安科瑞  陳聰

摘要：近年來(lái)，我國對煤礦資源的需求不斷增加，煤礦開(kāi)采越來(lái)越多。在煤礦工程中，電力監控系統設計工作越來(lái)越受到重視。為了解決原有電力監控系統存在的通信混亂、傳感器采集速度慢、數據集中處理能力較差等問(wèn)題，對煤礦電力監控系統進(jìn)行了設計，即對電力系統地面主站調度監控系統、井下電力監控分站和礦用綜合保護測控裝置進(jìn)行了設計。本文首先對電力監控系統安全現狀概述，其次探討了電力監控系統設計，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦；電力監控系統；設計研究

引言

隨著(zhù)智能化、信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的新興技術(shù)在電力系統中不斷應用，使得電力監控系統所涉及的技術(shù)、工作量、工作難度在這個(gè)過(guò)程中大幅增長(cháng)。此外，現代電力監控系統使用計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)取代了傳統分布式廠(chǎng)站自動(dòng)化設備技術(shù)，帶來(lái)便攜的同時(shí)也讓電力監控系統暴露在多重網(wǎng)絡(luò )威脅中。電力監控系統實(shí)時(shí)監控著(zhù)電力系統的運行情況并及時(shí)做出調整控制，保障了電力系統的安全穩定運行。

1. 電力監控系統安全現狀

1.1網(wǎng)絡(luò )結構

無(wú)法保證外網(wǎng)接入安全，保證對主機和應用系統資源的合法使用和用戶(hù)身份的合法性。通常電廠(chǎng)會(huì )在DCS系統網(wǎng)絡(luò )和外部網(wǎng)絡(luò )之間設立一個(gè)DMZ區，使連接盡可能小化。

1.2區域邊界

現場(chǎng)控制層與監控層之間存在安全威脅互侵。缺乏邊界保護，容易受到信息網(wǎng)絡(luò )和相鄰系統的安全影響。1.3通信網(wǎng)絡(luò )

按照《國家電網(wǎng)公司關(guān)于加快推進(jìn)電力監控系統網(wǎng)絡(luò )安全管理平臺建設的通知》的要求，在電力生產(chǎn)系統I區和II區中部署網(wǎng)絡(luò )安全監測裝置，對電氣網(wǎng)中的服務(wù)器、工作站網(wǎng)絡(luò )設備安全防護等監測進(jìn)行數據采集和分析，但未對發(fā)電監控系統進(jìn)行監控，無(wú)法及時(shí)發(fā)現網(wǎng)絡(luò )中的各種違規以及入侵攻擊行為，無(wú)法溯源入侵的未知設備、非法應用和軟件。

1.4終端設備

生產(chǎn)控制系統和生產(chǎn)監控系統的操作終端大部分采用Linux和Windows系列的操作系統，為保證過(guò)程控制系統的相對獨立性，同時(shí)考慮到系統的穩定運行，通?，F場(chǎng)工程師、操作員等在系統開(kāi)車(chē)后不會(huì )安裝任何補丁，部分終端同時(shí)安裝多種防病毒軟件，上位機編程組態(tài)監控軟件與傳統殺毒軟件不兼容、無(wú)嚴格的U盤(pán)等移動(dòng)介質(zhì)管控、終端登錄無(wú)身份認證措施、應用軟件存在使用默認密碼和用戶(hù)口令粘貼于顯眼位置現象、外部設備管理采取封條方式、未部署安全技術(shù)措施，終端設備存在被攻擊的可能。

1.5通訊協(xié)議

工業(yè)協(xié)議為了滿(mǎn)足相應的數據實(shí)時(shí)性和周期性，往往缺乏有效的用戶(hù)安全認證、數據傳輸的加密解密等基本信息安全手段。協(xié)議的相關(guān)信息又能通過(guò)公開(kāi)渠道獲取，攻擊者很有可能利用協(xié)議的漏洞對工控網(wǎng)絡(luò )發(fā)起攻擊。

1.6控制系統

在系統維修或升級檢測過(guò)程中，第三方人員的遠程維護可能會(huì )導致相關(guān)生產(chǎn)數據的信息泄露，對運維過(guò)程中的誤操作事件缺乏證據支撐。

1. 電力監控系統設計

2.1地面主站調度監控系統設計

地面主站調度監控系統主要由數據服務(wù)器、通信柜、網(wǎng)絡(luò )設備等組成。數據服務(wù)器對系統的運行數據進(jìn)行儲存，便于后期查看；通信服務(wù)器將變電所管理站與數據服務(wù)器間的數據進(jìn)行互換，達到數據信息傳遞的目的。在地面電力監控調度中心配置電力集控軟件，監控主機運行過(guò)程中，備用機與監控主機進(jìn)行數據交換，當監控主機發(fā)生異常時(shí)，備用機及時(shí)代替監控主機，進(jìn)行冗余設置。當軟件登錄完成后，會(huì )進(jìn)行數據入庫；完成數據入庫后可以查詢(xún)相關(guān)監測數據，數據可以形成報表模式，便于查詢(xún)；同時(shí)軟件自帶作圖模塊，可以根據輸入的數據繪制圖形，此時(shí)繪制的圖形會(huì )展示于人機界面；繪制的圖形可以通過(guò)局域網(wǎng)進(jìn)行局部分享，將監控數據向上級監控站傳輸。

2.2電參數模塊設計

電參數模塊子程序設計過(guò)程時(shí)，首先要配置好外部電路，其次采用基于串口通信的MODBUS協(xié)議即可從設備中讀取到相應的函數信息，*后在操作函數時(shí)應該先對通信端口進(jìn)行配置，配置完成后開(kāi)始對芯片的指令進(jìn)行CRC校驗計算。

