從清管站電動閥門誤動作事件探討自控系統(tǒng)安全管理

宋麗明

國家管網(wǎng)集團(tuán)廣東省管網(wǎng)有限公司

摘要：輸氣站發(fā)生電動閥門誤動作，易導(dǎo)致生產(chǎn)停輸、系統(tǒng)憋壓或引發(fā)火災(zāi)爆炸。現(xiàn)對某輸氣站發(fā)生的一起典型電動閥門誤動作事件進(jìn)行討論，分析原因，實(shí)施優(yōu)化改進(jìn)措施，探討自控系統(tǒng)的安全與管理，以保障生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：清管站；電動閥門；誤動作；隔離鎖定

電動閥門作為輸氣站重要設(shè)施，有遠(yuǎn)程控制和就地控制兩種操作方式，其穩(wěn)定性是保障輸氣系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，為保護(hù)工藝系統(tǒng)、設(shè)備設(shè)施安全及防止誤操作，需要對未投運(yùn)的裝置設(shè)備和相關(guān)閥門實(shí)施隔離鎖定。2021年4月 1日0時37分許，某清管站遠(yuǎn)程自動控制電動閥發(fā)生誤打開事件，造成下游未投運(yùn)管段充壓，經(jīng)現(xiàn)場及時處置，未對生產(chǎn)安全造成影響。

1  清管站工藝流程及控制系統(tǒng)

1.1  清管站工藝簡介

該清管站于2021年3月投產(chǎn)，管道干線壓力約8.9 MPa，是一座RTU 控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的無人值守分輸站。功能主要為干線緊急截斷、放空及向某支干線分輸。由于支干線工程在建，考慮后續(xù)動火連頭安全風(fēng)險，暫未投用去支干線方向收發(fā)球筒及相關(guān)管段，工藝流程及壓力如圖 1所示。

此次誤動作電動閥門位號為 XV1103，誤動作前，站內(nèi)除干線氣液聯(lián)動閥 HV1101 處于全開狀態(tài)外，其他閥門均處于全關(guān)狀態(tài)。XV1103 誤開后， 使 XV1103 與 HV1102 閥后至 XV1204 與 XV1203 閥前之間約10米管段充壓。

1.2  RTU控制系統(tǒng)

清管站RTU控制系統(tǒng)型號為施耐德 SCADAPack535E。RTU監(jiān)控數(shù)據(jù)通過管道光纜及公網(wǎng)數(shù)字電路上傳至有人管理的上下游站場和調(diào)控中心。

有人管理站場及調(diào)控中心均使用阿克泰姆 ViewStar ICS SCADA 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，使用前置通訊服務(wù)器 RCI 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和協(xié)議轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)流向如圖 2所示。

圖 2 監(jiān)控數(shù)據(jù)流向圖

2  事件調(diào)查過程

2.1  SCADA系統(tǒng)事件記錄

通過查詢調(diào)控中心和上游分輸站的 SCADA 系統(tǒng)事件記錄，發(fā)現(xiàn)4月1日0點(diǎn)35分19秒起，SCADA 系統(tǒng)多次交替出現(xiàn)與 RTU 通訊中斷及通訊恢復(fù)事件記錄。0點(diǎn)37分07秒，記錄清管站閥門XV1103全開到位。但該時間段內(nèi)無遠(yuǎn)程下發(fā)開閥命令及其他相關(guān)操作事件記錄。

2.2  相關(guān)設(shè)備檢查

（1）閥門 XV1103 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)進(jìn)水，閥頭無異常顯示。

（2）配電設(shè)備 UPS沒有發(fā)現(xiàn)報警記錄。檢查時斷開市電輸入，UPS 自動切換至電池逆變輸出，工作狀態(tài)正常。

（3） RTU 機(jī)柜內(nèi)部連接線纜、開關(guān)電源、浪涌保護(hù)器、繼電器、斷路器、保險管等沒有發(fā)現(xiàn)故障。

（4）觸摸屏功能正常，并記錄到該時間段內(nèi)交替出現(xiàn)與 RTU 通訊中斷及通訊恢復(fù)事件。

2.3  RTU運(yùn)行核查

使用 RTU 軟件 SCADAPack E Configurator 上載運(yùn)行參數(shù)， RTU 記錄了電動閥XV1103 在誤開時段重啟。使用 Modscan 軟件查詢 RTU 寄存器數(shù)據(jù)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn) XV1103 開閥命令數(shù)據(jù)位仍處于置位狀態(tài)。

