無人值班變電站指紋識別操作登錄系統(tǒng)的應用

摘要 隨著變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展，變電站已經(jīng)實現(xiàn)了少人值班或無人值班。文章敘述了操作員使用指紋識別方式遙控、遙調(diào)操作登錄的無人值班變電站管理方法，使得操作員及監(jiān)護員在操作過程中按照操作及安全監(jiān)護方式要求準確操作，提高了SCADA系統(tǒng)應用程序的嚴密性和完整性，加快了操作員、監(jiān)護人的響應速度，增強了SCADA系統(tǒng)處理能力，提高了電網(wǎng)安全運行水平。

關鍵詞 變電站 自動化無人值班 調(diào)度自動化指紋

1 概述

電力監(jiān)控系統(tǒng)中的遙控、遙調(diào)操作是保障電網(wǎng)正常運行的重要工作，在電力SCADA系統(tǒng)(SupervisoryControl and Data Acquisition英文的縮寫，其含義是監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))中，通常的遙控、遙調(diào)操作登錄采用密碼輸入或者刷智能信息卡的方式與SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)。其在安全級別與遙控、遙調(diào)響應時間，要求在嚴謹與快捷的監(jiān)控中心SCADA系統(tǒng)中，為防止系統(tǒng)操作員與監(jiān)護人在登錄操作的過程中使用公用密碼或他人密碼進行登錄；防止操作登錄過程中使用他人智能卡進行代刷卡驗證工作，而產(chǎn)生遙控、遙調(diào)操作登錄的不嚴謹及操作、監(jiān)護的職能濫用；防止由于鍵盤輸入較慢而影響命令下發(fā)速度；防止由于忘帶與丟失智能卡而無法進行及時的操作，現(xiàn)今大多SCADA系統(tǒng)中均采用密碼、智能卡與用戶名一一對應的驗證方式，因此系統(tǒng)中記錄的操作日志信息則會與實際操作人不相符的現(xiàn)象。

在這種遙控、遙調(diào)登錄技術(shù)中，一旦由于忘帶卡、忘記密碼或者登錄混亂進行操作，就會導致不能及時實現(xiàn)現(xiàn)場控制與事故責任不明晰的嚴重后果。由于在技術(shù)上無法實現(xiàn)操作員和監(jiān)護員身份上的準確識別，無法確認操作員和監(jiān)護員的工作范圍和內(nèi)容，降低了電力遙控操作的安全性。所造成上述情況的主要原因在于，用戶密碼及智能刷卡系統(tǒng)的管理及使用方法存在使用操作及技術(shù)上的弊端。

2 實施方案

為了克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，解決現(xiàn)有的用戶密碼及智能刷卡系統(tǒng)的管理及使用方法存在忘記密碼和登錄混亂進行操作的技術(shù)問題，本文提供了一種電力自動化監(jiān)控的遙控、遙調(diào)操作員指紋識別登錄管理的方法，使得操作員及監(jiān)護員在操作過程中按照操作及安全監(jiān)護方式要求準確操作，提高了SCADA系統(tǒng)應用程序的嚴密性和完整性，加快了操作員、監(jiān)護人的響應速度，增強了SCADA系統(tǒng)處理能力，提高了電網(wǎng)安全運行水平。

2.1 建立指紋信息數(shù)據(jù)庫

指紋數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)是在指紋終端機的基礎上，通過指紋服務器建立指紋數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，強化自動化密匙。指紋服務器主要處理指紋終端所采集的指紋圖、指尖溫度等數(shù)據(jù)；通過指紋信息系統(tǒng)的指紋圖與指尖溫度比對，經(jīng)過自動化密匙庫判斷出是否為監(jiān)控中心合法用戶，從而防止冒用他人信息登陸并對自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行非法操作；在運行值班人員發(fā)生變更后，及時調(diào)整數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，及時更改相關屬性及權(quán)限設置。

