試論電力自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全

摘 要：和其他行業(yè)相比，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，覆蓋面比較大，層次也比較多，可以說是一個比較特殊的能源行業(yè)，發(fā)電、輸電、配電及用電都必須在同一時間完成。本文主要從電力自動化系統(tǒng)的功能及其在網(wǎng)絡(luò)方面的安全性展開相關(guān)論述。

關(guān)鍵詞：電力自動化；網(wǎng)絡(luò)安全；自動化系統(tǒng)

1 前言

近幾年來，電力系統(tǒng)的自動化水平隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的逐漸擴大及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展也得到了一定程度的提高。另一方面，隨著電力客戶服務(wù)質(zhì)量相關(guān)規(guī)范的建立，人們對其安全性及可靠性都提出了更高的要求[1]。電力自動化系統(tǒng)是一種集電力生產(chǎn)、輸送、分配以及消費為一體化的控制及監(jiān)視系統(tǒng)，它的安全性及可靠性對電力客戶服務(wù)質(zhì)量的提高具有非常重要的意義。本文主要從電力自動化系統(tǒng)的功能及其在網(wǎng)絡(luò)方面的安全性作以下論述。

2 電力自動化系統(tǒng)的功能

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防范體系設(shè)計的整體性及一致性原則等相關(guān)要求，在電力自動化網(wǎng)建立的初期階段，就應(yīng)該對系統(tǒng)的可靠性及安全性有一個比較全面的考慮，此外，還應(yīng)該對系統(tǒng)自動化的業(yè)務(wù)及功能有一定程度的了解及掌握。

現(xiàn)階段，電力自動化主要有以下功能：

2.1 SCADA功能：把遙信及遙測數(shù)據(jù)從廠站進行有效接收，然后把遙調(diào)、遙控以及對實時指令發(fā)送給廠站，從而使電力系統(tǒng)的仿真操作得以有效實現(xiàn)。

2.2 系統(tǒng)接口功能：完成模擬屏、大屏幕以及調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)的連接，從而使仿真流程的有效控制得以實現(xiàn)。

2.3 PAS功能：完成網(wǎng)絡(luò)建模、網(wǎng)絡(luò)拓撲、負荷預(yù)報、狀態(tài)估計、調(diào)度員潮流、靜態(tài)安全分析、無功以及電壓的優(yōu)化控制等，從而使電網(wǎng)的模擬結(jié)構(gòu)得以有效實現(xiàn)。

2.4 DTS及WEB服務(wù)功能：完成電力系統(tǒng)模型模塊、控制中心模型模塊以及教員系統(tǒng)模塊等DTS和WEB服務(wù)功能，從而使仿真效果考核等得以有效實現(xiàn)。

在電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，有許多分類，通常根據(jù)業(yè)務(wù)類型、安全等級以及實時等級等可把它們分為生產(chǎn)數(shù)據(jù)的輸送及數(shù)據(jù)信息的輸送管理兩大類，此外，它還包括對外服務(wù)與音頻輸送等應(yīng)用。當應(yīng)用系統(tǒng)不一樣的時候，其對安全所提出的要求也會不一樣，如和計費有關(guān)電力市場業(yè)務(wù)對安全性的要求比較高，不僅要有一定程度的可靠性，而且還必須保密；而生產(chǎn)控制類則要求TCP/IP的數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)在實時性方面有一定強度，而且電網(wǎng)安全和遙調(diào)及遙控有著非常重要的關(guān)系，對可靠性方面的要求比較高[2]。無論對于哪種類型的應(yīng)用，電力信息網(wǎng)絡(luò)都必須按照各類業(yè)務(wù)的具體要求采取相應(yīng)的防護措施，從而使它們的運行在安全方面得到一定程度的保障。

3 電力自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全的實現(xiàn)分析

3.1 網(wǎng)絡(luò)層的安全實現(xiàn)。設(shè)備被毀、被盜以及人為操作而引起的失誤或錯誤都屬于網(wǎng)絡(luò)層安全方面的范圍。電磁電力自動化系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的安全性對系統(tǒng)安全的順利建立有著非常重要的意義。

路由的有效優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的安全有著密切的聯(lián)系。

3.1.1 在網(wǎng)絡(luò)拓撲上要先考慮到冗余鏈路，大型集控站和地級以上的調(diào)度網(wǎng)通常都使用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)采集通道方面通常都有2～3條備用鏈路。

3.1.2 在電力自動化的局域網(wǎng)中，通常以交換機作為整個設(shè)備系統(tǒng)的中心，而路由器則作用為整個設(shè)備系統(tǒng)的邊界，對于中心交換機的三層交換功能及訪問控制功能必須盡可能地使其功能得到最大程度的發(fā)揮，把邏輯分段與物理分段進行有效結(jié)合，從而對局域網(wǎng)的安全性進行有效控制。圖1為邏輯分段的示意圖。

