配電自動(dòng)化終端安全防護(hù)方案研究

陳若蘭 冼海炎 蔡滿良

摘要：近年來我國配電網(wǎng)的快速發(fā)展使得配電網(wǎng)呈現(xiàn)設(shè)備數(shù)量大，設(shè)備種類多的特點(diǎn)，因此配電自動(dòng)化技術(shù)也得到了快速發(fā)展。由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展及智能設(shè)備的大量接入，當(dāng)前配電自動(dòng)化技術(shù)在設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)等方面仍存在一些短板，因此本文主要研究了當(dāng)前電網(wǎng)中配電自動(dòng)化的常見安全防護(hù)方案并提出了改進(jìn)方法，為電網(wǎng)相關(guān)人員科學(xué)認(rèn)識配電自動(dòng)化提供了借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化;安全防護(hù);二次系統(tǒng)

引言

電能經(jīng)低電壓等級的變電站降壓處理后，通過各個(gè)配電線路輸送至用戶端，這一部分的環(huán)節(jié)即稱為配電網(wǎng)絡(luò)。由于用戶端設(shè)備數(shù)量大、用電種類多等特點(diǎn)，因此需要依靠自動(dòng)化系統(tǒng)對電能的分配及使用進(jìn)行管理。而配電自動(dòng)化作為作為維持電網(wǎng)安全運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施之一，其自動(dòng)化系統(tǒng)的安全防護(hù)更是保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要助力。配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括了電力數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)，此外也還包括了電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等。

近些年來，隨著社會的飛速發(fā)展使得用電量不斷擴(kuò)大，也引起了電網(wǎng)規(guī)模在不斷擴(kuò)張，配電自動(dòng)化系統(tǒng)是保障配電網(wǎng)設(shè)備能夠被實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制的基礎(chǔ)，也是保證用戶能夠獲得安全穩(wěn)定電能的基石。配電自動(dòng)化主要依靠通信網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，因此隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展使得對其通信網(wǎng)絡(luò)安全等各方面技術(shù)要求也越來越高。此外，由于配電自動(dòng)化系統(tǒng)中各功能子系統(tǒng)眾多，容易出現(xiàn)人員誤操作、設(shè)備系統(tǒng)交叉使用等問題，進(jìn)而使得其安全防護(hù)問題更加嚴(yán)峻。

當(dāng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題時(shí)，很可能會導(dǎo)致系統(tǒng)或設(shè)備故障進(jìn)而引起更大的安全問題。因此為了解決配電自動(dòng)化系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種安全問題，將其對電力網(wǎng)絡(luò)的影響降到最低，實(shí)現(xiàn)對配電自動(dòng)化系統(tǒng)下的異常數(shù)據(jù)流的監(jiān)控和調(diào)整也逐漸成為電網(wǎng)運(yùn)行人員研究的主要方向 [1?3]。另一方面，由于不同地區(qū)的配電網(wǎng)復(fù)雜情況不同，在故障情形下其配電網(wǎng)出現(xiàn)的故障幾率和范圍影響也不相一致，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)采用通常的事故處理手段容易導(dǎo)致故障幾率和范圍擴(kuò)大的問題[4-5]。為幫助電網(wǎng)運(yùn)行人員科學(xué)認(rèn)識配電自動(dòng)化系統(tǒng)，本文研究了當(dāng)前配電自動(dòng)化常見防護(hù)方案，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法。

1 配電自動(dòng)化安全發(fā)展概況

隨著電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的日新月異發(fā)展，電力系統(tǒng)作為關(guān)系國家及社會生活的重要設(shè)施，使得國家對生產(chǎn)控制領(lǐng)域的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)安全及穩(wěn)定運(yùn)行等問題日益重視。早在2002年5月，國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布了第30號令《電網(wǎng)和電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的規(guī)定》，同年出臺了《國家電網(wǎng)調(diào)度中心安全防護(hù)體系研究及示范》，其被列入了國家863計(jì)劃，隨后在2003年6月，為進(jìn)一步加強(qiáng)對電網(wǎng)的安全防護(hù)國家商密辦為電網(wǎng)系統(tǒng)及設(shè)施裝備了特制密碼算法及相應(yīng)加密芯片，同時(shí)提出了《全國電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》并在全國推廣。2011年工信部發(fā)布了文件《工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息安全防護(hù)要求》，明確針對SCADA、DCS等電力系統(tǒng)及設(shè)施應(yīng)具備的各類風(fēng)險(xiǎn)防范措施[6-7]。

