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油田SCADA系统报警优化研究

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  [摘 要]油田SCADA报警系统,即油田数据采集与油田监视控制报警系统,是以计算机为基础的油田生产过程控制与油田调度自动化报警系统,包括通信、仪器和计算机软件报警系统。SCADA系统独有的油田专业化报警设计和油田体系结构保证了油气田开发、生产整个生命周期的高效、经济运行。基于此,本文主要研究油田SCADA系统报警优化的方法,以减少油田SCADA系统无效报警数量,提升油田报警识别率和处置率。
  [关键词]油田SCADA系統;报警优化;参数
  doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.14.051
  [中图分类号]F270.7;TE938 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194(2020)14-0-04
  1      优化SCADA系统报警功能
  1.1   开发SCADA系统报警界面,优化参数设置
  在SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监视控制)系统开发报警参数设置界面(图1),通过单个数据点位“长周期、大数据”展现和“极限最大、最小值”自动查找界面,结合“仪表测量合理系数”设置算法,帮助员工更快速、更合理地确定偏差报警上、下限数值。
  1.2   完善SCADA数据统计功能,支撑管理考核
  在SCADA系统新增报警数据统计功能,界面如图2所示,实现报警总条数、确认条数、确认率自动筛查和自动计算,为SCADA系统报警功能指标化管理、考核提供支撑。
  1.3   规范报警功能管理,健全事件管理记录
  为确保自控系统安全、可靠运行,中国石油长庆油田分公司第六采油厂以2019年发布的《第六采油厂SCADA系统报警参数设置指导意见》相关要求为基础,将SCADA系统报警参数设置权限“回收”至作业区调控中心,由调控中心账号统一设置报警参数,并在SCADA系统“事件管理模块”中新增报警参数设置记录功能,界面如图3所示,确保SCADA操作“有规可依,有迹可查”。
  2     开发外输联动报警,减少无效报警条数
  针对间输站点启停输过程中,外输瞬时流量、外输压力落零产生无效报警条数较多的情况,优化报警逻辑,开发联动报警功能,实现停输后外输瞬时流量、外输压力低限报警开关自动关闭的功能,进一步减少无效报警条数。
  3     油田SCADA系统报警存在的问题和解决途径
  3.1   典型问题:报警判断逻辑问题,无法消除无效报警
  在解决间输站点输油泵启停产生无效报警的过程中,原定根据输油泵状态关联外输瞬时流量与外输压力两个报警点位,实现启泵后输油瞬时流量、外输压力低限报警开关自动打开,停泵后输油瞬时流量、外输压力低限报警开关自动关闭功能,避免产生无效报警信息,其中,图4是输油管线运行特征曲线。此控制逻辑在全厂推广应用,但此过程中,部分站点依然在启停泵过程中,产生无效报警。即:①启泵过程中,管线介质充满慢、上压慢的站点,SCADA系统频繁触发外输瞬时流量、外输压力低限报警;②停泵过程中,管线介质排空快、压力下降快的站点,SCADA系统频繁触发外输瞬时流量、外输压力低限报警。
  通过对输油泵运行频率、输油排量、输油压力进行时域化分析,发现存在以下问题。①启泵过程中,变频器存在加速时间,各站介质黏度(温度)不同、机泵工况不同、加速时间不同、排量上升到正常输油所需时间不同。变频器加速初期,排量无法瞬间高于外输流量低限报警界限值,SCADA系统低限报警的现象频繁,联动报警未能发挥预期效果。②停泵过程中,一是变频器存在减速时间,排量具有逐渐下降特征(防止电机惯性回转,产生发电发热现象,继而烧毁变频器),减速过程中,泵排量小于外输瞬时流量低限报警设定值时,SCADA系统频繁触发瞬时流量低限报警;二是自变频器停止命令发出后,直至变频器减速完成,输油泵状态由运行转为停止,减速期间排量小,甚至到低限报警界限,SCADA系统频繁触发报警,联动报警未能发挥预期效果。其中,运行数据对应报警触发关系如图5所示。③受SCADA系统性能影响,部分数据采集频率不一,无法对快速变化的数据进行高频次、高密度采集和记录归档,不能满足基于数据快速变化的联动报警。综上所述,使用变频器的情况下,仅靠输油泵状态联动外输瞬时流量、外输瞬时压力的方法不严谨,且局限性大。
  3.2   解决方法:多设备多参数联动,彻底过滤无效报警
  结合作业区集油管线运行特点及数字化管理应用水平,选取胡43增、胡48增、胡49增为实验站点,找到实验站点地形及输油关系(图6),开展报警深度优化。其中,选取的3种不同的输油管线运行特征曲线如图7所示。具体解决思路是:①将管线分为“停泵后,外输瞬时流量归零,外输压力不归零”和“停输后,外输瞬时流量、外输压力全部归零”两种模型,分别进行处理;②间输站点输油泵运行频率一致,需要结合作业区集油管线运行特点,提高数字化管理应用水平。
  针对多设备多参数联动,利用相关系统(图8)彻底过滤无效报警中出现的一些状态,避免油田SCADA系统报警产生以下情况。①如果油田SCADA系统报警出现自动关闭的情况,需要分析站点缓冲罐液位≤关低限报警液位设定值(该值为停输油泵液位设定值1~3cm)状态,分析与处理外输瞬时流量低限报警的开关自动关闭情况。低限偏差报警关闭期间,需要缓解输油泵出口压力,减少外输瞬时流量,避免产生低限报警信息。②如果油田SCADA系统报警出现自动开启的情况,需要确认外输瞬时流量低限值,因为当站点任意一台输油泵运行频率≥正常输油频率(需根据运行现状设置界限值)时,外输瞬时流量低限报警开关自动开启。低限偏差报警开启期间,该站输油泵出口压力、外输瞬时流量将根据实时运行数据产生数据、产生低限偏差报警信息等。   3.3   解决效果
  经胡43增、胡48增、胡49增实验验证,避免了启停输触发的无效报警,胡49增24小时内仅产生了1条报警信息。图9详细分析了实验站点胡49增报警優化结果。
  4     结 语
  本文按照《第六采油厂2020年报警优化技术说明文档》相关内容,结合中国石油长庆油田分公司第六采油厂的运维现状,前期开展SCADA系统相关报警优化工作,后期根据应用需求,适时开展设计PLC部分的联动报警优化工作。
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