地區(qū)電網(wǎng)控制中心二次系統(tǒng)安全防護(hù)策略分析

岳宏亮 陳鵬良 樓書氫

摘要：隨著電網(wǎng)自動化、計算機網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電力二次系統(tǒng)的安全防護(hù)也變得更加重要和嚴(yán)峻。為保障地區(qū)電力二次系統(tǒng)免受各種形式的惡意破壞和攻擊，防止二次系統(tǒng)的崩潰或癱瘓，以及可能導(dǎo)致的大面積停電或電網(wǎng)事故，設(shè)計了地區(qū)電力調(diào)度控制中心二次系統(tǒng)安全防護(hù)體系。在對電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)體系構(gòu)建和安全區(qū)域的劃分作了簡要的敘述之后，著重介紹了電力二次系統(tǒng)的防護(hù)體系構(gòu)建以及二次系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備的部署和實施，通過建立安全有效的二次系統(tǒng)安全防護(hù)體系，保障了地區(qū)電網(wǎng)的安全運行。同時，由于二次系統(tǒng)安全防護(hù)工程是一個長期的動態(tài)工程，安全防護(hù)體系要在實施過程中根據(jù)生產(chǎn)實際需要不斷加以修正和完善。

關(guān)鍵詞：電力二次系統(tǒng);安全防護(hù)體系;安全區(qū);措施

中圖分類號：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0180-02

隨著電網(wǎng)自動化、計算機網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)自動化、信息化水平迅速提高。同時，電力調(diào)度系統(tǒng)的業(yè)務(wù)也不斷豐富，很多系統(tǒng)存在著相互之間的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)交換，這些對系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全問題提出了更高的要求，電力二次系統(tǒng)的安全防護(hù)也變得更加重要和嚴(yán)峻起來。[1]為此，針對調(diào)度系統(tǒng)二次安全防護(hù)，相繼出臺了原國家電監(jiān)會第5號令《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》以及《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》等指導(dǎo)性文件從政策和技術(shù)的層面明確了電力調(diào)度部門信息安全建設(shè)的具體措施。

為保障地區(qū)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行，抵御黑客、病毒、惡意代碼等通過各種形式對電力二次系統(tǒng)發(fā)起的惡意破壞和攻擊，特別是能夠抵御集團(tuán)式攻擊，防止由此導(dǎo)致一次系統(tǒng)事故或大面積停電事故及二次系統(tǒng)的崩潰或癱瘓，依據(jù)相關(guān)政策文件，結(jié)合地區(qū)電網(wǎng)實際情況，設(shè)計和制定了地區(qū)調(diào)度控制中心二次系統(tǒng)安全防護(hù)方案。

一、電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)體系

1.二次系統(tǒng)安全防護(hù)的相關(guān)原則

電力調(diào)度二次系統(tǒng)安全防護(hù)包括調(diào)度端、變電站內(nèi)及縱向安全防護(hù)，按照國家電力監(jiān)管委員會《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》，電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)的總體原則為“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”。安全防護(hù)主要針對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)，重點強化邊界防護(hù)，提高內(nèi)部安全防護(hù)能力，保證電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)及重要數(shù)據(jù)的安全，同時有效抵御外部的惡意攻擊，防止發(fā)生電力二次系統(tǒng)安全事件或由此導(dǎo)致的一次系統(tǒng)事故、大面積停電事故，達(dá)到保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的目的。[2，3]

