電力信息傳輸網(wǎng)絡(luò)故障分析與控制研究

韓 翰 工程師 毛正中 工程師

(廣東電網(wǎng)公司廣州供電局,廣東 廣州 510620)

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,數(shù)字網(wǎng)絡(luò)已滲透到各行各業(yè),技術(shù)密集型的電力生產(chǎn)、電力營(yíng)銷、電力管理等供電服務(wù)已被數(shù)字網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。承載電力運(yùn)營(yíng)的數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由多層級(jí)、多子網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)成,是數(shù)以萬(wàn)計(jì)的物理電子設(shè)備和集成模塊分層級(jí)構(gòu)建,其龐大的網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及敏感的電子器配件,再加上系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備高負(fù)荷的運(yùn)行和長(zhǎng)期受內(nèi)外部環(huán)境和主客觀因素的影響等因素都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障頻發(fā),影響工農(nóng)業(yè)及居民生活用電。因此,預(yù)防和阻斷故障迫在眉睫。本文通過對(duì)企業(yè)故障信息的采集并予以歸類甄別,闡述行為故障、生態(tài)環(huán)境故障、物理設(shè)備故障(邏輯故障)及各個(gè)故障的形態(tài)特征,并有針對(duì)性地制定故障的預(yù)控方法和控制策略,以此推動(dòng)數(shù)字電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、健康發(fā)展。

1 網(wǎng)絡(luò)故障及其危害

故障是設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的術(shù)語(yǔ)。廣義的理論故障,是指設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)偏離了正常運(yùn)行、在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能完成規(guī)定功能的一種狀態(tài);信息傳輸網(wǎng)絡(luò)故障是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的運(yùn)行功能、系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或通信設(shè)備的部分元器件功能失效或帶病工作從而導(dǎo)致故障且危及整個(gè)信息組合系統(tǒng)的健康運(yùn)行。

信息傳輸網(wǎng)絡(luò)故障受人的行為、生態(tài)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備性能的影響。其物理設(shè)備故障(包括邏輯故障)、生態(tài)環(huán)境故障、行為故障,任何一種故障的發(fā)生都會(huì)對(duì)電力信息傳輸網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生巨大的影響。信息傳輸網(wǎng)絡(luò)故障的危害有以下幾種類別:一是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全事件會(huì)造成局部網(wǎng)絡(luò)中斷,出現(xiàn)局部范圍的網(wǎng)絡(luò)停電,對(duì)局部區(qū)域造成一定的經(jīng)濟(jì)損失;二是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)事件造成大面積線路中斷,出現(xiàn)大區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)癱瘓,或主營(yíng)業(yè)務(wù)區(qū)域大面積停電,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失;三是信息傳輸網(wǎng)絡(luò)事件造成主營(yíng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)癱瘓,或主營(yíng)信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)毀壞或信息泄密事件,導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失或產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)影響;四是傳輸網(wǎng)絡(luò)事件會(huì)使系統(tǒng)整體癱瘓,造成不良的國(guó)際影響,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

據(jù)此,信息傳輸網(wǎng)絡(luò)事件可能使整個(gè)企業(yè)運(yùn)營(yíng)癱瘓、使國(guó)家的安全面臨崩潰。因此,必須開展對(duì)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)故障的分析與預(yù)控研究,尋找故障產(chǎn)生的根源,制定有針對(duì)性的故障控制策略,消除隱患,確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全。

2 網(wǎng)絡(luò)故障的歸類及統(tǒng)計(jì)

為貫徹國(guó)家“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的方針[1],準(zhǔn)確掌握電力信息傳輸網(wǎng)絡(luò)故障的規(guī)律及形態(tài)特征,筆者采集近4年來某國(guó)有電力企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)故障,對(duì)采集的所有網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行歸類和統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 網(wǎng)絡(luò)故障歸類

根據(jù)影響故障的因素分為:行為故障、生態(tài)環(huán)境故障、物理設(shè)備故障。

(1)行為故障。將控制系統(tǒng)中人為操作因素導(dǎo)致的故障劃定為行為故障。行為故障是主觀存在的,導(dǎo)致行為故障的原因有:可能存在安全制度不健全或制度執(zhí)行不嚴(yán);員工麻痹大意或超負(fù)荷的勞動(dòng)使其身心疲憊引發(fā)行為操控失誤,從而導(dǎo)致故障。

(2)生態(tài)環(huán)境故障。將在自然生態(tài)環(huán)境中,如突發(fā)的地震、洪水、冰雪等自然災(zāi)害引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不穩(wěn)定或運(yùn)行中斷劃定為生態(tài)環(huán)境故障。生態(tài)環(huán)境故障客觀存在且可以預(yù)防。

