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)設備數(shù)量大，設備種類多的特點，因此配電自動化技術也得到了快速發(fā)展。由于互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展及智能設備的大量接入，當前配電自動化技術在設備或網(wǎng)絡等方面仍存在一些短板，因此本文主要研究了當前電網(wǎng)中配電自動化的常見安全防護方案并提出了改進方法，為電網(wǎng)相關人員科學認識配電自動化提供了借鑒與參考。

關鍵詞：配電自動化;安全防護;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。由于用戶端設備數(shù)量大、用電種類多等特點，因此需要依靠自動化系統(tǒng)對電能的分配及使用進行管理。而配電自動化作為作為維持電網(wǎng)安全運行系統(tǒng)的關鍵基礎設施之一，其自動化系統(tǒng)的安全防護更是保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要助力。配電自動化系統(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度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡等。

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

當配電自動化系統(tǒng)出現(xiàn)安全問題時，很可能會導致系統(tǒng)或設備故障進而引起更大的安全問題。因此為了解決配電自動化系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種安全問題，將其對電力網(wǎng)絡的影響降到最低，實現(xiàn)對配電自動化系統(tǒng)下的異常數(shù)據(jù)流的監(jiān)控和調整也逐漸成為電網(wǎng)運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，當出現(xiàn)故障時采用通常的事故處理手段容易導致故障幾率和范圍擴大的問題[4-5]。為幫助電網(wǎng)運行人員科學認識配電自動化系統(tǒng)，本文研究了當前配電自動化常見防護方案，并提出了相應的改進方法。

1 配電自動化安全發(fā)展概況

隨著電網(wǎng)自動化技術的日新月異發(fā)展，電力系統(tǒng)作為關系國家及社會生活的重要設施，使得國家對生產控制領域的自動化網(wǎng)絡安全及穩(wěn)定運行等問題日益重視。早在2002年5月，國家經(jīng)貿委發(fā)布了第30號令《電網(wǎng)和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡安全防護的規(guī)定》，同年出臺了《國家電網(wǎng)調度中心安全防護體系研究及示范》，其被列入了國家863計劃，隨后在2003年6月，為進一步加強對電網(wǎng)的安全防護國家商密辦為電網(wǎng)系統(tǒng)及設施裝備了特制密碼算法及相應加密芯片，同時提出了《全國電力二次系統(tǒng)安全防護總體方案》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)絡信息安全防護要求》，明確針對SCADA、DCS等電力系統(tǒng)及設施應具備的各類風險防范措施[6-7]。

在主站安全防護方面，近年來D5000（智能電網(wǎng)調度控制系統(tǒng)）逐步在各地電網(wǎng)得到推廣使用，企業(yè)也逐漸將原調度中心的十余套獨立應用系統(tǒng)進行安全整合，實現(xiàn)了系統(tǒng)的“橫向集成與縱向貫通”，已經(jīng)在二十幾個調度中心上線運行。省級以上備用調度體系已初步建成;場站安全防護方面，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80%以上。10千伏電壓等級的配網(wǎng)自動化技術得到的飛速發(fā)展，已有眾多城市在進行推廣建設。此外，智能用電采集系統(tǒng)和智能電表的應用也飛速發(fā)展，遠方遙控功能對系統(tǒng)整體的安全防護提出了新的挑戰(zhàn)。

軟硬件安全防護方面，基于多路多核技術的國產計算機服務器（機架式、刀片式）、圖形工作站性能和可靠性已達到國際同類水平，物美價廉，正迅速在電力監(jiān)控系統(tǒng)普及應用，近兩年已有超過1.5萬臺國產計算機在電網(wǎng)調度和變電站投入運行。此外，國產關系型商用數(shù)據(jù)庫、國產地理信息系統(tǒng)（GIS）、基于北斗衛(wèi)星的對時裝置等已隨智能電網(wǎng)調度技術支持系統(tǒng)推廣應用。

2.配電自動化安全基本特征

配電自動化系統(tǒng)安全主要有以下幾方面的特征：

（1）配電自動化系統(tǒng)的安全是一個整體。在當今4G、5G等通信技術飛速發(fā)展支撐的情形下，保障系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全已不僅僅關乎個人，更關乎整個國家和社會的安全穩(wěn)定。而隨著信息技術的飛速發(fā)展，配電系統(tǒng)中眾多設施均通過各信息系統(tǒng)進行連接，信息系統(tǒng)的正常運行是電網(wǎng)設施的穩(wěn)定運行的重要基礎。因此，可以認為保障整體信息監(jiān)控系統(tǒng)的安全是維持電網(wǎng)系統(tǒng)安全運行的重要保障。