“安全分區(qū)”是電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)體系的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，原則上劃分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。生產(chǎn)控制大區(qū)可以分為控制區(qū)（又稱安全區(qū)I）和非控制區(qū)（又稱安全區(qū)II），管理信息大區(qū)可以分為生產(chǎn)管理區(qū)（又稱安全區(qū)III）和管理信息區(qū)（又稱安全區(qū)IV）;“網(wǎng)絡(luò)專用”，是指生產(chǎn)大區(qū)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)必須使用專網(wǎng)——電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，其中電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)劃分為邏輯隔離的實時子網(wǎng)和非實時子網(wǎng)，分別連接控制區(qū)和非控制區(qū);“橫向隔離”，是指在控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間必須設(shè)置經(jīng)國家指定部門檢測認(rèn)證的電力專用橫向單向安全隔離裝置，隔離強度應(yīng)接近或達(dá)到物理隔離;“縱向認(rèn)證”是指采用認(rèn)證、加密、訪問控制等技術(shù)措施實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)方安全傳輸以及縱向邊界的安全防護(hù)。對于重點防護(hù)的調(diào)度控制中心、發(fā)電廠、變電站在生產(chǎn)控制大區(qū)與廣域網(wǎng)的縱向連接處應(yīng)當(dāng)設(shè)置經(jīng)過國家指定部門檢測認(rèn)證的電力專用縱向加密認(rèn)證裝置或者加密認(rèn)證網(wǎng)關(guān)及相應(yīng)設(shè)施，實現(xiàn)雙向身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和訪問控制。[4，5]

電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)的基本原則是，系統(tǒng)中安全等級較高的系統(tǒng)不受安全等級較低系統(tǒng)的影響。電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全等級高于電力管理信息系統(tǒng)及辦公自動化系統(tǒng)，各電力監(jiān)控系統(tǒng)必須具備可靠的自身安全防護(hù)措施，不得與安全等級較低的系統(tǒng)直接連接。

2.二次系統(tǒng)中安全區(qū)的劃分

從橫向角度看，為強化安全區(qū)的隔離，采用不同強度的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，使得各安全區(qū)中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)得到有效保護(hù)。安全區(qū)I與安全區(qū)II之間采用硬件防火墻進(jìn)行隔離;生產(chǎn)控制大區(qū)與管理信息大區(qū)之間采用電力專用隔離裝置進(jìn)行隔離，并且限制數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的流向;從安全區(qū)I、安全區(qū)II去往安全區(qū)III單向傳輸信息必須采用正向隔離裝置，由安全區(qū)III去往安全區(qū)I、安全區(qū)II的單向傳輸信息必須采用反向隔離裝置。安全區(qū)III與安全區(qū)IV之間采用硬件防火墻進(jìn)行隔離。[6]

安全區(qū)I中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或其功能模塊的典型特征為：是電力生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接實現(xiàn)對電力一次系統(tǒng)的實時監(jiān)控，縱向使用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ猛ǖ溃前踩雷o(hù)的重點與核心。典型業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括能量管理系統(tǒng)、廣域相量測量系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、變電站自動化系統(tǒng)等。

安全區(qū)II中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或其功能模塊的典型特征為：是電力生產(chǎn)的必要環(huán)節(jié)，在線運行但不具備控制功能，使用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，與控制區(qū)中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或其功能模塊聯(lián)系緊密。典型業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)、水庫調(diào)度自動化系統(tǒng)、電能量計量系統(tǒng)等。

安全區(qū)III中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或其功能模塊的典型特征為：實現(xiàn)電力生產(chǎn)的管理功能，但不具備控制功能，不在線運行，可不使用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，與調(diào)度控制中心工作人員桌面終端直接相關(guān)，與安全區(qū)IV的辦公自動化系統(tǒng)關(guān)系密切。

安全區(qū)IV中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或其功能模塊的典型特征為：實現(xiàn)電力信息管理和辦公自動化功能，使用電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的訪問界面主要為桌面終端，包括辦公自動化系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)等。[6]

二、地區(qū)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)體系

1.二次系統(tǒng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)

某地調(diào)現(xiàn)有自動化系統(tǒng)包括：南瑞OPEN2000調(diào)度自動化系統(tǒng)、南瑞OPEN3000調(diào)度自動化系統(tǒng)、北京煜邦電能量計量采集系統(tǒng)、北京殷圖變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)、電力調(diào)度運行管理系統(tǒng)（OMS）等。

