油氣管道通信網絡中斷原因及應對措施

郭霄杰

摘 要：油氣管道SCADA控制系統是管道安全運行的重要保障，作為承載SCADA業務的管道通信網絡一旦中斷，將對管道的安全運行造成嚴重的威脅。本文基于油氣管道的生產運行特點，分析討論了管道通信網絡中斷的原因，指出網絡中斷的主要原因為第三方破壞、自然災害以及電力故障。為了減少通信中斷頻次，并結合油氣管道運行現狀，本文提出了三項通信網絡中斷的解決措施，以為今后油氣管道通信網絡維護提供理論基礎。

關鍵詞：SCADA;通信中斷;第三方破壞;自然災害

0 引言

隨著國家能源戰略的發展，我國長輸油氣管道建設規模不斷擴大，里程數不斷增長，管道自動化水平也在朝著更先進、更完善的方向發展，同時，管道安全運行也越來越受到重視。目前，油氣管道行業普遍采用“監控與數據采集系統（supervisory control and data acquisition，SCADA）”

對管道進行自動監控，SCADA系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統[1]。SCADA系統可以監視和控制具備遠控功能的站場和閥室設備，從而能夠及時準確的判斷事故點，最終達到安全生產的目的。通信系統作為SCADA的載體一旦發生故障將會導致業務中斷，對管道的安全運行造成嚴重的威脅?；诖耍疚挠懻摿碎L輸油氣管道通信中斷的原因，并提出了有效的解決措施。

1 油氣管道通信網絡架構

SCADA系統一般由控制中心、管道站場和RTU閥室的遠程終端PLC組成。各站場和RTU閥室與控制中心之間采用的主用通信方式為基于SDH的光傳輸通信系統，而備用通信方式多以衛星通信和公網通信方式為主，主、備用通信鏈路同時構成了一個具有環形結構的管道通信網絡，從而實現了輸油氣管道通信業務的冗余傳輸[2]。

當SCADA系統通信鏈路中的某一點中斷時，所承載的業務數據可以從中斷點處反向傳輸到匯聚點，然后通過備用路由傳輸到控制中心，從而使中控調度人員能夠實時的對管道站場設備進行監控和操作管理。

SCADA通信中斷是指由于系統自身或數據鏈路故障導致的設備數據無法實時更新、歷史數據無法查詢的現象，通信中斷時，控制中心將無法監控和操作各站場和RTU閥室的遠控設備。長輸油氣管道通信中斷的主要原因包括：自然災害、第三方破壞、設備故障、電力故障，其余還包括光纜自然斷芯和通信閃斷等現象。其中，第三方施工是導致長輸油氣管道通信中斷的主要因素[3]。

2 通信中斷原因

2.1 第三方破壞

第三方破壞主要包括第三方施工時破壞光纜和農民農耕時挖斷光纜。主要原因包括如下幾方面：①第三方施工前沒有對現場作業人員進行專門的管道光纜保護安全技術交底，如果作業人員不知道施工地點埋有管道光纜，有可能會采取不恰當的施工方案，導致光纜保護措施不夠完善或者沒有落實到實處;②第三方施工人員安全意識不夠強，甚至在違章施工時存在嚴重的僥幸心理，或者不聽從光纜維護人員的勸阻而強行作業，不顧施工現場光纜的存在，隨意挪動、損壞光纜警示牌，隨意變更施工方案、施工范圍，最終造成光纜的破壞;③第三方施工單位的作業監管工作不完善，施工監理人員沒有履行維護施工地點光纜安全的職責，造成施工破壞光纜的事故;④管道光纜敷設時沒有按照圖紙進行施工，隨意改變光纜的施工位置。光纜敷設完成后，沒有正確的標注光纜警示樁，從而給施工人員造成誤導;⑤光纜維護人員巡護不到位，一些危害到光纜的施工沒有被及時的發現并處理，同時也沒有及時處理標識不清、缺失及位置錯誤的光纜警示樁，這些都會導致破壞光纜的事故發生;⑥由于歷史原因，一些光纜的走向及具體位置沒有清楚的記錄檔案，這樣也容易造成施工時破壞光纜的事故。

