從清管站電動閥門誤動作事件探討自控系統安全管理

宋麗明

國家管網集團廣東省管網有限公司

 

摘要：輸氣站發生電動閥門誤動作，易導致生產停輸、系統憋壓或引發火災爆炸。現對某輸氣站發生的一起典型電動閥門誤動作事件進行討論，分析原因，實施優化改進措施，探討自控系統的安全與管理，以保障生產平穩運行。

關鍵詞：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施，有遠程控制和就地控制兩種操作方式，其穩定性是保障輸氣系統安全運行的關鍵。在生產運行過程中，為保護工藝系統、設備設施安全及防止誤操作，需要對未投運的裝置設備和相關閥門實施隔離鎖定。2021年4月 1日0時37分許，某清管站遠程自動控制電動閥發生誤打開事件，造成下游未投運管段充壓，經現場及時處置，未對生產安全造成影響。

1  清管站工藝流程及控制系統

1.1  清管站工藝簡介

該清管站于2021年3月投產，管道干線壓力約8.9 MPa，是一座RTU 控制系統遠程監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，考慮后續動火連頭安全風險，暫未投用去支干線方向收發球筒及相關管段，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，站內除干線氣液聯動閥 HV1101 處于全開狀態外，其他閥門均處于全關狀態。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

清管站RTU控制系統型號為施耐德 SCADAPack535E。RTU監控數據通過管道光纜及公網數字電路上傳至有人管理的上下游站場和調控中心。

有人管理站場及調控中心均使用阿克泰姆 ViewStar ICS SCADA 軟件進行數據采集和監控，使用前置通訊服務器 RCI 實現數據通訊和協議轉換，數據流向如圖 2所示。

圖 2 監控數據流向圖

2  事件調查過程

2.1  SCADA系統事件記錄

通過查詢調控中心和上游分輸站的 SCADA 系統事件記錄，發現4月1日0點35分19秒起，SCADA 系統多次交替出現與 RTU 通訊中斷及通訊恢復事件記錄。0點37分07秒，記錄清管站閥門XV1103全開到位。但該時間段內無遠程下發開閥命令及其他相關操作事件記錄。

2.2  相關設備檢查

（1）閥門 XV1103 電動執行機構未發現進水，閥頭無異常顯示。

（2）配電設備 UPS沒有發現報警記錄。檢查時斷開市電輸入，UPS 自動切換至電池逆變輸出，工作狀態正常。

（3） RTU 機柜內部連接線纜、開關電源、浪涌保護器、繼電器、斷路器、保險管等沒有發現故障。

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

2.3  RTU運行核查

使用 RTU 軟件 SCADAPack E Configurator 上載運行參數， RTU 記錄了電動閥XV1103 在誤開時段重啟。使用 Modscan 軟件查詢 RTU 寄存器數據狀態，發現 XV1103 開閥命令數據位仍處于置位狀態。

2.3  管理因素

投產結束后，閥門 XV1103未進行隔離鎖定和斷電，處于遠程關閉狀態。

3  原因分析

3.1  自控系統異常

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

測試表明，RTU 重啟時內部數據點的數值是保持不變的。即如果內部數據點重啟前為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 讀函數進行賦值。此時該變量將產生由0到1的數值改變，程序將判斷為得到控制命令。因此，如果 RTU 重啟前控制命令對應的內部數據點為1，重啟時，程序將再次執行此控制命令。

（2）SCADA 系統控制命令。調控中心及有人管理站場的操作員在控制面板點擊閥門操作命令后，通過 IEC104 協議發送給通訊服務器 RCI，RCI進行協議轉換，再通過 Modbus TCP 協議向 RTU 發送指令。一個開閥命令操作，SCADA實際向 RTU 發出兩條指令，前一條對命令點進行置位、延時，再發出一條對命令點進行復位。實際操作中，發出開閥命令點擊“確定”按鈕或“應用”按鈕后，RTU按置位、延時、復位執行指令。

如果操作員點擊“確定”或“應用”按鈕，又在延時期間內點擊“取消”按鈕，則控制面板窗體將關閉，不會執行指令。如果下發命令時恰遇網絡中斷或擁塞，也可能致使第二條復位指令無法送達。

3.2  事件原因

SCADA 系統對上一次XV1103遠程開閥的操作命令未復位，在RTU異常重啟時，控制程序再次獲取該閥未復位開閥命令，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，現場人員未對XV1103進行隔離鎖定，也未切斷動力電源實現硬隔離。

4  系統優化與管理改進

4.1  系統優化措施

（1）RTU和SCADA功能優化。為將命令點異常狀態及時反饋給 SCADA系統，擬在 RTU增加閥門開、關控制命令異常狀態判斷程序。如果延時6 秒后命令仍未復位，則報警上傳至 SCADA系統。在操作面板增加命令點異常狀態顯示，以紅色指示燈警示并發出告警。

（2）通訊服務器 RCI 功能優化。為提高開閥命令、關閥命令復位的可靠性，將 RCI 中 SCADA 軟件對 RTU 下發的開閥命令、關閥命令設置為自復位類型，主動進行復位。

4.2  管理改進措施

（1）對自控系統進行全面系統檢查和參與新項目的驗收工作，減少經驗與專業能力不足無法識別設備隱患的情況。舉一反三，避免控制系統不完善導致其他站場出現類似誤動作事件發生。

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

 

作者簡介：宋麗明，1989年生，工程師，現為國家管網集團廣東省管網有限公司汕頭管理處生產科高級主管，主要從事天然氣長輸管道生產管理工作。聯系方式：15920399195，songlm@gdngg.com.cn。