采用專用的光纖網(wǎng)把集控中心主站（即調(diào)度大樓）與各集控站進行有效連接，把集控中心主站中的主要交換機劃分成多個VLAN，然后讓每個集控分站一個虛網(wǎng)，本地一個虛網(wǎng)，并在VLAN配置初步訪問控制策略。此外，根據(jù)國家頒布的《電網(wǎng)和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安令防護規(guī)定》中的相關(guān)要求，在一定程度上使電力自動化系統(tǒng)有效避免黑客及病毒的攻擊，從而使供電企業(yè)及電力自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全得以有效實現(xiàn)。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防范系統(tǒng)中關(guān)于安全等級的設(shè)計標準，在物理隔離的安全區(qū)域范圍內(nèi)建立I/II到IIl/IV間的數(shù)據(jù)交換平臺系統(tǒng)，讓電力自動化系統(tǒng)通過該平臺系統(tǒng)把安全區(qū)I/II的數(shù)據(jù)信息輸送到安全區(qū)lII/IV中，在安全區(qū)III/IV中把這些數(shù)據(jù)信息進行整理分析，然后向外提供信息一體化服務(wù)、Web服務(wù)以及二次開發(fā)等相關(guān)功能。

3.2 物理層的網(wǎng)絡(luò)安全實現(xiàn)。火災(zāi)、水災(zāi)、地震等環(huán)境事故、高可用性的硬件、機房環(huán)境、雙機多冗余的結(jié)構(gòu)設(shè)計、線路截獲、報警系統(tǒng)、電源故障、干擾以及安全意識等都屬于電力自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)物理安全方面的范疇[3]。因此，物理層的網(wǎng)絡(luò)安全對電力自動化的整個系統(tǒng)有著非常重要的作用。為了使電力自動化系統(tǒng)的物理層網(wǎng)絡(luò)安全得以有效實現(xiàn)，可從以下方面著手：

3.2.1 環(huán)境安全。這是保證物理層網(wǎng)絡(luò)安全的首要條件。根據(jù)國家頒布的GB936I一88《計算站場地安傘要求》及GB50173-93《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范等的要求，電力自動化機房通常使用防靜電地板，且應(yīng)把機房內(nèi)的大氣壓力控制在82kPa～110kPa，相對濕度控制在12%～78%，相對溫度控制在l6℃～32℃。

3.2.2 傳輸介質(zhì)安全。為了在一定程度上減少電磁對電力企業(yè)的嚴重干擾，因可采用屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，采用屏蔽RJ45頭作為RJ45頭。對RJ45插頭進行制作時，應(yīng)按照一定順序?qū)ζ溥M行有效排列，把RJ45插頭插入，接口處最好用壓線鉗壓緊，以在最大程度上保證其連接的良好性，此外，對于裸露的雙絞線，不能讓RJ4露出，必須把裸漏部位控制在12mm以內(nèi)（插頭除外），以有效避免回波損耗及近端串擾情況，從而使網(wǎng)線的通汛質(zhì)量得到有效保證。

3.2.3 設(shè)備安全。機房內(nèi)通常使用延時較長且功率較大的電源，使用雙機冗余服務(wù)器，大型集控站及地調(diào)通常使用UNIX服務(wù)器，使用標準機柜，使用雙通道或三通道進行數(shù)據(jù)采集，以便電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可進行自動切換，從而使系統(tǒng)能夠繼續(xù)正常運行。需要特別強調(diào)的是，為了有效避免電池用久后而出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，應(yīng)對UPS電源的具體情況進行定期檢查。

3.2.4 視頻監(jiān)視設(shè)備系統(tǒng)。現(xiàn)在，許多1lOkV及其以下的變電站的日常運作都采用無人值班方式，因此，為了盡可能保證變電站設(shè)備的安全性及可靠性，大多數(shù)變電站都開始使用視頻監(jiān)視設(shè)備系統(tǒng)對電變電站的運作環(huán)境及外部環(huán)境進行有效的實時監(jiān)控，從而在一定程度上保證變電站日常運作得以安全進行。

4 .結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)、 物理設(shè)備、應(yīng)用程序以及系統(tǒng)平臺等區(qū)域都屬于電力自動化系統(tǒng)的安全管理范疇，且各區(qū)域都在一定程度上威脅著連網(wǎng)企業(yè)或組織的電力自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。近幾年來，黑客、病毒等各種各樣的攻擊手段正在不斷地發(fā)展變化，因此，只依靠產(chǎn)品的安全性是不能對電力自動化系統(tǒng)的安全性起到有效保護的，電力自動化系統(tǒng)安全的建設(shè)工程具有一定程度的復(fù)雜性，本文主要從電力自動化系統(tǒng)的功能及其在網(wǎng)絡(luò)方面的安全性作了相關(guān)論述，為了有效保證電力自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全，我們應(yīng)首先從觀念上進行有效轉(zhuǎn)變，然后通過技術(shù)、規(guī)劃及管理等多種手段對其安全性提供重要支持。

參考文獻

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[3]電力調(diào)度自動化網(wǎng)絡(luò)安全初探[J].北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，27（10）：121-125.