(3)物理設(shè)備故障。將設(shè)備失去或降低其所規(guī)定的功能,使設(shè)備不能正常運(yùn)行或中斷運(yùn)行所導(dǎo)致的故障劃定為物理設(shè)備故障。物理設(shè)備故障包括硬件和軟件故障。將網(wǎng)絡(luò)主機(jī)平臺(tái)設(shè)備和層級(jí)區(qū)域的基站、光纜、路由、交換服務(wù)器等導(dǎo)致的故障歸類為硬件故障;將軟件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、IP地址的匹配和自動(dòng)獲取、誤碼錯(cuò)碼及各應(yīng)用軟件等引發(fā)的故障歸類為軟件故障。

2.2 網(wǎng)絡(luò)故障的統(tǒng)計(jì)分析

按照上述網(wǎng)絡(luò)故障類別統(tǒng)計(jì),2018-2021年期間,該企業(yè)共發(fā)生各類故障1 077次。其中,行為故障438次,占故障總數(shù)的41%;生態(tài)環(huán)境故障335次,占31%;物理設(shè)備故障304次,占28%;年度故障依次為232、250、278、317次。具體數(shù)據(jù)詳情,見表1。

表1 網(wǎng)絡(luò)故障統(tǒng)計(jì)分析Tab.1 The statistical analysis of network faults 單位:次

網(wǎng)絡(luò)故障類別統(tǒng)計(jì)凸顯出2大問題:一是故障數(shù)量逐年增多;二是在所有故障類別中,行為因素引發(fā)的故障數(shù)量最多。如圖1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)故障總計(jì)Fig.1 Total network faults

3 網(wǎng)絡(luò)故障的特征分析

3.1 行為故障的特征

表1、圖1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示該企業(yè)行為故障數(shù)量最多,行為故障主要是由人的因素導(dǎo)致。在企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中,由人的行為導(dǎo)致故障的主要原因有:由于人存在僥幸心理、思想麻痹大意引發(fā)故障;因個(gè)體知識(shí)和技能的短缺,不遵守規(guī)章制度出現(xiàn)違章作業(yè)導(dǎo)致故障。

常見的行為故障多出現(xiàn)在企業(yè)的建設(shè)施工,設(shè)備安裝、調(diào)試、維修或應(yīng)急故障的處理中。如高空作業(yè)不佩戴安全防護(hù)器具;隨意移動(dòng)和損壞安全標(biāo)志及信號(hào)警示裝置;現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)不走安全通道;現(xiàn)場(chǎng)不按規(guī)定對(duì)危險(xiǎn)作業(yè)進(jìn)行監(jiān)護(hù);發(fā)現(xiàn)故障、隱患不及時(shí)處理;不按規(guī)定要求填寫安全作業(yè)報(bào)告書、低壓電氣作業(yè)忽略兩票填寫或填寫不符合規(guī)范要求等。也有部分行為故障是由于機(jī)制問題導(dǎo)致,如安全教育時(shí)長(zhǎng)不夠、培訓(xùn)松懈,缺乏工程技術(shù)對(duì)策、教育對(duì)策、法制約束對(duì)策等。

3.2 生態(tài)環(huán)境故障的特征

生態(tài)環(huán)境故障主要受到氣候因素和生物因素的影響。

3.2.1 氣候因素

隨著天氣變化、季節(jié)交替,頻繁出現(xiàn)的惡劣天氣極易引發(fā)故障。生態(tài)環(huán)境事故發(fā)生呈現(xiàn)季節(jié)性規(guī)律,由圖2可見,其中曲線顯示1、2月故障趨向走高,3月逐步下降,5月逐步升高,6、7月曲線趨向高位,8月逐步下降,10月逐步升高,12月呈現(xiàn)最大,即一季度初、二季度末、三季度初、四季度末均為事故多發(fā)時(shí)段。

圖2 生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障季節(jié)的變化曲線Fig.2 The seasonal variation curve of the network failure caused by the ecological environment

故障與臺(tái)風(fēng)、洪水、雷雨、冰雪有直接的關(guān)聯(lián)。季節(jié)性的故障多屬于物理故障,強(qiáng)勁的臺(tái)風(fēng)可以重?fù)魲U塔、摧毀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)架。因此,洪水季節(jié)和冰凍季節(jié)常出現(xiàn)基站設(shè)備、網(wǎng)線設(shè)備的損壞;陰雨天氣常出現(xiàn)鏈路接口松動(dòng)或轉(zhuǎn)換器受潮漏電斷電、絕緣破壞或線路嚴(yán)重的電磁干擾等故障情況。

3.2.2 生物因素

電網(wǎng)面臨的環(huán)境威脅不僅僅是氣候,還有生物因素,如田鼠、飛禽、壁虎、蜂窩等,這些動(dòng)物對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也存在著極大的風(fēng)險(xiǎn)。如田鼠、松鼠、飛禽對(duì)IDE數(shù)據(jù)線、排線、光纜的破壞力很大,該企業(yè)架設(shè)的ADSS光纜由于田鼠造成信息網(wǎng)絡(luò)中斷高達(dá)30余次。

