水击超前保护系统分析与设计.docx

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水击超前保护系统分析与设计

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摘要:本文阐述水击对输油管线带来的危害，以及东黄复线水击产生的原因和风险分析。对东黄复线水击超前保护系统进行了分析，详细论述了水击超前保护系统的软硬件设计。在依托现有站控PLC系统的基础上，提出了一套完整的密闭输油管线水击超前保护的理论和设计方案。

关键词:水击?超前保护SCADA系统?PLC系统

一、问题分析

1.1水击保护基本原理

东黄复线沿线各站及潍坊调控中心已经全面实现基于计算机技术、通信技术以及自动化技术的SCADA系统(系统控制与数据采集)，利用东黄复线的SCADA系统以及生产网络，建立一个基于PLC（可编程逻辑控制器）系统和计算机系统的水击超前保护系统。

水击超前保护系统在水击发生时用提前停泵的方法进行超前保护，从而保护全线管道和设备。即在某站突然停泵或者干线阀门突然关断时，水击超前保护系统自动向水击发生的输油站的上、下站下达停泵指令的电信号，由于电信号传播的速度远远大于水击波传播的速度（约1km/s），水击超前保护系统可以在水击波到达上、下站之前发出指令停泵，产生减压波来消除水击发生站产生的水击增压波，从而达到保护管道和设备的目的。

1.2水击产生条件

(1)紧急停泵

输油管线或沿线各中间站突发事故，由人工触发执行输油泵组紧急停泵，当输油泵全停时触发水击。

(2)联锁停泵

输油站出站、泵入口汇管、泵出口汇管压力超过或低于顺序跳泵值联锁停泵执行顺序停泵；输油泵泵体参数超限联锁停泵均执行单泵紧急停泵，采集的运行参数高于联锁设定值；汇管管线压力超过全停跳泵值执行输油泵全跳泵；输油站发生电气故障时并输油泵全部紧急停泵时；均可触发水击。

上述联锁停泵保护除压力开关硬线跳泵以及来自变电所的电气故障、母线电压低外，均设置联锁保护软开关。软开关投用，联锁有效，软开关摘除，联锁无效。

二、方案设计

2.1水击超前保护系统功能设计

东黄复线水击保护系统配置原则：正常情况下，沿线各站的水击保护数据直接汇聚到水击保护系统所在站，作为主用数据传输通道，设置站场和调控中心路由配置。根据东黄复线水击超前保护系统操作策略以及运行的要求，东黄复线水击超前保护系统具备以下功能：

（1）进行“黄岛-广饶-齐鲁”、“黄岛-广饶-东营”运行工况的设定。东黄复线在运行工况发生改变时，由潍坊处水击超前保护系统操作员工作站根据当前运行工况设定，同时，水击超前保护系统的执行策略也随之进行切换，避免错误的水击保护动作发生。

（2）满足条件自动触发程序，水击系统触发程序在执行过程中任何步骤中各个监测点的状态均触发报警并写入报警历史记录，并继续执行下一步，这样有利于水击超前保护动作发生停泵时进行原因分析。

（3）由于水击超前保护基于黄岛油库与潍坊处各站之间的生产网通讯系统，水击保护系统应能自动判断黄岛油库与各站间的通讯状态。当发生通讯故障时，自动屏蔽该站水击保护功能并在潍坊处调度室的操作员站上进行报警，待通讯恢复后自动开启水击保护功能。

（4）当发生水击超前保护动作发出停泵指令引发东黄复线全部跳泵后，系统应对引发水击动作的检测参数的数据和状态进行锁定，由潍坊处值班调度人员进行复位操作后才可以恢复运行。

（5）各站进站压力水击超前保护设定值可集成到原站控上位机上，在站控SCADA系统中增操作界面，在操作界面中增设本站“投用/解除”水击超前保护的软限位开关。

（6）当沿线各站的水击信号源触发后，都需要延时2s后执行下一步逻辑，以消除数据采集异常带来的水击误动作。

（7）输油泵事故全停的逻辑判断：站内停电，变电所开关柜出线侧母线电压一般为6kV，通过485通讯的方式把母线电压采集的站控PLC上，一般认为母线电压5kV，就判断为发生停电，把变电所停电的判定条件为0kV母线电压5KV，同时所有运行泵由运行状态变为停止状态。

2.2系统硬件设计

东黄复线沿线各站都是采用施耐德电气ModiconQuantum（昆腾）PLC作为站控SCADA系统的PLC系统，中心控制器是支持热备冗余的CPU。该PLC系统具备以下特点：

如果出现影响主PLC的意外故障，备用系统自动接管，应用程序的执行和I/O的控

制将转换到拥有必威体育精装版数据的备用PLC。

运行工艺的数据的采集和控制都是通过安装在远程机架上的I/O模块的方式进行。

由于昆腾系列PLC在性能上的诸多优点，对热备冗余的全方位支持，并考虑到PLC系统的兼容性以及数据处理的效率，东黄复线水击超前保护系统新增一套PLC系统,水击PLC利用部署在本地机架上的NOE模块，通过以太网的方式分别与黄岛油库、中间站以及东营站的站控PLC系统进行数据交换和命令控制。

因为东黄复线沿线各站的水击信号的采集及