2.2 自然災害

管道自然災害引起的通信中斷事故原因主要包括天氣因素和凍脹融沉。有些管線所處地區降雨量偏多，地面河渠較多，雨雪、雷電等惡劣天氣經常出現，從而對光纜造成損壞，尤其當站場采用衛星進行通信數據傳輸時，惡劣天氣往往會使衛星小站偏離對星角度，降低衛星接收、發送電平，從而導致站場、閥室衛星網元脫網情況。閥室閥井如果積水太多也會對溫度、壓力變送器及可燃氣體探測器等設備正常工作構成嚴重的影響，如果這些遠傳儀表出現故障就會導致SCADA通信中斷。凍脹融沉主要影響東北地區的管線光纜。凍土是指0℃以下的一種對溫度極為敏感的土體介質，含有豐富的地下冰。東北地區復雜的地理環境極易發生凍脹融沉、崩塌、水毀沖蝕（塌岸）等地質災害[4]。地質災害發生時，可能會導致光纜受力不均產生不同方向的應力，從而導致直埋式光纜頻繁出現斷芯的現象，最終導致管道通信中斷。

2.3 電力故障

管道站場、閥室的燃油發電機、TEG發電機以及太陽能供電系統頻繁出現故障，同時部分閥室由單一方式進行供電，蓄電池容量嚴重不足，導致供電系統可靠性低，造成SCADA數據頻繁中斷。管道沿線自然環境復雜，因此電力維修作業一般需要比較長的時間，從而導致閥室、站場長時間的處于通信中斷的狀態。

一旦管道通信系統發生中斷故障，SCADA數據便不能及時更新，這種情況下，中控調度無法正常的監控管線的各種參數以及站場設備的運行情況，如果管道此時出現異常情況，很有可能會導致正在運行的設備損壞，管線出現憋壓、泄壓現象，嚴重時可能會出現泄漏、爆管、人員傷亡等重大事故，對管道的安全平穩運行造成極大的隱患。

3 通信中斷應對措施

3.1 加強對第三方施工單位的安全措施

首先，需要加強與第三方施工單位的信息溝通，建立通暢的信息交流平臺，全面做好信息的交接的工作，并針對重點區域進行巡查工作[5]。其次，建立管道光纜區域內施工單位的信息記錄，可以對各施工現場進行分層級管理，從作業技術以及管理程序上做好全方面的安全保障措施。再次，加強光纜巡護人員的管理工作，強化巡護人員的知識水平、巡護能力以及應對突發事故的能力，通過深刻分析各種事故發生的原因，從而加強巡護人員對光纜的保護能力。最后，應加強光纜保護的宣傳力度，可以將國家及企業的相關程序文件編制成手冊發給當地農民，提高公眾對光纜保護的安全意識和保護意識。

3.2 敷設特種光纜

為了防止自然災害尤其是凍脹融沉引起的通信中斷，可沿線敷設特種光纜，特種光纜采用不銹鋼護套外加一層線性低密度聚乙烯護層，7根鋁包鋼絲鎧裝，同時光纜敷設時應與管道底部平行或敷設在輸油管底位置，埋深一般在1.5-2.5m，穿越段達到3-4m，從而在雨季的時候防止雨水對光纜過渡的沖刷。

3.3 加強供電系統的維護

加大管線各地區對供電系統的維護工作，特別是閥室蓄電池的維護保養，應根據蓄電池的生命周期定期對其進行更新，同時具備條件的遠控閥室要引入外電確保數據傳輸正常。

4 結束語

綜上所述，第三方施工是導致長輸油氣管道通信中斷的主要因素，自然災害、電力故障也是影響通信數據正常傳輸的因素?；谕ㄐ胖袛喙收显颍疚奶岢隽巳N措施來解決通信中斷問題，即加強對第三方施工單位的安全措施、敷設特種光纜、加大各站場、閥室對供電系統的維護工作，特別是閥室蓄電池的維護保養。據此措施指導生產運行，可有效的減少通信中斷次數以及中斷時長。

參考文獻：

[1]趙權，劉翠玲.長輸管道SCADA系統的無線通信方法分析與改進[J].北京工商大學學報（自然科學版），2008（04）： 54-57.

[2]何兆洋，尚義，何麗萍，黎春，殷素娜.漠大原油管道SCADA通訊中斷原因及應對措施[J].油氣儲運，2014（05）： 52-55.

[3]朱平，龐旭，吳漫.高原地區埋地鋼制油氣管道風險評價模型研究[J].價值工程，2018（11）：25-28.

[4]馮少廣，張鑫，馬濤，李榮光，蔡永軍，陳朋超，馬云賓.漠大線多年凍土沼澤區管道融沉防治及溫度監測[J].油氣儲運，2014（05）：478-483+492.

[5]宋福樂.淺論第三方施工對燃氣管道及設施的預防破壞措施[J].中國石油和化工標準與質量，2013（11）：224.