油气管道通信网络中断原因及应对措施

郭霄杰

摘 要：油气管道SCADA控制系统是管道安全运行的重要保障，作为承载SCADA业务的管道通信网络一旦中断，将对管道的安全运行造成严重的威胁。本文基于油气管道的生产运行特点，分析讨论了管道通信网络中断的原因，指出网络中断的主要原因为第三方破坏、自然灾害以及电力故障。为了减少通信中断频次，并结合油气管道运行现状，本文提出了三项通信网络中断的解决措施，以为今后油气管道通信网络维护提供理论基础。

关键词：SCADA;通信中断;第三方破坏;自然灾害

0 引言

随着国家能源战略的发展，我国长输油气管道建设规模不断扩大，里程数不断增长，管道自动化水平也在朝着更先进、更完善的方向发展，同时，管道安全运行也越来越受到重视。目前，油气管道行业普遍采用“监控与数据采集系统（supervisory control and data acquisition，SCADA）”

对管道进行自动监控，SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统[1]。SCADA系统可以监视和控制具备远控功能的站场和阀室设备，从而能够及时准确的判断事故点，最终达到安全生產的目的。通信系统作为SCADA的载体一旦发生故障将会导致业务中断，对管道的安全运行造成严重的威胁。基于此，本文讨论了长输油气管道通信中断的原因，并提出了有效的解决措施。

1 油气管道通信网络架构

SCADA系统一般由控制中心、管道站场和RTU阀室的远程终端PLC组成。各站场和RTU阀室与控制中心之间采用的主用通信方式为基于SDH的光传输通信系统，而备用通信方式多以卫星通信和公网通信方式为主，主、备用通信链路同时构成了一个具有环形结构的管道通信网络，从而实现了输油气管道通信业务的冗余传输[2]。

当SCADA系统通信链路中的某一点中断时，所承载的业务数据可以从中断点处反向传输到汇聚点，然后通过备用路由传输到控制中心，从而使中控调度人员能够实时的对管道站场设备进行监控和操作管理。

SCADA通信中断是指由于系统自身或数据链路故障导致的设备数据无法实时更新、历史数据无法查询的现象，通信中断时，控制中心将无法监控和操作各站场和RTU阀室的远控设备。长输油气管道通信中断的主要原因包括：自然灾害、第三方破坏、设备故障、电力故障，其余还包括光缆自然断芯和通信闪断等现象。其中，第三方施工是导致长输油气管道通信中断的主要因素[3]。

2 通信中断原因

2.1 第三方破坏

第三方破坏主要包括第三方施工时破坏光缆和农民农耕时挖断光缆。主要原因包括如下几方面：①第三方施工前没有对现场作业人员进行专门的管道光缆保护安全技术交底，如果作业人员不知道施工地点埋有管道光缆，有可能会采取不恰当的施工方案，导致光缆保护措施不够完善或者没有落实到实处;②第三方施工人员安全意识不够强，甚至在违章施工时存在严重的侥幸心理，或者不听从光缆维护人员的劝阻而强行作业，不顾施工现场光缆的存在，随意挪动、损坏光缆警示牌，随意变更施工方案、施工范围，最终造成光缆的破坏;③第三方施工单位的作业监管工作不完善，施工监理人员没有履行维护施工地点光缆安全的职责，造成施工破坏光缆的事故;④管道光缆敷设时没有按照图纸进行施工，随意改变光缆的施工位置。光缆敷设完成后，没有正确的标注光缆警示桩，从而给施工人员造成误导;⑤光缆维护人员巡护不到位，一些危害到光缆的施工没有被及时的发现并处理，同时也没有及时处理标识不清、缺失及位置错误的光缆警示桩，这些都会导致破坏光缆的事故发生;⑥由于历史原因，一些光缆的走向及具体位置没有清楚的记录档案，这样也容易造成施工时破坏光缆的事故。