3.3 物理設(shè)備故障的分布特征

該企業(yè)管轄A、B、C、D、E、F 6大供電區(qū)域,其中A、B供電區(qū)域?yàn)殚_發(fā)區(qū),C、D為次開發(fā)區(qū),E、F為老城區(qū),按區(qū)域統(tǒng)計(jì)故障次數(shù),見表2。老城區(qū)E、F出現(xiàn)的故障最多,E區(qū)為224次,F區(qū)為282次,說明老城區(qū)的信息網(wǎng)絡(luò)存在嚴(yán)重安全問題。

表2 網(wǎng)絡(luò)故障區(qū)域分布Tab.2 The distribution of the network fault area 單位:次

分析老城區(qū)故障多發(fā)的原因,主要是由于早期建設(shè)的信息網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多為環(huán)形、星型和總線型、令牌環(huán)和FDDI、atm網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,而環(huán)形結(jié)構(gòu)的主要缺陷就是穩(wěn)定性、冗余性、容錯(cuò)能力不足,加上設(shè)備運(yùn)行已久,若出現(xiàn)一處故障就會(huì)導(dǎo)致全環(huán)癱瘓,因此,老城區(qū)的物理設(shè)備故障(邏輯故障)頻發(fā)。如配電終端遙測(cè)數(shù)據(jù)異常、終端無(wú)法正常運(yùn)行,配電終端遙信數(shù)據(jù)異常,配電終端遙控失敗,配電終端無(wú)法上線,或出現(xiàn)路由端口參數(shù)設(shè)定及配置錯(cuò)誤、無(wú)法識(shí)別遠(yuǎn)端地址或出現(xiàn)子網(wǎng)掩碼錯(cuò)誤等。

綜上所述,信息網(wǎng)絡(luò)故障歸納起來呈現(xiàn)3種特征:客觀性,存在于生態(tài)環(huán)境之中;潛在性,存在人們的意識(shí)形態(tài)之中;規(guī)律性,與物理設(shè)備性能和運(yùn)行狀態(tài)(使用壽命及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自然衰老)緊密關(guān)聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)故障若不能及時(shí)控制,會(huì)劣變蔓延,導(dǎo)致更多的故障發(fā)生,使企業(yè)遭受更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,安全網(wǎng)絡(luò)故障要引起人們高度重視,必須做好預(yù)控,及時(shí)阻斷故障,避免和減少故障的發(fā)生[2]。

4 網(wǎng)絡(luò)故障的控制方法及應(yīng)對(duì)策略

安全是電力企業(yè)不可觸碰的紅線[3]。因此,必須采取一切有效的措施和方法予以控制和阻斷故障。

4.1 行為故障的三角控制模型及應(yīng)用

根據(jù)行為故障的特征,按照現(xiàn)代化管理方法,建立控制行為故障的三角模型,以此約束故障行為。根據(jù)該企業(yè)故障的形態(tài)特征設(shè)置模型內(nèi)容,包括行為理念、行為規(guī)范和行為能力3大模塊。行為理念模塊包括安全教育培訓(xùn)、案例微視頻及事故預(yù)演,如安全警示教育、安全故事會(huì)、安全事故演練等影響人們意識(shí)行為的內(nèi)容;行為規(guī)范模塊主要用制度來規(guī)范其行為,其內(nèi)容設(shè)置有法律規(guī)章制度、流程標(biāo)準(zhǔn)、安全激勵(lì)等;行為能力模塊主要用以提高勞動(dòng)者專業(yè)和技能知識(shí)、實(shí)際操作能力和應(yīng)對(duì)處理各類故障的駕馭能力。其行為故障的三角控制模型,如圖3。

圖3 行為故障三角控制模型圖Fig.3 The triangle control model diagram for the behavior fault

根據(jù)圖3的三角控制模型,控制行為故障的方法有:首先,建立完善的安全保障機(jī)制、安全激勵(lì)機(jī)制、故障處理的規(guī)范流程及環(huán)境作業(yè)標(biāo)準(zhǔn);針對(duì)專業(yè)技能知識(shí)、設(shè)備新技術(shù)知識(shí)、舊設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)及維修技術(shù)、安全理念、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、職業(yè)道德等內(nèi)容,編制培訓(xùn)大綱和文字教材及多媒體教材等,有針對(duì)性地提高企業(yè)員工的崗位知識(shí)和技能。其次,建立勞動(dòng)者能力提升或人才成長(zhǎng)的保障機(jī)制,保障改變行為故障的培訓(xùn)機(jī)會(huì)和時(shí)間,并根據(jù)確定的培訓(xùn)主題、內(nèi)容和邊緣相關(guān)科學(xué)來提高其行為能力。實(shí)現(xiàn)過程按下列實(shí)施方案進(jìn)行:設(shè)計(jì)主題、學(xué)習(xí)內(nèi)容、授課課時(shí)、系統(tǒng)的評(píng)估或評(píng)價(jià),并按照培訓(xùn)體系管理辦法(每培訓(xùn)1h,在個(gè)人培訓(xùn)檔案中積2分)嚴(yán)格管理。只有針對(duì)性地將安全教育做細(xì)做實(shí),才能真正地改變?nèi)说男袨槟芰Α?/p>