其中，南瑞OPEN2000調(diào)度自動化系統(tǒng)SCADA部分于2000年7月投入運行，該系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度、運方、負(fù)荷預(yù)測等方面發(fā)揮著重要的作用。南瑞OPEN3000自動化系統(tǒng)是于2010年6月正式投入運行，實現(xiàn)了對地區(qū)電網(wǎng)的可靠運行控制，保證了地區(qū)電網(wǎng)監(jiān)視、控制手段的完好，確保了地區(qū)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。北京煜邦電能量采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)地調(diào)所有無人值班變電站的電能量信息、瞬時量信息的采集功能，完成變電站電能量數(shù)據(jù)的采集與處理、母線平衡計算、報表統(tǒng)計、線損統(tǒng)計分析等。北京殷圖變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了無人值班變電站空間范圍內(nèi)的建筑安全、防火、防盜，保障了站內(nèi)輸變電設(shè)備的正常運行，并在事故時保持與主站的圖像通信。電力調(diào)度運行管理系統(tǒng)（OMS）涵蓋了電網(wǎng)調(diào)度、運方、繼保、自動化等各專業(yè)，是地調(diào)管理與生產(chǎn)的重要組成部分。

其中，OPEN2000調(diào)度自動化系統(tǒng)、OPEN3000調(diào)度自動化系統(tǒng)、電能量計量采集系統(tǒng)、變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)等均為獨立建設(shè)的自動化系統(tǒng)，同時均開通了Web瀏覽業(yè)務(wù)。

2.二次系統(tǒng)安全防護(hù)的實施

依據(jù)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)方案，結(jié)合地區(qū)電網(wǎng)實際情況，電力二次系統(tǒng)劃分為三個安全區(qū)。安全區(qū)I為內(nèi)網(wǎng)，安全區(qū)III、安全區(qū)IV為外網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間通過電力二次系統(tǒng)專用安全隔離裝置保證了內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)之間的安全程度很高的可控通信。

安全區(qū)I的網(wǎng)絡(luò)邊界通過電力通信專用網(wǎng)與三級數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行通信。安全區(qū)I的數(shù)據(jù)通過匯聚交換機和安全隔離裝置實現(xiàn)與安全區(qū)III實時Web的通信。

安全區(qū)III的網(wǎng)絡(luò)邊界通過電力通信專用網(wǎng)與三級數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行通信，同時通過防火墻過濾與安全區(qū)IV的通信，安全區(qū)III的主要業(yè)務(wù)是電力市場模擬系統(tǒng)、開放了Web瀏覽業(yè)務(wù)的各系統(tǒng)等。安全區(qū)IV直接面向廣域網(wǎng)，通過防火墻過濾與安全區(qū)III的通信，主要業(yè)務(wù)包括信息通信中心OA系統(tǒng)。

電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)的實施選用的相關(guān)主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括：

（1）安全隔離裝置。通過部署安全隔離裝置保證安全區(qū)I的網(wǎng)絡(luò)安全性，使得整個二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃完全符合電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)方案的部署要求，保證電力二次系統(tǒng)的安全性。

（2）華為網(wǎng)絡(luò)交換機。為適應(yīng)對電力二次系統(tǒng)的安全分區(qū)的改造，在安全區(qū)I布置了一臺二層交換機，在安全區(qū)III布置了一臺三層核心交換機，通過部署這兩臺交換機起到了分區(qū)隔離、專網(wǎng)專用的作用。同時，也是將安全區(qū)III和安全區(qū)IV劃分清楚的重要措施。

（3）天融信防火墻。通過在安全區(qū)III、安全區(qū)IV之間部署國產(chǎn)防火墻，起到報文過濾的作用，保證安全區(qū)III的相對安全性。

（4）瑞星企業(yè)防病毒套件。為了進(jìn)一步保證安全區(qū)III的安全穩(wěn)定運行，在安全區(qū)III安裝瑞星企業(yè)防病毒軟件，增加安全區(qū)III的防病毒的能力。

3.二次系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備的部署

正向隔離裝置涉及到的業(yè)務(wù)為安全區(qū)I內(nèi)EMS系統(tǒng)的實時通信、報表同步和負(fù)荷預(yù)測文本傳輸。其中EMS系統(tǒng)運行在主備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，主要的通信通過A網(wǎng)進(jìn)行，實時通信和報表同步通過同一條鏈路實現(xiàn)。為了完成EMS系統(tǒng)的應(yīng)用改造，通過在安全區(qū)I的華為S3025C二層交換機上劃分一個單獨的VLAN與正向隔離裝置內(nèi)網(wǎng)口的通信;外網(wǎng)直接接入安全區(qū)III的核心交換機華為S6502的專用于安全隔離裝置的VLAN接口上。對于安全區(qū)I與安全區(qū)III的通信，安全區(qū)I的華為S3025C交換機與安全隔離裝置相連的方式為普通二層交換機的連接方式，而安全區(qū)III與安全隔離裝置外網(wǎng)的連接是基于路由的模式，需要配置MAC綁定和ARP報文通信。

