理能力，從而引發報警。如泡沫排水采氣工藝的起泡劑的加注方式、量、周期及消泡劑的加注量、周期等，若不能匹配，會造成消泡不徹底，在液位計中產生氣泡段引發液位高報警。所以在管理方面，現階段以治理報警為基礎，優化工藝的生產制度，在保證生產的前提下，保證各運行參數不超限。

4.6 針對施工作業引發的報警的對策

由于頁巖氣井的布局密度高，生產規律變化大，所以流程或工藝的適應性改造的量大，導致施工作業多。而在所有的施工作業中都可能改變生產制度，致使運行參數偏離初始設置值而引發報警。如井組的增壓工程碰頭施工，放空時會使壓力、液位等達到0；如井口裝置安裝油管作業，會拆移井口裝置及其所有附件，井口裝置上的所有運行參數也會歸0，若此時沒有對作業涉及的參數點的報警進行相應的處置，便會引發大量的報警。所以管理人員應密切關注各項施工作業，只要有涉及可能引發報警的點，都要進行相應的處置，避免無效報警的干擾。針對此類情況，在管理方面，要求管理人員在施工中涉及儀器儀表及信息化方面的施工作業及新、改、擴等投運中，應在方案編寫階段，將儀器儀表拆除、信息化聯鎖及報警參數屏蔽及恢復時聯鎖測試等要求寫入施工方案里面。

4.7 針對強外部干擾引發報警的對策

對于強烈的電網電壓波動、電磁輻射、高壓電源漏電、工業電火花干擾、雷電干擾等所產生的偏差幅度大、時間短，都是毫秒級的，故在此時選用“延時報警時間”功能，此功能的作用是當檢測值超限時（大于或小于）報警值，開始計時，延時結束時，檢測值一直超限于（大于或小于）報警值，則產生報警；如果在延時時間內，沒有滿足檢測值一直超限于（大于或小于）報警值這一條件時，則不會產生報警，如此循環，以區分運行參數的緩變強烈干擾引發的突變，把此類因為干擾而引發的報警過濾，但在運行曲線里會有記錄。此延時報警時間不能設置過長，若時間過長則會把一些設備故障引發的高頻率大幅度報警過濾掉，將會導致設備故障不能及時發現，目前設置值均小于100毫秒，但具體要根據檢測儀表的位置而引發的偏差值確定，此偏差值可由現場校驗儀表得到。

4.8 針對內部干擾引發報警的對策

對于電路的過渡過程、寄生反饋、內部電磁場等引起的干擾，所產生的偏差和特點是幅度小、面廣，幾乎所有檢測系統都存在這個現象，此時選用“高低偏差界限值”功能，此功能的作用是當檢測值超限于（大于或小于）報警值時，報警發生，只有滿足檢測值小于或大于報警值再減去或加上高低偏差界限值條件時，系統才能自行復位（只有在復位的條件下，才能因超限引發報警，有的SCADA系統還有死區過濾功能，此功能是在報警值上的兩側形成新的報警值和復位值），此值也不能設定過大，過大后過濾掉一些正常的報警，我們的經驗是此值不超過儀表的量程的1%，這個量的確定是根據儀表的精度和噪聲干擾的誤差疊加的最大值而得。

5 結論及展望

通過以上的相關報警治理對策，開展報警治理以來，該氣田2022年12月日均報警156條，環比2022年1月日均報警2075條下降92.48%，有效改善了SCADA系統中報警泛濫的現象。通過報警治理，實現了員工管理經驗與數據運行規律的有效結合。