指紋服務器與SCADA系統(tǒng)通過網(wǎng)絡設備進行互聯(lián)。指紋終端機主要完成指紋數(shù)據(jù)信息的采集工作。它負責操作員、監(jiān)護員等用戶指紋信息的采集，為保證用戶合理可靠使用，同一用戶，可以輸入多個指紋作為備用。指紋服務器中用戶與指紋數(shù)據(jù)信息采用一對多的映射關系，實現(xiàn)用戶輸入形式的備用條件。

指紋數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)中，錄入了所有相關操作員、監(jiān)護人權(quán)限人員的指紋信息，指紋信息應該包含有1個主要指紋信息與不少于1個的備用指紋信息，所有指紋信息收集后在計算機中建立指紋數(shù)據(jù)庫，備份了所有相關人員的指紋信息，實現(xiàn)指紋終端機與指紋信息庫的指紋信息互用、互備份。

2.2 改變操作員和監(jiān)護員的遙控、遙調(diào)的控制過程

在變電站無人值班工作中，自動化系統(tǒng)要完成的一項重要工作之一就是控制和調(diào)整功能。要安全可靠地實現(xiàn)這個過程，應具備幾個關鍵條件：合法用戶、雙人(操作員、監(jiān)護員)驗證操作，操作快捷方便。通過使用指紋識別操作管理登錄系統(tǒng)，還可以對操作過程進行監(jiān)視記錄。

在操作員由調(diào)度主站端SCADA系統(tǒng)進行操作時，首先要明確操作性質(zhì)(“合閘”或“跳閘”)、廠站號和被操作的斷路器或刀閘序號，即要求某廠站端合上或斷開某斷路器或刀閘，明確此部分內(nèi)容后，操作員輸入指紋信息，SCADA系統(tǒng)通過指紋數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)驗證操作員是否為合法用戶；驗證通過后，SCADA系統(tǒng)由調(diào)度端向廠站發(fā)送由遙控操作性質(zhì)和遙控對象等組成的遙控命令。

廠站端設備接收到控制命令后，并不立即執(zhí)行，而是將控制信息記錄下來，并返送回調(diào)度SCADA系統(tǒng)主站端驗證發(fā)送信息是否正確，監(jiān)護員輸入指紋信息，這時通過指紋數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)得到監(jiān)護員的確認，如果驗證正確，SCADA系統(tǒng)由調(diào)度端向廠站發(fā)送操作執(zhí)行命令，站端設備合上或斷開某斷路器或刀閘。由于指紋識別操作管理登錄系統(tǒng)快捷方便，在操作員將遙控命令通過指紋驗證后，系統(tǒng)內(nèi)部對操作員進行自動標注，當SCADA系統(tǒng)提示監(jiān)護員進行登陸注冊時，如果發(fā)現(xiàn)操作員與監(jiān)護員為同一個人時，系統(tǒng)可以進行拒絕，解決了單人操作不嚴謹?shù)葐栴}。

2.3 強化遙控遙調(diào)操作約束條件

在電力系統(tǒng)中任何遙控的誤操作都會給電力系統(tǒng)帶來毀滅性的災難。在所有誤控操作中，主要都是操作員和監(jiān)護員操作執(zhí)行不當所引起。如非法用戶操作，誤控制開關或刀閘；單人操作，不執(zhí)行安全監(jiān)護制度等。采用指紋識別驗證可以最大限度對用戶身份進行確認，解決了采用密碼驗證方式中加大密碼長度來提高安全等級與操作速度的矛盾；縮短站端設備執(zhí)行程序的等待時間，防止惡意操作；自動識別操作員與監(jiān)護員職權(quán)身份。

(1)指紋識別操作系統(tǒng)的建立可按以下步驟進行：用戶首先需要構(gòu)建一個指紋信息系統(tǒng)，此系統(tǒng)應該包括指紋終端機、專用指紋信息庫主機、SCADA系統(tǒng)與指紋服務器的通訊接口程序。首先通過指紋終端機向各操作員、監(jiān)護人及系統(tǒng)管理員等角色人員進行指紋的登記錄入工作，此工作應該將用戶的實名、指紋ID號、指紋圖形存入指紋終端機中。其次需要將指紋終端機中的所有資料，通過專用的指紋管理信息軟件存入專用的指紋服務器當中，實現(xiàn)指紋資料的備份及管理分配目的。當操作員、監(jiān)護人身份發(fā)生變動時，不必重新錄入指紋資料，同時提高了指紋系統(tǒng)的嚴密性、可靠性、實用性。利用指紋信息庫主機可以實現(xiàn)對指紋信息資料的管理、分配、備份等工作，也可以利用指紋信息主機實現(xiàn)與指紋終端機的相互拷貝工作。