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

（3）配電自動化系統(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)或設備網(wǎng)絡可以隨意進出開放，而是指其具有的開放的屬性。即配電自動化系統(tǒng)的安全防護技術不能故步自封，要時刻吸取外部先進技術及安全事故教訓，對自動化系統(tǒng)不斷進行完善才能充分保障監(jiān)控網(wǎng)絡的安全

（4）監(jiān)控網(wǎng)絡安全是相對而不是絕對的。要靈活對待監(jiān)控網(wǎng)絡的安全概念，監(jiān)控網(wǎng)絡安全是一個過程，或者說是一種狀態(tài)。對待監(jiān)控網(wǎng)絡安全要時刻注意外部環(huán)境的變化，例如不同情形下的網(wǎng)絡風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)絡安全。

3 配電自動化安全防護措施

配電自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了對電力配電網(wǎng)絡系統(tǒng)的物理和通信架構方面開展監(jiān)控和控制等功能，是配電網(wǎng)絡的核心組成部分，配電自動化系統(tǒng)結構如圖1所示[9]。

在配電自動化系統(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)主要負責對各生產系統(tǒng)進行任務分配及安排;（2）監(jiān)視及控制系統(tǒng)。該部分屬于配電自動化系統(tǒng)的核心部分，一方面負責下傳控制信息至遠方設備客戶端，另一方面又上傳設備數(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)、負荷管理系統(tǒng)、集中抄表系統(tǒng)及客戶服務系統(tǒng)等[10];（3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要部署于遠方設備客戶端，方便對配電系統(tǒng)末端設備信息進行收集和控制，主要包括遠動裝置、負荷裝置、電能表計等。

根據(jù)配電自動化系統(tǒng)的特點，為保證該類系統(tǒng)的安全運行，系統(tǒng)的安全防護主要考慮從物理隔離和網(wǎng)絡隔離兩方面進行，總體的配電自動化終端安全防護方案即是“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”[11]。

（1）安全分區(qū)。安全分區(qū)是配電自動化終端安全防護的結構基礎，根據(jù)對其子系統(tǒng)的分類，將配電自動化終端系統(tǒng)主要分為生產控制大區(qū)和管理信息大區(qū)，而根據(jù)各大區(qū)的安全防護等級，又將其細分為四個小區(qū)，如圖2所示。其中生產控制大區(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)內部在不影響生產控制大區(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)絡專用。配電自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡是配電系統(tǒng)二次安全防護體系的重要網(wǎng)絡基礎，由于系統(tǒng)眾多，在實際運行時，應該在規(guī)定的網(wǎng)絡通道中使用獨立網(wǎng)絡設備進行連接，同時也需在物理層面將其進行隔離。在配電自動化終端安全防護方案中，開展網(wǎng)絡隔離一方面是為了保證生產數(shù)據(jù)的實時性，另一方面是為了保證生產數(shù)據(jù)的可靠性。

（3）橫向隔離。在配電自動化系統(tǒng)內部的安全區(qū)之間通常采用具有訪問控制功能的設備、防火墻或者相當功能的設施，來實現(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，實現(xiàn)了內外網(wǎng)真正意義上的斷開，并且其數(shù)據(jù)均為單向傳輸，同時還具有對異常數(shù)據(jù)的篩選功能。

（4）縱向認證?？v向認證是指采用認證、加密、訪問控制等技術措施實現(xiàn)數(shù)據(jù)點遠方安全傳輸及縱向邊界的安全防護，是配電自動化系統(tǒng)的二次安全防護體系的縱向防線。通過縱向認證，可以實現(xiàn)雙向身份認證、數(shù)據(jù)加密和訪問控制[12]。采用縱向認證能夠實現(xiàn)配電自動化系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸，同時保證了業(yè)務數(shù)據(jù)的安全可靠性。

4 總結

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化系統(tǒng)的安全防護現(xiàn)狀進行了調研，同時研究并探討了當前配電自動化系統(tǒng)的主要安全防護方案，為電網(wǎng)運行人員認識并改善配電自動化系統(tǒng)的安全性提供了參考。

參考文獻：

[1]李晨光，王蕓波，劉太學. 無線通信技術在智能配電網(wǎng)中的應用研究[J]. 中國電力教育，2011，000（009）：P.258-260.

[2]葛軍，劉朋熙，阮兆文. 電力信息系統(tǒng)信息安全關鍵技術的研究[J]. 低碳世界，2016.

[3]陳璐. 配電自動化系統(tǒng)安全防護技術[J]. 電力安全技術，2016，018（002）：12-15.