赵鹏睿 李雨蒙

大庆油田第三采油厂规划设计研究所

随着油田多年的改造与数字化建设，基本上实现了现场以变送器类仪表检测为主、调节阀类仪表控制为辅，中控室以视频监控与自控画面相结合的集中监控模式[1-2]，较好地实现了生产过程的实时监控。智能仪表在日常运行中易受使用时间、环境、温度、湿度及负载的影响而产生不同的故障。智能仪表在油田中的常见故障可分为外界环境造成的故障和设备元件导致的故障两大类[3]。针对仪表故障类型进行分析，总结现场经验，整理出一套自控系统的日常维护办法，可以使管理者能够快速排查故障，提前预防故障，及时解决故障，提高自动化系统在油田的应用水平，使智能仪表的现场运行更加稳定。

1 常见故障类型及处理

1.1 外界环境造成的故障

1.1.1 雷击问题

夏季常出现雷雨天气，容易发生雷击事故。雷击会造成站内停电自控设备失效，还会损坏仪表，导致PLC模块击穿。维护办法：系统控制柜安装UPS电源；远传信号加装安全隔离屏蔽栅；对电气设备接地形成防雷接地保护；在建筑物屋角、屋脊等易受雷击部位敷设避雷针、金属网格等（图1）。

图1 污水罐加装避雷针Fig.1 Installation of lightning rod in sewage settling tanks

实例1：某注入站夜间遭遇雷击，造成全站停电，恢复供电后站内计算机监控画面无法显示现场运行数据，检查PLC控制柜有刺鼻气味，发现24 VDC电源有烧焦现象，经判断24 VDC电源因瞬间电压过大被烧毁。

处理办法：更换24 VDC电源，监控数据显示正常，注入站恢复正常生产。

1.1.2 腐蚀问题

仪表内元器件长期受雨水侵蚀易出现腐蚀现象。造成仪表腐蚀有以下几种因素：①管理疏忽因素，员工冬季捆绑仪表的保温层进入夏季未及时拆卸，这种保温层多采用毛毡棉布类物质，进入夏季雨水量大，仪表在潮湿环境下工作，易造成仪表腐蚀；②施工安装因素，一些桥架位置偏高，为安全起见多采用穿线管敷设电缆，雨水易经穿线管流入仪表内，导致仪表烧坏。

实例2：某联合站回收水泵房电磁流量计进水，怀疑流量计保养不当，雨水经穿线管渗入仪表内，导致仪表腐蚀损坏。

处理办法：对流量计进行防水防护处理，清洁表头内积水，更换腐蚀元件。

1.1.3 线路老化问题

数据传输线在长期运行过程中出现线路松动、端子虚接现象。仪表维修工作中应定期检查线路，紧固接线螺丝，确保数据传输正常。

实例3：某脱水转油站集中监控画面数据频繁丢失，现场仪表数据不能远传。排查故障原因，判断自控盘内以太网数据线接口松动，导致数据传输不正常。

处理办法：重新更换水晶头，并用网络电缆测试仪检验数据线的通断。

1.1.4 鼠患问题

集控室内常有老鼠咬断数据光缆的情况发生。这类问题常出现在夜间，遇到这种突发情况会造成值班人员无法查看远传数据。解决办法：施工配线时避免光缆经过员工生活区；电箱内光缆传输线穿管防护；准备备用电缆，当光缆被老鼠咬断时及时更换新线路恢复生产；站内安装捕鼠器去除鼠患。

实例4：某联合站夜班值班人员汇报集中监控系统注水岗数据丢失，仪表维修人员发现通信柜内光缆被老鼠咬断。

处理办法：更换被老鼠咬断光缆，对散放光缆进行穿管防护。

1.2 设备元件导致的故障

1.2.1 PLC控制模块故障

目前所有的智能仪表都选择PLC作为主要控制设备，所有仪表的数据采集、状态判别和控制输出都通过PLC技术实现[4-5]。经实践发现，自控系统发生的故障存在多样性和复杂性。有些系统存在过保现象，对于这类问题的维护办法是加强自控系统的管理，将系统下位程序进行备份，对重要参数安装数字显示仪表，工作人员可根据现场仪表进行安全生产[6]。

实例6：某注入站内单井母液流量信号的采集是通过Modbus 485模块进行收集的，当注入站由停产转为生产运行时出现了母液流量数据不能远传、执行器调节阀不动作的现象，经判断故障为Modbus 485模块死机造成。

处理办法：开启下位程序刷新Modbus 485模块，数据恢复正常（图2）。

图2 Modbus485模块Fig.2 Modbus485 module

实例7：某联合站现场员工汇报集中监控室注水岗数据丢失，信号无法远传，经过判断为西门子PLC系统的CPU模块故障。

处理办法：更换故障模块，重新组态，对系统内参数进行量程设定。

1.2.2 流量检测仪表故障

电磁流量计常见的故障有两种，一种是线路故障，另一种是现场流量与监控画面不符。维护办法可采用分段排除法，从仪表柜到现场仪表逆向排查；或者采用信号替代法，用信号源代替仪表发出标准4～20 mA信号，查看监控系统是否能接收数据。