4.2 生態(tài)環(huán)境故障的預(yù)控策略

4.2.1 生態(tài)環(huán)境故障的管理控制

生態(tài)環(huán)境故障客觀存在,同時(shí)亦可以預(yù)防,在發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)控,以便及時(shí)處理,有效降低故障發(fā)生率。如臺(tái)風(fēng)暴雨、冰雪災(zāi)害、生物破壞等引起的故障,其預(yù)控方法是:制定可行的災(zāi)前預(yù)控措施,如建立防止自然生態(tài)環(huán)境故障的風(fēng)險(xiǎn)指揮機(jī)構(gòu),設(shè)置?；蚣媛毎踩珝徫蝗藛T,負(fù)責(zé)及時(shí)獲取氣象信息并實(shí)時(shí)預(yù)警,做好防風(fēng)、防冰雪災(zāi)害等各項(xiàng)物資儲(chǔ)備、巡查故障隱患、加固風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的在線設(shè)備保護(hù)等工作;建立常規(guī)性的搶險(xiǎn)先鋒隊(duì)、突擊隊(duì)、保障隊(duì)、交通隊(duì)等組織保障機(jī)構(gòu),隨時(shí)、快速的集結(jié)突擊搶險(xiǎn),每半年開展1次應(yīng)急搶修項(xiàng)目的演練、應(yīng)急場(chǎng)景模擬檢查、災(zāi)后搶險(xiǎn)恢復(fù)生產(chǎn)等活動(dòng),做到機(jī)制上的保證。

4.2.2 控制生態(tài)環(huán)境故障的技術(shù)方法

建立抗災(zāi)通信常規(guī)關(guān)系的技術(shù)集成模型,及時(shí)獲取抗災(zāi)常規(guī)電網(wǎng)特性數(shù)據(jù);建立應(yīng)急信息技術(shù)集成模塊,獲取電網(wǎng)故障信息及故障設(shè)備的應(yīng)急信息;建立關(guān)鍵業(yè)務(wù)技術(shù)模塊,確定收取電力生產(chǎn)、調(diào)度、變電站所、線路保護(hù)及配電自動(dòng)化特性數(shù)據(jù)信息;建立抗災(zāi)綜合保障方案模塊,根據(jù)收集的特性數(shù)據(jù)信息制定通信保障及實(shí)施方案,如圖4。在臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū),可以建立專網(wǎng)基站,系統(tǒng)選擇頻段覆蓋能力大的900MHz系統(tǒng)設(shè)備。對(duì)重災(zāi)地區(qū)配置衛(wèi)星通信,災(zāi)害頻發(fā)的各地(市)縣可以建立寬帶局域網(wǎng)(Broadband Global Area Network,BGAN)。依托我國(guó)的北斗衛(wèi)星監(jiān)控功能獲取地理信息;對(duì)故障風(fēng)險(xiǎn)指揮機(jī)構(gòu)可配置北斗指揮遙控機(jī),重災(zāi)地(市)縣級(jí)可配置一種用于接收衛(wèi)星信號(hào)并計(jì)算位置的普通型北斗定位終端設(shè)備或配置用于傳輸位置信息定位的報(bào)文機(jī),也可配置便攜式無(wú)線數(shù)字裝備,以此實(shí)現(xiàn)有線無(wú)線互補(bǔ)、靈活應(yīng)對(duì)。

圖4 生態(tài)環(huán)境故障控制技術(shù)模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.4 The structure diagram of the control technology module for the ecological environment fault

在洪澇、冰災(zāi)的預(yù)控技術(shù)方面,也可以適度提高網(wǎng)絡(luò)線路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),在網(wǎng)絡(luò)線路構(gòu)架時(shí)加強(qiáng)適應(yīng)洪澇、冰雪的技術(shù)張力,使其可以抵抗外部環(huán)境重壓的拉力。如在多洪地區(qū)、多冰地區(qū),對(duì)基站軟硬件設(shè)施、光纜專線、纜芯、絕緣套膠及附屬裝備可以提高其技術(shù)等級(jí);對(duì)己建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)線路可以進(jìn)行升級(jí)改造,建立在線故障監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)系統(tǒng),實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)線路健康狀態(tài);對(duì)雷電攻擊頻發(fā)的地區(qū),對(duì)重點(diǎn)保護(hù)的光纜線路及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,可安裝智能可控放電避雷裝置,激發(fā)上行雷電先導(dǎo),減少雷電對(duì)裸露光纜線路、基站設(shè)備裝置的損害,避免雷擊故障,確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全健壯性。

