长输天然气管道站场SCADA系统供电模式优化

长输天然气管道站场SCADA系统供电模式优化

陈晓峰,方龙

国家石油天然气管网集团有限公司             

摘要： 为了解决天然气分输站SCADA系统供电方式不合理问题，通过重点分析典型管道分输站供电方式，系统整理标准规范中关于SCADA系统供电要求，同时结合近年来因SCADA系统供电问题导致的各类异常事件，提出优化SCADA系统供电方式建议，进一步提高站场SCADA系统供电可靠性。

关键词：SCADA系统；供电方式；异常事件；可靠性

长输油气管道的自动化控制水平直接关系着其生产运行安全与效率，尤其以中俄东线为代表的天然气管道工程开启了中国长输油气管道自动化控制技术的新篇章[1]。天然气长输管道站场SCADA系统运行可靠性直接关系到站场安全平稳运行，SCADA系统作为站场关键负荷，其供电稳定性和可靠性显得尤为重要。经对榆济线典型长输天然气管道SCADA系统供电方式进行分析对比，发现存在供电设计标准不统一、部分机柜供电存在隐患等问题，给SCADA系统运行带来较大影响，有必要针对SCADA系统供电模式进行优化，提高SCADA系统供电可靠性。

1 典型站场SCADA系统供电现状

榆济线起点为榆林首站，终点为宣章屯站，管道全长约953km，设计压力为10MPa/8MPa，管径为φ711/610，沿线设置11座场站、40座阀室，设计输气能力为40亿方/年，于2010年10月建成投产，安全平稳运行10余年来，榆济线逐渐形成了常规气、煤层气、LNG等多气源供应，榆林首站、平遥站多级增压，与国内北方主干管线互联互通的运行模式，2020年10月1日榆济线由中石化划转至国家管网集团。

分输站站控系统设备主要包括：过程控制PLC、安全仪表系统（ESD）PLC、通讯服务器、工业级交换机、路由器、站控系统操作员工作站、报警及报表打印机等。

压气站站控系统设备主要包括：过程控制PLC、安全仪表系统（ESD）PLC、压缩机控制PLC、通讯服务器、工业级交换机、路由器、站控系统操作员工作站及压缩机操作员工作站、报警及报表打印机等。

平遥站原为分输清管站，后通过增压工程改造为压气站，新增三台西门子压缩机，并于2015年11月投产，以平遥压气站为典型站场，介绍SCADA系统供电方式如下：

图1：平遥压气站UPS系统供电示意图

由图1、图2可知，站控系统作为站场关键负荷由UPS（不间断电源）进行供电，平遥站机柜220V均由UPS提供，其中3台压缩机控制柜为双回路供电，其余机柜均为单回路供电。经分析该供电模式存在以下问题或隐患：

（1）机柜220V供电结构不合理。

图2：平遥压气站机柜220V供电示意图

由图3可知，平遥压气站PLC机柜、网络机柜220V供电与ESD机柜220V供电共用一个空开，机柜间配电箱没有实现单独的空开向每台机柜进行供电，容易出现机柜间220V供电相互影响干扰。

（2）机柜24V供电配置不合理。

图3：平遥压气站机柜24V供电示意图

由图4可知，平遥压气站PLC机柜、通讯机柜内24V电均由ESD机柜中24V冗余开关电源提供，导致机柜间24V供电相互影响，存在较大隐患。

（3）机柜内风机、照明供电不合理。

图4：平遥压气站ESD机柜风机、照明等供电示意图

机柜内风机、照明等设备均由UPS进行供电，未接入市电，导致风机、照明设备出现短路等故障时影响整个机柜正常供电。

2 标准规范中SCADA系统供电要求

（1）《GB/T 50770-2013 石油化工安全仪表系统设计规范》中设计基本原则“5.0.16:安全仪表系统的交流供电宜采用双路不间断电源的供电方式。”[2]

（2）《SH/T3082-2019 石油化工仪表供电设计规范》中要求如下[3]：

4.2.1 仪表及控制系统供电属于一级负荷重特别重要的负荷，应采用UPS供电。

4.2.2 仪表辅助设施供电属于三级负荷，宜采用GPS（普通电源）供电。

5.1.3 交流UPS应采用在线式，并配备带有稳压功能的独立旁路电源，当UPS发生故障时，供电系统仍应能向所有用电设备正常供电。

5.1.4 直流稳压电源应采用并联运行方式构成1:1冗余供电系统，任何一路电源发生故障时，供电系统仍应能向所有用电设备正常供电。

5.1.5 仪表直流供电系统的电源装置应分散配置，每个直流供电仪表机柜应按1:1冗余原则配备相应的电源装置。

6.1.1 仪表UPS的容量应按仪表及控制系统（包括：系统机柜、网络柜、安全栅柜、继电器柜、远程I/O柜、现场仪表等）额定负荷总和的0.8-1.2倍确定；仪表GPS的容量应按仪表辅助设施（包括：仪表盘柜照明、排风扇、仪表维护及检修插座等）额定负荷总和的1.2-1.5倍确定。

6.1.3 仪表辅助设施的交流供电宜采用GPS，且宜独立设置。

3 优化SCADA系统供电模式建议

经统计天然气长输管道天然气站场因SCADA系统供电问题导致的异常事件频发，如某站因火气机柜风扇短路导致整个机柜间机柜失电，继而触发站场ESD误动作；某站因站场一台UPS故障导致压缩机机柜、ESD机柜等机柜失电，导致压气站压缩机停机、站场ESD误触发等。

根据仪表及控制系统供电相关规范，结合近年发生的因供电中断导致的异常事件及平遥压气站SCADA系统供电现状，整改措施及原则如下：

（1）将平遥压气站压缩机控制柜、ESD机柜、PLC机柜等特别重要的负荷采用双路不间断电源的供电方式，充分利用站内机柜间两台UPS设置，将双回路分别接至不同的UPS系统。

（2）将平遥压气站PLC机柜、网络机柜220V供电从ESD机柜端分离，每个机柜由站控室配电箱单独的空开控制供电。

（3）将平遥压气站PLC机柜、网络机柜24V供电从ESD机柜端分离，分别在PLC机柜、网络机柜内增加24V开关电源，ESD机柜内开关电源仅向ESD机柜内供电。

（4）将各机柜风机、照明及插座从UPS供电系统中分离，单独使用市电供电。

4结论

  通过分析平遥压气站SCADA系统供电现状，整理各类规范中关于仪表及控制系统供电要求，结合站场运行多年来异常事件暴露出来的供电隐患，确定平遥压气站SCADA系统供电问题整改措施及原则，目前平遥压气站已按照上述整改原则完成部分改造，完成了机柜内220V及24V供电改造，计划开展站内UPS供压缩机控制柜、ESD机柜、PLC机柜双回路供电改造，改造完成后将进一步提高站场SCADA系统可靠性。

参考文献：

[1] 赵国辉.中俄东线天然气管道工程SCADA系统的设计与实现[J].油气储运,2020,39(4):0379-0388.

[2]《GB/T 50770-2013 石油化工安全仪表系统设计规范》

[3]《SH/T3082-2019 石油化工仪表供电设计规范》

作者简介：陈晓峰，男，工程师，2012年毕业于中国石油大学（华东）自动化专业，现从事天然气长输管道油气储运管理工作。