在主站安全防護(hù)方面，近年來D5000（智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)）逐步在各地電網(wǎng)得到推廣使用，企業(yè)也逐漸將原調(diào)度中心的十余套獨(dú)立應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行安全整合，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的“橫向集成與縱向貫通”，已經(jīng)在二十幾個(gè)調(diào)度中心上線運(yùn)行。省級以上備用調(diào)度體系已初步建成;場站安全防護(hù)方面，近些年各類智能變電站已相繼投入使用，采用無人值班的變電站發(fā)展迅速，普及率已達(dá)80%以上。10千伏電壓等級的配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)得到的飛速發(fā)展，已有眾多城市在進(jìn)行推廣建設(shè)。此外，智能用電采集系統(tǒng)和智能電表的應(yīng)用也飛速發(fā)展，遠(yuǎn)方遙控功能對系統(tǒng)整體的安全防護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)。

軟硬件安全防護(hù)方面，基于多路多核技術(shù)的國產(chǎn)計(jì)算機(jī)服務(wù)器（機(jī)架式、刀片式）、圖形工作站性能和可靠性已達(dá)到國際同類水平，物美價(jià)廉，正迅速在電力監(jiān)控系統(tǒng)普及應(yīng)用，近兩年已有超過1.5萬臺國產(chǎn)計(jì)算機(jī)在電網(wǎng)調(diào)度和變電站投入運(yùn)行。此外，國產(chǎn)關(guān)系型商用數(shù)據(jù)庫、國產(chǎn)地理信息系統(tǒng)（GIS）、基于北斗衛(wèi)星的對時(shí)裝置等已隨智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)推廣應(yīng)用。

2.配電自動(dòng)化安全基本特征

配電自動(dòng)化系統(tǒng)安全主要有以下幾方面的特征：

（1）配電自動(dòng)化系統(tǒng)的安全是一個(gè)整體。在當(dāng)今4G、5G等通信技術(shù)飛速發(fā)展支撐的情形下，保障系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全已不僅僅關(guān)乎個(gè)人，更關(guān)乎整個(gè)國家和社會的安全穩(wěn)定。而隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，配電系統(tǒng)中眾多設(shè)施均通過各信息系統(tǒng)進(jìn)行連接，信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行是電網(wǎng)設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。因此，可以認(rèn)為保障整體信息監(jiān)控系統(tǒng)的安全是維持電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障。

（2）配電自動(dòng)化系統(tǒng)的安全是動(dòng)態(tài)變化的。保證系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全不是一勞永逸的，各類信息通信技術(shù)日新月異，而與之對應(yīng)的各類網(wǎng)絡(luò)攻擊手段也層出不窮，如果一味固守原有的網(wǎng)絡(luò)安全防范措施即等于對危險(xiǎn)不設(shè)防。因此，對于配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)問題是隨著時(shí)間發(fā)展而動(dòng)態(tài)變化的，需時(shí)刻保持防范意識[8]。

（3）配電自動(dòng)化系統(tǒng)的安全是開放包容的。配電系統(tǒng)的安全是開放的并不是指針對外部系統(tǒng)或設(shè)備網(wǎng)絡(luò)可以隨意進(jìn)出開放，而是指其具有的開放的屬性。即配電自動(dòng)化系統(tǒng)的安全防護(hù)技術(shù)不能故步自封，要時(shí)刻吸取外部先進(jìn)技術(shù)及安全事故教訓(xùn)，對自動(dòng)化系統(tǒng)不斷進(jìn)行完善才能充分保障監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全

（4）監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)安全是相對而不是絕對的。要靈活對待監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全概念，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)安全是一個(gè)過程，或者說是一種狀態(tài)。對待監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)安全要時(shí)刻注意外部環(huán)境的變化，例如不同情形下的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴造成的損害情況可能并不一致，需要以辯證的思維方式去看待監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)安全。

