油田SCADA系統報警優化研究

秦大鵬 彭章保 劉宇閑 李海濤 晉琨

[摘 要]油田SCADA報警系統，即油田數據采集與油田監視控制報警系統，是以計算機為基礎的油田生產過程控制與油田調度自動化報警系統，包括通信、儀器和計算機軟件報警系統。SCADA系統獨有的油田專業化報警設計和油田體系結構保證了油氣田開發、生產整個生命周期的高效、經濟運行。基于此，本文主要研究油田SCADA系統報警優化的方法，以減少油田SCADA系統無效報警數量，提升油田報警識別率和處置率。

[關鍵詞]油田SCADA系統;報警優化;參數

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.14.051

[中圖分類號]F270.7;TE938[文獻標識碼]A[文章編號]1673-0194（2020）14-0-04

1? ? ? 優化SCADA系統報警功能

1.1? ?開發SCADA系統報警界面，優化參數設置

在SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數據采集與監視控制）系統開發報警參數設置界面（圖1），通過單個數據點位“長周期、大數據”展現和“極限最大、最小值”自動查找界面，結合“儀表測量合理系數”設置算法，幫助員工更快速、更合理地確定偏差報警上、下限數值。

1.2? ?完善SCADA數據統計功能，支撐管理考核

在SCADA系統新增報警數據統計功能，界面如圖2所示，實現報警總條數、確認條數、確認率自動篩查和自動計算，為SCADA系統報警功能指標化管理、考核提供支撐。

1.3? ?規范報警功能管理，健全事件管理記錄

為確保自控系統安全、可靠運行，中國石油長慶油田分公司第六采油廠以2019年發布的《第六采油廠SCADA系統報警參數設置指導意見》相關要求為基礎，將SCADA系統報警參數設置權限“回收”至作業區調控中心，由調控中心賬號統一設置報警參數，并在SCADA系統“事件管理模塊”中新增報警參數設置記錄功能，界面如圖3所示，確保SCADA操作“有規可依，有跡可查”。

2? ? ?開發外輸聯動報警，減少無效報警條數

針對間輸站點啟停輸過程中，外輸瞬時流量、外輸壓力落零產生無效報警條數較多的情況，優化報警邏輯，開發聯動報警功能，實現停輸后外輸瞬時流量、外輸壓力低限報警開關自動關閉的功能，進一步減少無效報警條數。

3? ? ?油田SCADA系統報警存在的問題和解決途徑

3.1? ?典型問題：報警判斷邏輯問題，無法消除無效報警

在解決間輸站點輸油泵啟停產生無效報警的過程中，原定根據輸油泵狀態關聯外輸瞬時流量與外輸壓力兩個報警點位，實現啟泵后輸油瞬時流量、外輸壓力低限報警開關自動打開，停泵后輸油瞬時流量、外輸壓力低限報警開關自動關閉功能，避免產生無效報警信息，其中，圖4是輸油管線運行特征曲線。此控制邏輯在全廠推廣應用，但此過程中，部分站點依然在啟停泵過程中，產生無效報警。即：①啟泵過程中，管線介質充滿慢、上壓慢的站點，SCADA系統頻繁觸發外輸瞬時流量、外輸壓力低限報警;②停泵過程中，管線介質排空快、壓力下降快的站點，SCADA系統頻繁觸發外輸瞬時流量、外輸壓力低限報警。

通過對輸油泵運行頻率、輸油排量、輸油壓力進行時域化分析，發現存在以下問題。①啟泵過程中，變頻器存在加速時間，各站介質黏度（溫度）不同、機泵工況不同、加速時間不同、排量上升到正常輸油所需時間不同。變頻器加速初期，排量無法瞬間高于外輸流量低限報警界限值，SCADA系統低限報警的現象頻繁，聯動報警未能發揮預期效果。②停泵過程中，一是變頻器存在減速時間，排量具有逐漸下降特征（防止電機慣性回轉，產生發電發熱現象，繼而燒毀變頻器），減速過程中，泵排量小于外輸瞬時流量低限報警設定值時，SCADA系統頻繁觸發瞬時流量低限報警;二是自變頻器停止命令發出后，直至變頻器減速完成，輸油泵狀態由運行轉為停止，減速期間排量小，甚至到低限報警界限，SCADA系統頻繁觸發報警，聯動報警未能發揮預期效果。其中，運行數據對應報警觸發關系如圖5所示。③受SCADA系統性能影響，部分數據采集頻率不一，無法對快速變化的數據進行高頻次、高密度采集和記錄歸檔，不能滿足基于數據快速變化的聯動報警。綜上所述，使用變頻器的情況下，僅靠輸油泵狀態聯動外輸瞬時流量、外輸瞬時壓力的方法不嚴謹，且局限性大。

3.2? ?解決方法：多設備多參數聯動，徹底過濾無效報警

結合作業區集油管線運行特點及數字化管理應用水平，選取胡43增、胡48增、胡49增為實驗站點，找到實驗站點地形及輸油關系（圖6），開展報警深度優化。其中，選取的3種不同的輸油管線運行特征曲線如圖7所示。具體解決思路是：①將管線分為“停泵后，外輸瞬時流量歸零，外輸壓力不歸零”和“停輸后，外輸瞬時流量、外輸壓力全部歸零”兩種模型，分別進行處理;②間輸站點輸油泵運行頻率一致，需要結合作業區集油管線運行特點，提高數字化管理應用水平。

針對多設備多參數聯動，利用相關系統（圖8）徹底過濾無效報警中出現的一些狀態，避免油田SCADA系統報警產生以下情況。①如果油田SCADA系統報警出現自動關閉的情況，需要分析站點緩沖罐液位≤關低限報警液位設定值（該值為停輸油泵液位設定值1～3cm）狀態，分析與處理外輸瞬時流量低限報警的開關自動關閉情況。低限偏差報警關閉期間，需要緩解輸油泵出口壓力，減少外輸瞬時流量，避免產生低限報警信息。②如果油田SCADA系統報警出現自動開啟的情況，需要確認外輸瞬時流量低限值，因為當站點任意一臺輸油泵運行頻率≥正常輸油頻率（需根據運行現狀設置界限值）時，外輸瞬時流量低限報警開關自動開啟。低限偏差報警開啟期間，該站輸油泵出口壓力、外輸瞬時流量將根據實時運行數據產生數據、產生低限偏差報警信息等。

3.3? ?解決效果

經胡43增、胡48增、胡49增實驗驗證，避免了啟停輸觸發的無效報警，胡49增24小時內僅產生了1條報警信息。圖9詳細分析了實驗站點胡49增報警優化結果。

4? ? ?結 語

本文按照《第六采油廠2020年報警優化技術說明文檔》相關內容，結合中國石油長慶油田分公司第六采油廠的運維現狀，前期開展SCADA系統相關報警優化工作，后期根據應用需求，適時開展設計PLC部分的聯動報警優化工作。

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