4.2.3 動(dòng)物威脅的防控技術(shù)

環(huán)境中的飛禽走獸常給信息傳輸網(wǎng)絡(luò)造成破壞,引起鏈路通信不穩(wěn)定或跳閘短路,如田鼠對(duì)纜線的破壞性極強(qiáng),飛雁歇落、筑窩對(duì)空中纜線帶來危害。在傳統(tǒng)的滅害方法中,常采取封、擋、堵、粘、藥防控,這些方法對(duì)密集技術(shù)場(chǎng)所的纜線、配電裝置的保護(hù)還不夠。隨著電子科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,滅害防災(zāi)可以選取物理學(xué)的技術(shù)方法,如器械滅鼠法、電子貓微波20～50Hz強(qiáng)力超聲器滅害法等;也可根據(jù)當(dāng)?shù)貞?yīng)用環(huán)境,利用輸電線感應(yīng)電壓驅(qū)趕鳥害,降低高空纜線通信的故障率。

4.3 物理設(shè)備故障的預(yù)控方法

物理設(shè)備故障與設(shè)備的健康情況均會(huì)影響到電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和用戶的可靠用電[4]。目前電力企業(yè)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是各單位根據(jù)自身的基礎(chǔ)資源情況建立,通常采用以下幾種技術(shù)接入:電力載波通信(Power Line Communication, PLC);光纖通信,包括新一代網(wǎng)絡(luò)(New Generation Network, NGN),準(zhǔn)同步數(shù)字體系(Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH),同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy, SDH),基于SDH平臺(tái)技術(shù)開發(fā)的、多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(Multi-Service Transport Platform, MSTP)等技術(shù);運(yùn)行較穩(wěn)定的第三代移動(dòng)通信技術(shù)(Third Generation,3G)、第四代移動(dòng)通信技術(shù)(Fourth Generation,4G)、微波通信(Microwave Communication)等;無(wú)線公網(wǎng),包括通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)、無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。該企業(yè)的數(shù)字信息網(wǎng)主要以載波通信PLC、PDH/SDH/MSTP通信和無(wú)線通信(主流3G/4G)技術(shù)為主;企業(yè)的內(nèi)部專網(wǎng)系統(tǒng)多級(jí)、復(fù)雜,業(yè)務(wù)種類繁多。因此,該企業(yè)物理設(shè)備故障較多,處理物理設(shè)備故障最好的方法:增強(qiáng)物理設(shè)備故障的診斷和識(shí)別,使其準(zhǔn)確地處理故障;對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行改造升級(jí),實(shí)現(xiàn)阻斷和減少故障。

4.3.1 硬件設(shè)備故障診斷

信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的硬件設(shè)備主要有:中央處理器(Central Processing Unit, CPU)、主機(jī)內(nèi)置磁盤、光纖通道卡、1000Mbps基帶傳輸系統(tǒng)(1000base-SX)、小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(Small Computer System Interface,SCSI)、適配控制器(Adapter controller )、雙絞線傳送100Mb/s基帶信號(hào)的星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)(10/100Base-T)、內(nèi)存卡2Gb、主機(jī)(Family Computer,FC),企業(yè)總控中心錯(cuò)誤檢查和糾正(Error Checking and Correcting,ECC)的主件設(shè)備、熱插拔內(nèi)置硬盤、內(nèi)存動(dòng)態(tài)隔離與恢復(fù)設(shè)備冗余電源/風(fēng)扇、熱插拔座板卡、控制臺(tái)顯示器、數(shù)字視頻光盤(Digital Video Disk,DVD)、操作系統(tǒng)介質(zhì)、集群服務(wù)系統(tǒng)設(shè)備等。最常見的故障是接口設(shè)備損害故障,線路折斷故障,路由器、適配器、集成系統(tǒng)設(shè)備故障等,其故障的診斷方法有以下幾種。

(1)利用網(wǎng)絡(luò)管理工具(包括局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)分析儀)及其他故障診斷工具檢測(cè)、采集信息。利用電子通信儀器、檢測(cè)設(shè)備的性能和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析,判斷設(shè)備是否存在故障風(fēng)險(xiǎn);通過監(jiān)視故障設(shè)備報(bào)警信號(hào)、報(bào)警指示燈識(shí)別、診斷、處理故障;通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA)的單元裝置、遠(yuǎn)程終端(Remote Terminal Units,RTU)與調(diào)度中心間的遠(yuǎn)距離信息傳輸,獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)判斷是否存在故障,即利用遠(yuǎn)端測(cè)控單元裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)端設(shè)備信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量與控制;通過系統(tǒng)命令識(shí)別故障,如采用 show interface 命令,對(duì)各端口進(jìn)行狀態(tài)檢查;利用show proe 命令、show drocmem 命令查看路由器運(yùn)行狀態(tài)等。