3 配電自動(dòng)化安全防護(hù)措施

配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對電力配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理和通信架構(gòu)方面開展監(jiān)控和控制等功能，是配電網(wǎng)絡(luò)的核心組成部分，配電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示[9]。

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，根據(jù)各系統(tǒng)的功能不同將其主要分為三部分：（1）管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)主要包括配電管理系統(tǒng)、營銷管理系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對各生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)分配及安排;（2）監(jiān)視及控制系統(tǒng)。該部分屬于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的核心部分，一方面負(fù)責(zé)下傳控制信息至遠(yuǎn)方設(shè)備客戶端，另一方面又上傳設(shè)備數(shù)據(jù)信息至控制系統(tǒng)，該部分主要包括配電饋線控制系統(tǒng)、負(fù)荷管理系統(tǒng)、集中抄表系統(tǒng)及客戶服務(wù)系統(tǒng)等[10];（3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要部署于遠(yuǎn)方設(shè)備客戶端，方便對配電系統(tǒng)末端設(shè)備信息進(jìn)行收集和控制，主要包括遠(yuǎn)動(dòng)裝置、負(fù)荷裝置、電能表計(jì)等。

根據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)，為保證該類系統(tǒng)的安全運(yùn)行，系統(tǒng)的安全防護(hù)主要考慮從物理隔離和網(wǎng)絡(luò)隔離兩方面進(jìn)行，總體的配電自動(dòng)化終端安全防護(hù)方案即是“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”[11]。

（1）安全分區(qū)。安全分區(qū)是配電自動(dòng)化終端安全防護(hù)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，根據(jù)對其子系統(tǒng)的分類，將配電自動(dòng)化終端系統(tǒng)主要分為生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，而根據(jù)各大區(qū)的安全防護(hù)等級，又將其細(xì)分為四個(gè)小區(qū)，如圖2所示。其中生產(chǎn)控制大區(qū)可以分為控制區(qū)（安全區(qū)I）和非控制區(qū)（安全區(qū)Ⅱ）;管理信息大區(qū)內(nèi)部在不影響生產(chǎn)控制大區(qū)安全的前提下，可以根據(jù)配電系統(tǒng)的不同安全要求劃分安全區(qū)。

（2）網(wǎng)絡(luò)專用。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是配電系統(tǒng)二次安全防護(hù)體系的重要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，由于系統(tǒng)眾多，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該在規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)通道中使用獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行連接，同時(shí)也需在物理層面將其進(jìn)行隔離。在配電自動(dòng)化終端安全防護(hù)方案中，開展網(wǎng)絡(luò)隔離一方面是為了保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，另一方面是為了保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可靠性。

（3）橫向隔離。在配電自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部的安全區(qū)之間通常采用具有訪問控制功能的設(shè)備、防火墻或者相當(dāng)功能的設(shè)施，來實(shí)現(xiàn)邏輯隔離，如圖3所示。橫向隔離主要包括正向物理隔離和反向物理隔離兩部分，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外網(wǎng)真正意義上的斷開，并且其數(shù)據(jù)均為單向傳輸，同時(shí)還具有對異常數(shù)據(jù)的篩選功能。

（4）縱向認(rèn)證?？v向認(rèn)證是指采用認(rèn)證、加密、訪問控制等技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)遠(yuǎn)方安全傳輸及縱向邊界的安全防護(hù)，是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的二次安全防護(hù)體系的縱向防線。通過縱向認(rèn)證，可以實(shí)現(xiàn)雙向身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和訪問控制[12]。采用縱向認(rèn)證能夠?qū)崿F(xiàn)配電自動(dòng)化系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)保證了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全可靠性。

4 總結(jié)

隨著配電網(wǎng)的飛速發(fā)展，提高配電系統(tǒng)的安全可靠性成為了亟待解決的問題，本文首先針對配電自動(dòng)化系統(tǒng)的安全防護(hù)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，同時(shí)研究并探討了當(dāng)前配電自動(dòng)化系統(tǒng)的主要安全防護(hù)方案，為電網(wǎng)運(yùn)行人員認(rèn)識并改善配電自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性提供了參考。

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