2.3加強網(wǎng)絡(luò )安全監控體系建設

通過(guò)在電力監控系統網(wǎng)絡(luò )關(guān)鍵節點(diǎn)部署工控安全審計、工業(yè)入侵檢測系統和日志審計系統，對網(wǎng)絡(luò )流量進(jìn)行安全審計、檢測，識別、審計、記錄生產(chǎn)控制系統的操作行為和異常網(wǎng)絡(luò )行為、網(wǎng)絡(luò )設備日志，便于事后進(jìn)行取證和定責。提供整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò )的總體運行情況，自動(dòng)識別網(wǎng)絡(luò )設備，顯示網(wǎng)絡(luò )設備當前狀態(tài)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )性能綜合分析，針對工業(yè)控制系統重要的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)或區域，監測所有通過(guò)的數據包，并對數據包進(jìn)行深度解析，實(shí)現控制行為合規性檢查，針對異?；蚍欠ú僮鲾祿?，分析是否有外界入侵或人員誤操作，并對所有異常情況進(jìn)行審計、發(fā)出報警，提醒現場(chǎng)安全運維人員去處置。工控安全審計系統不僅可輔助安全運維人員發(fā)現、分析與處置安全事件，可以與串行部署的安全防護類(lèi)設備配合使用，為實(shí)時(shí)修正安全保護類(lèi)設備的安全策略提供數據支撐。還可以提供*面的安全事件數據，支撐階段性*網(wǎng)安全風(fēng)險分析與評估，為安全事件追溯提供證據。

2.4礦用綜合保護測控裝置設計

對礦用綜合保護測控裝置進(jìn)行設計，首先需要對微機監控保護裝置進(jìn)行設計。微機監控保護裝置選用GWZB-10型微機保護裝置，其主要用于額定電壓3300V和頻率50Hz的電網(wǎng)環(huán)境。微機保護裝置核心為32位單片機，微型互感器及工業(yè)級的外圍芯片是保護裝置的輔助部分，其具有較高的靈敏度和可靠性，內部同時(shí)匹配多種抗干擾措施，避免信息傳輸過(guò)程中的外部干擾。保護裝置具備自我檢測功能和硬件閉鎖保護功能，通過(guò)不斷地進(jìn)行自我檢測，從而保證設備正常運行，提升監控系統的穩定性。微機保護裝置內部設計有隔爆遙控器，使用者可以通過(guò)遙控器進(jìn)行遠程系統操作，很大地提升了操作系統的效率。同時(shí)由于利用遙控器控制，可舍棄設備上的按鍵，省去礦井設備的復雜按鍵改造，提高系統改造效率。另外，保護裝置內部通過(guò)設定控制值進(jìn)行控制，控制值可以查詢(xún)和修改。保護裝置定時(shí)對自身運行狀態(tài)進(jìn)行檢查，當發(fā)現設備存在故障時(shí)，能夠準確定位故障芯片。保護裝置配備有RS-485/RS-232標準通信接口，能夠較好地匹配電力監控系統的接口。煤礦電網(wǎng)線(xiàn)路較短，阻抗較小，在發(fā)生短路事故時(shí)產(chǎn)生的電流很大，為了保證供電系統穩定運行，設計了防越級跳閘保護系統。防越級跳閘保護系統采用光纖閉鎖信號，對系統線(xiàn)路段進(jìn)行電流閉鎖保護。防越級跳閘系統主要包括智能光纖控制服務(wù)器SU20、礦用智能光纖保護PA61和PA63。PA63防越級跳閘微機保護集控制、通信、測量、防越級等多種功能于一體；智能光纖控制服務(wù)器SU20主要用于收集閉鎖信號，收集信號后對信號進(jìn)行統一匯總，后轉發(fā)至上級電路。饋線(xiàn)段在工作時(shí)不需要打開(kāi)全部光纖信號，選定一路光纖即可。

1. 安科瑞電力監控系統產(chǎn)品介紹與選型

3.1概述

Acrel-2000Z電力監控系統是安科瑞電氣股份有限公司根據電力系統自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監控管理系統。該系統是應用電力自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護、監測、控制、通信等多功能于一體的開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò )化、單元化、組態(tài)化的系統，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農網(wǎng)變電站和用戶(hù)變電站，可實(shí)現對變電站方位的控制和管理，滿(mǎn)足變電站無(wú)人或少人值守的需求，為變電站安全、穩定、經(jīng)濟運行提供了堅實(shí)的保障。

3.2應用場(chǎng)所

辦公建筑（商務(wù)辦公、機關(guān)辦公建筑等）

商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機構建筑等）

交通運輸建筑（機場(chǎng)、車(chē)站、碼頭建筑等）

廠(chǎng)礦企業(yè)建筑（石油、化工、水泥、煤炭、鋼鐵等）

新能源建筑（光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等）

3.3系統結構

Acrel-2000Z電力監控系統釆用分層分布式設計，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò )通信層和現場(chǎng)設備層，組網(wǎng)方式可為標準網(wǎng)絡(luò )結構、光纖星型網(wǎng)絡(luò )結構、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構，根據用戶(hù)用電規模、用電設備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

3.4設備選型

1. 結束語(yǔ)

綜上所述，基于遠程電力監控系統應用電參數模塊采集母線(xiàn)的電壓值、電流值，通過(guò)運算放大器對采集到的信號進(jìn)行射隨以及過(guò)零比較，利用ＡＤＣ以及外部電能計量芯片對電參數進(jìn)行測量，同時(shí)系統支持母線(xiàn)溫度檢測等功能。本文結合硬件、軟件設計，完成了實(shí)物的制造和調試，為同類(lèi)產(chǎn)品設計和研究提供了參考。