2.2 自然灾害

管道自然灾害引起的通信中断事故原因主要包括天气因素和冻胀融沉。有些管线所处地区降雨量偏多，地面河渠较多，雨雪、雷电等恶劣天气经常出现，从而对光缆造成损坏，尤其当站场采用卫星进行通信数据传输时，恶劣天气往往会使卫星小站偏离对星角度，降低卫星接收、发送电平，从而导致站场、阀室卫星网元脱网情况。阀室阀井如果积水太多也会对温度、压力变送器及可燃气体探测器等设备正常工作构成严重的影响，如果这些远传仪表出现故障就会导致SCADA通信中断。冻胀融沉主要影响东北地区的管线光缆。冻土是指0℃以下的一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。东北地区复杂的地理环境极易发生冻胀融沉、崩塌、水毁冲蚀（塌岸）等地质灾害[4]。地质灾害发生时，可能会导致光缆受力不均产生不同方向的应力，从而导致直埋式光缆频繁出现断芯的现象，最终导致管道通信中断。

2.3 电力故障

管道站场、阀室的燃油发电机、TEG发电机以及太阳能供电系统频繁出现故障，同时部分阀室由单一方式进行供电，蓄电池容量严重不足，导致供电系统可靠性低，造成SCADA数据频繁中断。管道沿线自然环境复杂，因此电力维修作业一般需要比较长的时间，从而导致阀室、站场长时间的处于通信中断的状态。

一旦管道通信系统发生中断故障，SCADA数据便不能及时更新，这种情况下，中控调度无法正常的监控管线的各种参数以及站场设备的运行情况，如果管道此时出现异常情况，很有可能会导致正在运行的设备损坏，管线出现憋压、泄压现象，严重时可能会出现泄漏、爆管、人员伤亡等重大事故，对管道的安全平稳运行造成极大的隐患。

3 通信中断应对措施

3.1 加强对第三方施工单位的安全措施

首先，需要加强与第三方施工单位的信息沟通，建立通畅的信息交流平台，全面做好信息的交接的工作，并针对重点区域进行巡查工作[5]。其次，建立管道光缆区域内施工单位的信息记录，可以对各施工现场进行分层级管理，从作业技术以及管理程序上做好全方面的安全保障措施。再次，加强光缆巡护人员的管理工作，强化巡护人员的知识水平、巡护能力以及应对突发事故的能力，通过深刻分析各种事故发生的原因，从而加强巡护人员对光缆的保护能力。最后，应加强光缆保护的宣传力度，可以将国家及企业的相关程序文件编制成手册发给当地农民，提高公众对光缆保护的安全意识和保护意识。

3.2 敷设特种光缆

为了防止自然灾害尤其是冻胀融沉引起的通信中断，可沿线敷设特种光缆，特种光缆采用不锈钢护套外加一层线性低密度聚乙烯护层，7根铝包钢丝铠装，同时光缆敷设时应与管道底部平行或敷设在输油管底位置，埋深一般在1.5-2.5m，穿越段达到3-4m，从而在雨季的时候防止雨水对光缆过渡的冲刷。

3.3 加强供电系统的维护

加大管线各地区对供电系统的维护工作，特别是阀室蓄电池的维护保养，应根据蓄电池的生命周期定期对其进行更新，同时具备条件的远控阀室要引入外电确保数据传输正常。

4 结束语

综上所述，第三方施工是导致长输油气管道通信中断的主要因素，自然灾害、电力故障也是影响通信数据正常传输的因素。基于通信中断故障原因，本文提出了三种措施来解决通信中断问题，即加强对第三方施工单位的安全措施、敷设特种光缆、加大各站场、阀室对供电系统的维护工作，特别是阀室蓄电池的维护保养。据此措施指导生产运行，可有效的减少通信中断次数以及中断时长。

参考文献：

[1]赵权，刘翠玲.长输管道SCADA系统的无线通信方法分析与改进[J].北京工商大学学报（自然科学版），2008（04）： 54-57.

[2]何兆洋，尚义，何丽萍，黎春，殷素娜.漠大原油管道SCADA通讯中断原因及应对措施[J].油气储运，2014（05）： 52-55.

[3]朱平，庞旭，吴漫.高原地区埋地钢制油气管道风险评价模型研究[J].价值工程，2018（11）：25-28.

[4]冯少广，张鑫，马涛，李荣光，蔡永军，陈朋超，马云宾.漠大线多年冻土沼泽区管道融沉防治及温度监测[J].油气储运，2014（05）：478-483+492.

[5]宋福乐.浅论第三方施工对燃气管道及设施的预防破坏措施[J].中国石油和化工标准与质量，2013（11）：224.