2.3  管理因素

投產(chǎn)結(jié)束后，閥門 XV1103未進(jìn)行隔離鎖定和斷電，處于遠(yuǎn)程關(guān)閉狀態(tài)。

3  原因分析

3.1  自控系統(tǒng)異常

（1）RTU功能結(jié)構(gòu)。清管站 RTU將功能分為相對獨(dú)立的兩部分，即完成數(shù)據(jù)通訊和邏輯編程，分別使用 SCADAPack E Configurator 和 SCADAPack Workbench 兩個軟件進(jìn)行配置和編程。如圖 3所示，數(shù)據(jù)在通訊部分和邏輯編程部分的傳送，讀、寫是單向的。讀、寫函數(shù)配置完成后，不能對同一地址點(diǎn)既讀又寫。

測試表明，RTU 重啟時內(nèi)部數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)值是保持不變的。即如果內(nèi)部數(shù)據(jù)點(diǎn)重啟前為1 ，RTU 重啟后將仍為1 。但是，程序變量在 RTU 重啟時將自動初始化為零，再由RTU_BIN_READ 讀函數(shù)進(jìn)行賦值。此時該變量將產(chǎn)生由0到1的數(shù)值改變，程序?qū)⑴袛酁榈玫娇刂泼�令。因此，如�?RTU 重啟前控制命令對應(yīng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)點(diǎn)為1，重啟時，程序?qū)⒃俅螆?zhí)行此控制命令。

（2）SCADA 系統(tǒng)控制命令。調(diào)控中心及有人管理站場的操作員在控制面板點(diǎn)擊閥門操作命令后，通過 IEC104 協(xié)議發(fā)送給通訊服務(wù)器 RCI，RCI進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，再通過 Modbus TCP 協(xié)議向 RTU 發(fā)送指令。一個開閥命令操作，SCADA實(shí)際向 RTU 發(fā)出兩條指令，前一條對命令點(diǎn)進(jìn)行置位、延時，再發(fā)出一條對命令點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位。實(shí)際操作中，發(fā)出開閥命令點(diǎn)擊“確定”按鈕或“應(yīng)用”按鈕后，RTU按置位、延時、復(fù)位執(zhí)行指令。

如果操作員點(diǎn)擊“確定”或“應(yīng)用”按鈕，又在延時期間內(nèi)點(diǎn)擊“取消”按鈕，則控制面板窗體將關(guān)閉，不會執(zhí)行指令。如果下發(fā)命令時恰遇網(wǎng)絡(luò)中斷或擁塞，也可能致使第二條復(fù)位指令無法送達(dá)。

3.2  事件原因

SCADA 系統(tǒng)對上一次XV1103遠(yuǎn)程開閥的操作命令未復(fù)位，在RTU異常重啟時，控制程序再次獲取該閥未復(fù)位開閥命令，閥門開啟。判斷RTU異常重啟可能為軟件看門狗重置所致。此外，現(xiàn)場人員未對XV1103進(jìn)行隔離鎖定，也未切斷動力電源實(shí)現(xiàn)硬隔離。

4  系統(tǒng)優(yōu)化與管理改進(jìn)

4.1  系統(tǒng)優(yōu)化措施

（1）RTU和SCADA功能優(yōu)化。為將命令點(diǎn)異常狀態(tài)及時反饋給 SCADA系統(tǒng)，擬在 RTU增加閥門開、關(guān)控制命令異常狀態(tài)判斷程序。如果延時6 秒后命令仍未復(fù)位，則報警上傳至 SCADA系統(tǒng)。在操作面板增加命令點(diǎn)異常狀態(tài)顯示，以紅色指示燈警示并發(fā)出告警。

（2）通訊服務(wù)器 RCI 功能優(yōu)化。為提高開閥命令、關(guān)閥命令復(fù)位的可靠性，將 RCI 中 SCADA 軟件對 RTU 下發(fā)的開閥命令、關(guān)閥命令設(shè)置為自復(fù)位類型，主動進(jìn)行復(fù)位。

4.2  管理改進(jìn)措施

（1）對自控系統(tǒng)進(jìn)行全面系統(tǒng)檢查和參與新項(xiàng)目的驗(yàn)收工作，減少經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)能力不足無法識別設(shè)備隱患的情況。舉一反三，避免控制系統(tǒng)不完善導(dǎo)致其他站場出現(xiàn)類似誤動作事件發(fā)生。

（2）對站場閥室與新建工程、未投運(yùn)管線間的隔離閥門的系統(tǒng)鎖定、能量隔離、現(xiàn)場上鎖等情況進(jìn)行全面排查，做到應(yīng)鎖盡鎖、應(yīng)斷盡斷，并建立現(xiàn)場隔離閥門位號、照片等相關(guān)信息臺賬，定期更新及時上報調(diào)控中心及管理部門。

作者簡介：宋麗明，1989年生，工程師，現(xiàn)為國家管網(wǎng)集團(tuán)廣東省管網(wǎng)有限公司汕頭管理處生產(chǎn)科高級主管，主要從事天然氣長輸管道生產(chǎn)管理工作。聯(lián)系方式：15920399195，songlm@gdngg.com.cn。