(2)通過巡檢采錄故障。人工現(xiàn)場(chǎng)巡檢可以及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)故障、及時(shí)處理設(shè)備潛在安全隱患問題。定期分區(qū)、分片巡視檢測(cè),記錄信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的脆弱狀態(tài)及帶病運(yùn)行狀態(tài),如傳輸設(shè)備承受溫度過高會(huì)導(dǎo)致光纜防護(hù)套膠老化脫落、芯線熔斷;溫度過低會(huì)導(dǎo)致光纜套膠緊縮、接頭線盒進(jìn)水或結(jié)冰,易出現(xiàn)接口線路斷路或集塵、腐蝕的不良現(xiàn)象。因此通過人工信息采集分析,可以更直觀、更準(zhǔn)確、更快捷地處理故障。智能無(wú)人機(jī)巡檢,隨著自動(dòng)控制技術(shù)、GPS 導(dǎo)航技術(shù)、航空遙感測(cè)量技術(shù)、無(wú)線天地對(duì)接通信新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),無(wú)人機(jī)的使用被越來越多的行業(yè)所關(guān)注,無(wú)人機(jī)具有測(cè)量采集系統(tǒng)強(qiáng)大、攜帶方便、反應(yīng)快速、操作便捷,以及起落不受環(huán)境因素影響的優(yōu)勢(shì),對(duì)原野、山崗?fù)ㄐ呕竞烷L(zhǎng)距離光纜的巡檢可啟用無(wú)人機(jī)巡航、采拍記錄故障信息。特別是冰雪、洪災(zāi)、滑坡等自然災(zāi)害引發(fā)的設(shè)備故障、山區(qū)峽谷人工巡線無(wú)法到達(dá)的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,可通過無(wú)人機(jī)巡檢、收錄故障信息,以便及時(shí)診斷處理故障。

(3)通過標(biāo)準(zhǔn)化管控分析處理故障。建立標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與管控體系,做好設(shè)備維修、設(shè)備資產(chǎn)、設(shè)備全生命周期的精準(zhǔn)化管理;做好網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息系統(tǒng)故障的統(tǒng)計(jì)報(bào)表分析;做好閑置、報(bào)廢設(shè)備的靜動(dòng)態(tài)綜合數(shù)據(jù)分析;做好運(yùn)行時(shí)間、故障頻次、平均故障工作時(shí)間(Mean Time Between Failure,MTBF)、平均修復(fù)時(shí)間(Mean Time To Repair, MTTR)的管理分析;建立故障知識(shí)庫(kù),歸集緊急維修、狀態(tài)維修、定期維修檔案庫(kù),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)資源的共享和故障狀態(tài)的快速響應(yīng)。

4.3.2 軟件系統(tǒng)常見故障及預(yù)控

軟件操作系統(tǒng)主要有:Windows 7、Windows 10系列等,系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle Database/My SQL/MS SQL Server,應(yīng)用服務(wù)器的應(yīng)用程序(Weblogic/Websphere/Oracle Application),運(yùn)用服務(wù)器(Server/Tomcat Java2)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)運(yùn)行環(huán)境(Data operation environment, DOE)及以上應(yīng)用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)軟件技術(shù) (Block encryption algorithm,BEA),系統(tǒng)診斷和網(wǎng)絡(luò)軟件性能測(cè)試儀(Network software performance tester;NSPT)、防火墻軟件(Data Execution Prevention,DEP),或其他規(guī)模關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的不同業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)服務(wù)軟件等。

常出現(xiàn)的軟件故障有:系統(tǒng)端口故障,當(dāng)系統(tǒng)端口或運(yùn)行數(shù)列及進(jìn)程遭到病毒襲擊時(shí),導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能正常運(yùn)行或?qū)е孪到y(tǒng)關(guān)閉;軟件邏輯故障,當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序發(fā)生錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置不當(dāng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的問題都會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)軟件故障。

軟件故障的應(yīng)對(duì)策略有:

(1)軟件系統(tǒng)維護(hù)。主要是做好系統(tǒng)終端的病毒健康性管理。及時(shí)清理軟件系統(tǒng)垃圾和睡眠文件;做好系統(tǒng)安全防護(hù),除系統(tǒng)設(shè)有橫縱向防火墻隔離外,還須配置系統(tǒng)終端的防毒、查殺軟件;對(duì)企業(yè)重要信息備份或加密,防止數(shù)據(jù)泄露或外流丟失;定期檢查網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性、異常性問題。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)的健壯性管理。通過系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的健壯性。數(shù)據(jù)庫(kù)性能的好壞直接影響應(yīng)用軟件的運(yùn)行,因此,必須做好數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行的健壯性管理。數(shù)據(jù)庫(kù)檢測(cè)內(nèi)容有系統(tǒng)測(cè)試、集成測(cè)試、數(shù)據(jù)庫(kù)連接、邏輯關(guān)聯(lián)的接口、數(shù)據(jù)庫(kù)安全性、數(shù)據(jù)庫(kù)容量的性能測(cè)試、容錯(cuò)性和恢復(fù)能力測(cè)試、數(shù)據(jù)項(xiàng)的增加刪除操作等,例如,可以借助自動(dòng)化的測(cè)試軟件、數(shù)據(jù)測(cè)試工廠(Data Factory,DF)(此工具可支持DB2、Oracle、Sybase、SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)及開放式數(shù)據(jù)庫(kù)ODBC連接方式),利用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行分析或?qū)嵤?shù)據(jù)的強(qiáng)制管理等來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的健壯性。

(3)網(wǎng)絡(luò)信息加密技術(shù)管理。多層的安全防護(hù)措施,適用于單設(shè)備多應(yīng)用和單通信鏈路多應(yīng)用的復(fù)用技術(shù),可利用密碼開啟的方式加強(qiáng)對(duì)各個(gè)應(yīng)用程序的保護(hù);多層次的深度防御,適用于保護(hù)多層應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全,可采用智能密碼鑰匙、智能集成電路卡、動(dòng)態(tài)令牌,一次一密的方式安全登錄;對(duì)重要數(shù)據(jù)的保護(hù)利用服務(wù)器密碼機(jī)等設(shè)備加密和計(jì)算、測(cè)量與控制(Measurement and Control,MAC)后傳輸,以此確保傳輸、存儲(chǔ)過程中重要數(shù)據(jù)的保密性和完整性;利用人臉識(shí)別或驗(yàn)簽服務(wù)器等規(guī)避對(duì)數(shù)據(jù)原發(fā)、接收行為的責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)[5]。

4.4 優(yōu)化信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高安全可靠性

該企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施較為薄弱,設(shè)備陳舊,線纜多在原野、山谷、地下敷設(shè),長(zhǎng)年遭受酷暑、嚴(yán)冬、洪澇災(zāi)害的侵襲,造成設(shè)備絕緣性能被破壞或設(shè)備性能不同程度的損壞,設(shè)備的帶病工作,這些都成為了安全隱患。老式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架相對(duì)滯后、結(jié)構(gòu)不合理、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,設(shè)備性能技術(shù)水平不高,技術(shù)設(shè)施脆弱,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行故障頻發(fā)。

4.4.1 改變?cè)O(shè)備的性能狀態(tài)

配合電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)對(duì)故障頻發(fā)的老城區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)巡視、檢查,發(fā)現(xiàn)隱患,及時(shí)處理故障;將投運(yùn)20年的老舊通信設(shè)備,連續(xù)運(yùn)行5年以上的交換機(jī)、服務(wù)器、計(jì)算機(jī)終端等性能脆弱的帶病設(shè)備進(jìn)行定期檢修和更換,以保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

4.4.2 舊網(wǎng)升級(jí)改造

該電力企業(yè)某些城區(qū)除了系統(tǒng)設(shè)備老舊外,在系統(tǒng)的使用容量上也存在著嚴(yán)重不足,出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵、運(yùn)行速度緩慢,長(zhǎng)期的過載運(yùn)行也會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)跳線和中斷。該企業(yè)使用的“深信服科技股份有限公司”一體化VPN網(wǎng)關(guān)技術(shù)SINFOR M5100-S VPN集合了互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議(Internet Protocol Security,IPSec)和安全套接層(Secure Socket Layer,SSL)建設(shè)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(Virtual Private Network, VPN),采用IPSec最大的技術(shù)支持并發(fā)數(shù)為1 500個(gè), SSL支持并發(fā)數(shù)是200個(gè),用戶端授權(quán)數(shù)為230個(gè),該設(shè)置已不能滿足當(dāng)前用戶需求。為滿足企業(yè)生產(chǎn)、調(diào)度、線損的安全、營(yíng)銷、財(cái)務(wù)管理、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)擴(kuò)展需求,通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的優(yōu)化已成為阻斷和減少網(wǎng)絡(luò)故障的焦點(diǎn)。因此,重點(diǎn)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)建設(shè),將終端用戶擴(kuò)展到1 200個(gè),以此提高系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和安全性[6]。

網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造的具體實(shí)施案例為:

(1)將VPN網(wǎng)關(guān)升級(jí)成雙線路運(yùn)行。將虛擬專用網(wǎng)VPN網(wǎng)關(guān)設(shè)備升級(jí)為軟件定義廣域網(wǎng)(Software Defined Wide Area Network,SD-WAN),并新增一路非對(duì)稱數(shù)字用戶線路(Asymmetric Digital Subscriber Line,ADSL),將通信出口路徑和網(wǎng)通出口路徑互為備份。選用SINFOR專利技術(shù)的智能數(shù)字線路和數(shù)字多線路復(fù)用技術(shù),快速地與用戶終端創(chuàng)建隧道連接,可以在一條線路故障造成通信中斷時(shí)迅速切換另一線路連接,如圖5。此技術(shù)路線不僅對(duì)原網(wǎng)絡(luò)缺陷進(jìn)行了彌補(bǔ),也規(guī)避了超載運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)VPN與用戶終端信息數(shù)據(jù)交換的高速運(yùn)行,提高了運(yùn)行的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。

圖5 VPN網(wǎng)關(guān)設(shè)備升級(jí)的雙WAN網(wǎng)絡(luò)圖Fig.5 The dual WAN network diagram for the VPN gateway device upgrade

(2)將IPSec授權(quán)更為SSL授權(quán)。將原本使用IPSec VPN授權(quán)的一半用戶端(1 200個(gè))轉(zhuǎn)換為使用SSL VPN,同時(shí)在SSL上新增2 500個(gè)用戶終端,并通過SSL約束超時(shí)限制,當(dāng)終端用戶離線1h或2h無(wú)操作時(shí),約束自動(dòng)退出VPN連接,這樣既確保授權(quán)用戶充分地上線,又解決了網(wǎng)絡(luò)擁堵問題,也可以限制VPN終端用戶訪問權(quán)限,還可以設(shè)定權(quán)限級(jí)別或其他可選擇的網(wǎng)絡(luò)資源權(quán)限管控實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)管控及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行[7]。

(3)點(diǎn)網(wǎng)連接拓?fù)渲辆W(wǎng)網(wǎng)連接。根據(jù)企業(yè)規(guī)模的不斷壯大,也可進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)鏈的再生布局,具有220、110 kV變電生產(chǎn)管理的基層用戶也可建立企業(yè)層級(jí)的VPN客戶,以此拓?fù)浔締挝蛔冸娬緹o(wú)人值班控制系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)(Management Information System,MIS)、辦公自動(dòng)化(Office Automation,OA)系統(tǒng)、配電網(wǎng)故障搶修管理系統(tǒng)等,使企業(yè)的所有計(jì)算機(jī)都運(yùn)行起來,然后再網(wǎng)網(wǎng)互聯(lián)到上一層級(jí)的VPN中心,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范化、層級(jí)化、程序化管理[8]。這樣不僅滿足應(yīng)急故障的各業(yè)務(wù)需要,且能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全穩(wěn)定,如圖6。

圖6 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)互連結(jié)構(gòu)圖Fig.6 The structure diagram for the internal network interconnection

(4)將企業(yè)主干網(wǎng)絡(luò)帶寬升級(jí)。為確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全可靠,可采取環(huán)型和總線型組網(wǎng)拓?fù)浞绞?實(shí)現(xiàn)全供電區(qū)域信道的高速全覆蓋。將主干網(wǎng)絡(luò)帶寬升級(jí)到萬(wàn)兆級(jí)單位,實(shí)現(xiàn)雙機(jī)主備交換,當(dāng)任意段鏈路出現(xiàn)故障時(shí),網(wǎng)絡(luò)信道以毫秒的速度自動(dòng)切換,以此阻斷和減少故障的發(fā)生。

5 結(jié)論

(1)基于電力企業(yè)應(yīng)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和某企業(yè)行為故障的形態(tài)特征分析,有針對(duì)性地提出行為故障的三角控制模型,通過行為理念、行為規(guī)范和行為能力3大模塊的制約,來轉(zhuǎn)變理念、規(guī)范行為,提高勞動(dòng)者的安全技能和實(shí)操能力。

(2)基于生態(tài)環(huán)境故障特征分析,建立生態(tài)環(huán)境故障控制的技術(shù)模塊方案,并提出應(yīng)對(duì)冰雪、飛禽、田鼠引發(fā)故障的措施和策略。該預(yù)控措施及方法具有實(shí)用性、可操作性。

(3)基于物理故障設(shè)備性能狀態(tài)分析,提出網(wǎng)絡(luò)軟(硬)件故障的快速診斷技術(shù)和檢測(cè)方法;設(shè)計(jì)了VPN網(wǎng)關(guān)升級(jí)成雙線路運(yùn)行、IPSec授權(quán)更為SSL授權(quán)、點(diǎn)網(wǎng)連接拓?fù)渲辆W(wǎng)網(wǎng)連接的升級(jí)技術(shù)方案,以此優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、層級(jí)化、程序化管控,提高網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的可靠性。

本文網(wǎng)絡(luò)故障的研究措施和方法,針對(duì)性強(qiáng)、適用性廣。對(duì)各企事業(yè)單位信息網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)防、控制有一定的啟發(fā)和借鑒作用。