(2)指紋服務器中建立的指紋數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相關指紋信息與SCADA主站系統(tǒng)建立緊密關系，以實現(xiàn)操作員和監(jiān)護員采用指紋終端進行相關的驗證操作等功能。在此部分內(nèi)容中，首先應當在SCADA系統(tǒng)中實現(xiàn)與指紋信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊功能；其次在SCADA系統(tǒng)中創(chuàng)建操作員、監(jiān)護人用戶名及指紋信息系統(tǒng)的映射關系。

在SCADA系統(tǒng)中，SCADA控制功能是由雙服務器和多工作站組成，為方便人機對話和系統(tǒng)管理，操作員與監(jiān)護員分別使用MMI_A或MMI_B工作站進行不下位操作。指紋服務器與SCADA系統(tǒng)屬于同一網(wǎng)絡設備。

在操作員使用MMI_A工作站對某開關或刀閘進行遙控操作時，首先需要通過指紋信息系統(tǒng)的用戶確認，確認結(jié)果通過網(wǎng)絡通知給SCADA系統(tǒng)，SCADA系統(tǒng)根據(jù)指紋信息系統(tǒng)合法用戶的驗證結(jié)果向廠站端設備發(fā)送控制命令，廠站端設備接收到控制命令后，將控制信息返饋給調(diào)度SCADA系統(tǒng)主站端，如果需要正式執(zhí)行控制命令，監(jiān)護員在MMI_B工作站進行驗證操作員執(zhí)行命令是否正確。如正確，則輸入指紋信息表示確認，這時指紋數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)需要確認監(jiān)護員身份是否合法；是否與操作員身份重復(同一個人)；工作內(nèi)容是否合理(防誤操作功能)。如果驗證通過，由SCADA系統(tǒng)向廠站發(fā)送執(zhí)行操作命令，站端設備合上或斷開某斷路器或刀閘。在操作過程中，身份驗證過程和命令發(fā)送過程全程進行記錄，供日后分析檢索。

(3)將SCADA系統(tǒng)遙控執(zhí)行條件進行約束，增加遙控操作執(zhí)行的條件。

操作員將遙控命令通過指紋驗證后，由SCADA系統(tǒng)通過調(diào)度端發(fā)送到廠站端設備，站端設備接收到命令信息后，將命令信息存在存儲器中，同時啟動操作計數(shù)器進行計時，如果在規(guī)定時間內(nèi)，沒有接收到監(jiān)護員的執(zhí)行命令，即將存在存儲器中的原始命令信息進行清除，拒絕非法用戶通過非正常途徑產(chǎn)生的非法執(zhí)行命令。

采用指紋驗證方式后，由于驗證速度快，準確，提高了操作速度，可以縮短站端設備程序操作計數(shù)器設定的時間，使指紋驗證方式作為遙控操作的必要條件，提高SCADA系統(tǒng)遙控遙調(diào)操作過程的約束條件，從而提升了操作的整體可靠性，同時也加快了電網(wǎng)在事故情況下的檢修操作速度。

3 應用效果和意義

本方案有效地解決了現(xiàn)有的用戶密碼及智能刷卡系統(tǒng)的管理及使用方法存在忘記密碼和登錄混亂進行操作的技術(shù)問題。經(jīng)過數(shù)次試驗試用結(jié)果表明，它與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有應用程序能更好的管理操作員與監(jiān)護人登錄的單一完整性，提高操作員、監(jiān)護人的登錄響應速度，能大大避免由于操作響應不及時而引發(fā)的事故隱患，并具有操作簡易、技術(shù)水平先進、使用方便等優(yōu)點，適用于電力監(jiān)控中心管理的無人值班變電站。