实例8：某污水站监控系统总来液与现场仪表显示数据不符，由系统下位程序检测到液位量程指定错误。更改仪表正确量程，流量数据与实际流量数据显示一致。

处理办法：对更换的仪表重新进行量程指定，修改下位程序及时恢复生产。

1.2.3 压力、温度检测仪表故障

变送器的常见故障有内部模块故障、液晶显示屏故障、现场检测数据与远传数据不符等。维护方法：解决硬件问题需联系厂家更换，解决线路问题需采用分段排除法和信号替代法查找故障原因。

实例9：某中转站脱水加热炉出口压力故障，现场仪表没有显示，测量仪表24 VDC电源供电正常，压力表放空拆卸后，在无压情况下测量表输出数值为-0.04 MPa而不显示0 MPa，判断为仪表内部变送器模块故障。更换仪表变送器模块，数据传输正常。

1.2.4 盘装仪表故障

中间仪表包括盘装二次表、闪光报警器、安全栅、配电器、继电器等。常见的故障有：二次表死机、线路松动、数据丢失等。由于很多仪器、仪表使用时间过长，已经超出厂家保修时间，只能更换。

实例10：某转油站2#加热炉液位数字显示仪故障，显示液位高度3.85 m，现场实际液位为0.52 m，了解到站内前一天全站停电，怀疑二次表出现死机现象。

处理办法：找到仪表供电电源重新送电，数字显示仪表恢复正常（图3）。

1.2.5 电动阀、气动阀故障

电动阀故障常见有两种，一种是电动阀不动作，另一种是电动阀动作但没有反馈。维护办法是采用短接法查看信号是否传输到系统。气动阀常与变送器联锁，常见的故障有气动阀漏气、联锁不动作。维护办法是通过系统设定气动阀开度，逆向查找气动阀联锁故障；定期检查气动阀运行情况，查看气动阀是否漏气。

图3 二次表维修前后的液位Fig.3 Liquid level of the secondary table before and after maintenance

实例11：某污水站，22#滤罐反冲洗进口调动执行器故障，阀无法送电，保险跳断，故障原因为阀门电动机内进水而损坏。

处理办法：与厂家结合更换阀门电动机，22#滤罐恢复正常反冲洗。

2 仪表维护

仪表维护工作包括智能仪表内部原件的故障排查和系统程序、线路故障排查。

仪表内部出现故障时先查看说明书了解设备是了解设备的操作与使用方法。打开设备电路部分，对照电路图找到相应元器件进行测量，根据结果推测可能出现的故障，有针性地进行维修处理。

仪表线路故障可以根据仪表信号传输的方式分类进行处理：模拟量信号故障采用分段排除法或信号替代法进行处理；开关量信号故障采用短接法进行处理[7-8]。

模拟量输出信号分为两种，一种是两线制信号（压力、温度变送器、浮球液位计），一种是四线制信号（电磁流量计信号）。

（1）两线制信号指2根电缆即为供电线又是信号线。对于这类仪表的维护，首先判断配电器电源是否有电，配电器如果供电正常，可以选择信号替代法，利用信号源代替仪表发出标准4～20 mA电流带负载信号，诊断是线路故障还是程序故障。还可以用万用表测量法测量仪表供电电压，或者串接万用表测量仪表输出电流，判断仪表内部是否故障。

（2）四线制信号指电源线和信号线分开工作，信号直接从仪表传输给控制系统模块。对于这类信号故障的排查与两线制方法相同，可以采用替代法，用万用表串接测量仪表电流输出，再使用信号源替代仪表输出标准4～20 mA DC信号，对故障进行诊断（图4）。

图4 信号源替代法进行故障诊断Fig.4 Fault diagnosis by the signal source substitution method

开关量信号是指阀位的开关反馈、泵的启停控制等信号。其发生故障时首先用万用表测量现场仪表的供电电源是否出现故障，再用短接法短接信号，看系统是否能收到反馈，如果有反馈，则仪表内部有故障；如果没有反馈，再检查继电器是否动作。如果短接继电器不动作则为继电器故障；如果继电器动作再找供给系统DO模块的公共电源24 VDC是否有电，判断是否为线路故障或者是模块通道故障[9]。

3 结束语

（1）对不同类型仪表进行安全保护，可采取防雷接地、防腐防潮、电磁防护等措施，同时加强管理，延长智能仪表及自控系统使用寿命，减少经济损失。

（2）岗内重要参数应加装数字显示仪表或更换老旧现场仪表，若自控系统出现故障，远传信号丢失，工作人员可根据就地仪表参数进行安全生产。

（3）过保的站场进行程序备份，以方便系统的维护和升级。

（4）集中监控系统投入运行后维修、维护工作尤为重要，应提高自控专业人员的业务能力，加强技术培训，提高其编程、调试及诊断故障水平，有效地开展油田生产自动化系统的运行维护工作[10]。