SCADA系统在燃气管网地震紧急处置中的应用研究

孟于飞,郭恩栋,刘红丽

(中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨 150080)

燃气管网的地震破坏有时会导致火灾、爆炸等严重的次生灾害。城市中的燃气管网系统若能具备地震预警及紧急处置功能,在地震来临时及时采取自动关闭燃气供应阀门等紧急处置措施,可以避免或减少管道破裂后燃气泄漏造成的次生灾害的发生。目前城市的燃气管网一般采用SCADA(supervisory control and data acquisition,监视控制与数据采集)系统进行燃气输配调度管理,若能将SCADA系统在日常管理调度方面的应用与地震紧急处置技术相结合,形成城市燃气管网的地震紧急处置及监测系统,可以达到减轻灾害损失的目的。

分析SCADA系统和地震紧急处置系统两者的结构可知,两者都设有控制分析处理中心,地震应急响应快速评估系统与震后地震趋势判断系统是地震紧急处置系统中的核心,地震紧急处置系统中烈度、强震观测信息和地震现场系统同SCADA系统的监控参数类似,均来自监测现场。所以,两个系统的原理是相似的,均是将现场采集来的信息发送给控制中心,经过控制中心分析判断后,给现场发送相应的控制指令。在通讯方面,可以将远程终端装置采集来的信号和其他终端装置采集来的信号,通过不同的数据传输通道,以同样的通讯方式发送给中心控制室,两者之间不会产生冲突。由此可知,SCADA系统与地震应急系统的原理类似,所以在现有SCADA系统的基础上加入地震信息处理模块开发地震紧急处置系统是可行的。

SCADA系统由设置在控制中心的主计算机系统(MTU)、被控站的远程终端装置(RTU)及数传通道三大部分组成。在城市燃气管网的地震紧急处置系统中,远程终端装置可采用强震仪或烈度计,传输系统可使用SCADA系统原有的通讯系统,将编制的地震信息处理程序,通过第三方程序接口加入控制中心的主控程序中,按照SCADA系统原有的I/O寻址方式,寻找地震信息I/O模块,按照SCADA系统原有的梯级递增的方向逐个梯级扫描执行主控程序。

SCADA系统与地理信息系统(GIS)结合可实现对城市燃气管网的监控。监控方式如下:在地理信息系统中建立显示传感器位置的数据图层,GIS数据的获得可以从SCADA系统的主控PLC(可编程控制器)实时数据库中获取实时数据,这样GIS的地图界面上的数据可以实时更新;将系统管理单元数字化形成相应的图层,作为引用的导航入口,点击这些管理单元,直接调用SCADA系统主控PLC软件生成的监控画面,由主控PLC来完成相应的数据监测、流程画面、报表、曲线分析等功能。

当地震来临时,由于P波传播速度快于更具破坏性的S波,各远程终端装置在侦测到P波到达后,立即将讯息发送至控制中心,控制中心通过震害快速评估,大致估计地震的震级和方位等参数,并综合考虑各远程终端处管线的重要性及抗震性能,进行智能判断,确定各处的供气阀门是否关闭,并将指令发送至远程终端执行,在S波到来前完成紧急处置,以保证安全,且不影响重要管线的正常输送。

综上所述,SCADA系统与地震紧急处置系统具有较好的兼容性。在不妨碍SCADA系统原有的使用功能基础上,加入地震监测模块和震害快速评估模块,可以对城市燃气管网进行震害快速评估,必要时发布指令启动应急控制装置,实现燃气供应设施地震监测及紧急处置,控制次生灾害的发生,保障人民群众的生命和财产安全。