反向隔離裝置涉及到的業(yè)務(wù)為：安全區(qū)IV負(fù)荷預(yù)測計劃信息文本反向傳入安全區(qū)I內(nèi)的EMS工作站。對于安全區(qū)I與安全區(qū)IV的通信，安全區(qū)I華為S3025C交換機與安全隔離裝置相連的方式，相當(dāng)于普通二層交換機的連接方式，而安全區(qū)IV與安全隔離裝置外網(wǎng)的連接是基于路由的模式，需要配置MAC綁定和ARP報文通信。

在不改變安全區(qū)IV的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境，維持現(xiàn)有的工作狀況下，將相關(guān)的系統(tǒng)劃分到安全I(xiàn)II區(qū)，接入到華為S6502網(wǎng)絡(luò)核心交換機，基于不影響安全區(qū)IV原有網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境的原則，防火墻運行在路由模式下應(yīng)用地址轉(zhuǎn)換規(guī)則，可以將安全區(qū)III和安全區(qū)IV的網(wǎng)段完全劃分開來。

三、二次系統(tǒng)安全防護(hù)的有效措施

病毒防護(hù)是實時系統(tǒng)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的安全措施之一，病毒的防護(hù)應(yīng)該覆蓋所有安全區(qū)I、III、IV的主機與工作站。安全區(qū)I的病毒特征碼要求必須以離線的方式及時更新。

主機安全防護(hù)主要的方式包括：安全配置、安全補丁和安全主機加固。安裝主機加固軟件，強制訪問符合定義的主機安全策略，防止主機權(quán)限被濫用。通過及時更新系統(tǒng)安全補丁，消除系統(tǒng)內(nèi)核漏洞與后門。

通過合理設(shè)置系統(tǒng)配置、服務(wù)、權(quán)限，減少安全弱點。禁止不必要的應(yīng)用，作為調(diào)度業(yè)務(wù)系統(tǒng)的專用主機或者工作站，嚴(yán)格管理系統(tǒng)及應(yīng)用軟件的安裝與使用。定期對關(guān)鍵應(yīng)用的數(shù)據(jù)與應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行備份，確保數(shù)據(jù)損壞及系統(tǒng)崩潰情況下快速恢復(fù)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的可用性。[4]

縱向安全防護(hù)體系的建設(shè)，可以完善電力二次系統(tǒng)的安全防護(hù)體系，避免出現(xiàn)安全防護(hù)中的“木桶現(xiàn)象”?？v向加密認(rèn)證是安全防護(hù)核心的縱向防線，其具體實現(xiàn)是通過專用的電力加密認(rèn)證網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)，目的是通過采用認(rèn)證、加密、訪問控制等技術(shù)措施實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)方安全傳輸以及縱向邊界的安全防護(hù)[7]。

四、結(jié)語

地區(qū)電力調(diào)度控制中心電力二次系統(tǒng)的安全運行是地區(qū)電網(wǎng)安全運行的重要保證，根據(jù)電力調(diào)度控制中心電力二次系統(tǒng)的實際情況，嚴(yán)格按照“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體原則，設(shè)計、制訂并實施了地區(qū)電力調(diào)度控制中心二次系統(tǒng)安全防護(hù)方案，就二次系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備的部署以及防護(hù)方案的具體實施進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，結(jié)合行之有效的各種措施，有力保障了電力二次系統(tǒng)的安全運行。

同時，鑒于電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)工程是一個長期的動態(tài)工程，二次系統(tǒng)的安全防護(hù)體系要在實施過程中根據(jù)生產(chǎn)實際需要不斷加以修正和完善，以滿足政策和文件中對電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)所要求的系統(tǒng)性原則和螺旋上升的周期性原則。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）