安(ān)科瑞(ruì)  陳聰

摘要：近(jìn)年(nián)來(lái)，我國(guó)對煤(méi)礦資源的(dí)需(xū)求不(bù)斷增加，煤礦(kuàng)開采越來越多
。在(zài)煤(méi)礦工程(chéng)中，電力(lì)監(jiān)控係(xì)統(tǒng)設(shè)計(jì)工(gōng)作(zuò)越來越受到重(zhòng)視(shì)
。為了(liǎo)解決原有(yǒu)電力監控係統(tǒng)存(cún)在的(dí)通信(xìn)混亂，傳(chuán)感(gǎn)器(qì)采集(jí)速(sù)度慢，數據集中處(chǔ)理能力(lì)較差等問題，對煤(méi)礦電(diàn)力監(jiān)控係統進行了設計，即(jí)對(duì)電力係統地(dì)麵(miàn)主站(zhàn)調度(dù)監(jiān)控(kòng)係統(tǒng)，井(jǐng)下(xià)電力監控分(fēn)站(zhàn)和(hé)礦用綜(zōng)合(hé)保護(hù)測(cè)控裝(zhuāng)置進行了(liǎo)設計(jì)
。本文首(shǒu)先對電力監(jiān)控(kòng)係(xì)統安(ān)全現狀概述，其(qí)次探(tàn)討了(liǎo)電(diàn)力(lì)監控(kòng)係統設計，以(yǐ)供(gōng)參考
。

關鍵(jiàn)詞：煤(méi)礦(kuàng)；電力監(jiān)控係統；設計(jì)研究(jiū)

引言(yán)

隨著智能化(huà)，信息(xī)化技術(shù)的(dí)不斷(duàn)發(fā)展，越來越多的新興(xīng)技術(shù)在電力係統中不斷(duàn)應用(yòng)，使得(dé)電(diàn)力監(jiān)控係(xì)統所(suǒ)涉(shè)及(jí)的技(jì)術，工作量，工(gōng)作(zuò)難度在(zài)這(zhè)個過程中(zhōng)大(dà)幅增(zēng)長
。此外，現代(dài)電力監(jiān)控(kòng)係統(tǒng)使用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取代了傳(chuán)統分布式廠站自動(dòng)化(huà)設備技(jì)術(shù)，帶來(lái)便攜的同時也(yě)讓(ràng)電力監控(kòng)係(xì)統(tǒng)暴露在多(duō)重(zhòng)網絡威脅中
。電力監控係(xì)統(tǒng)實時監控(kòng)著電(diàn)力係統(tǒng)的(dí)運行(háng)情(qíng)況(kuàng)並及(jí)時(shí)做出(chū)調(tiáo)整控(kòng)製，保障了(liǎo)電(diàn)力(lì)係統(tǒng)的(dí)安全(quán)穩定(dìng)運行(háng)
。

1. 電力監(jiān)控係統(tǒng)安(ān)全現狀

1.1網(wǎng)絡結構(gòu)

無(wú)法(fǎ)保(bǎo)證外網接(jiē)入(rù)安(ān)全，保證(zhèng)對主機(jī)和(hé)應用係(xì)統資源的合(hé)法使用(yòng)和(hé)用戶身(shēn)份的(dí)合法性
。通常電廠(chǎng)會在(zài)DCS係統網(wǎng)絡和(hé)外(wài)部網(wǎng)絡之間(jiān)設立(lì)一個DMZ區，使連接(jiē)盡可能小化(huà)
。

1.2區域邊(biān)界(jiè)

現場(cháng)控(kòng)製層與(yǔ)監(jiān)控(kòng)層之間(jiān)存在(zài)安全(quán)威脅互(hù)侵(qīn)
。缺(quē)乏邊界保護，容易(yì)受(shòu)到信息網絡和相鄰(lín)係(xì)統(tǒng)的(dí)安(ān)全(quán)影(yǐng)響(xiǎng)
。1.3通信網絡

按(àn)照《國家(jiā)電網公司(sī)關(guān)於加快推(tuī)進(jìn)電(diàn)力監(jiān)控(kòng)係(xì)統網(wǎng)絡安全(quán)管理(lǐ)平(píng)台(tái)建設(shè)的通知(zhī)》的要求(qiú)，在電力生(shēng)產係(xì)統I區和II區(qū)中(zhōng)部署網絡(luò)安全(quán)監測(cè)裝置，對電氣網(wǎng)中的(dí)服務器，工(gōng)作站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(bèi)安全(quán)防護等監測(cè)進行數(shù)據(jù)采集和(hé)分析，但未對(duì)發(fā)電監控(kòng)係統進(jìn)行監控，無(wú)法(fǎ)及時(shí)發現網絡中的各種(zhǒng)違(wéi)規(guī)以及(jí)入(rù)侵攻擊(jī)行(háng)為，無法溯(sù)源(yuán)入(rù)侵的未知(zhī)設備(bèi)，非(fēi)法應用和(hé)軟(ruǎn)件(jiàn)
。

1.4終(zhōng)端(duān)設(shè)備

生產(chǎn)控製(zhì)係(xì)統和生產監控係統的(dí)操(cāo)作終端(duān)大部(bù)分采用(yòng)Linux和Windows係(xì)列的操作(zuò)係(xì)統，為保(bǎo)證(zhèng)過程(chéng)控(kòng)製(zhì)係(xì)統(tǒng)的相(xiāng)對(duì)獨立性，同時(shí)考(kǎo)慮(lǜ)到(dào)係統(tǒng)的(dí)穩定運行，通常(cháng)現(xiàn)場工程(chéng)師(shī)，操(cāo)作員等在係(xì)統(tǒng)開(kāi)車後不會(huì)安裝任何補(bǔ)丁(dīng)，部分(fēn)終端同(tóng)時安(ān)裝多種防(fáng)病毒(dú)軟件，上位(wèi)機(jī)編(biān)程(chéng)組(zǔ)態(tài)監(jiān)控(kòng)軟(ruǎn)件(jiàn)與(yǔ)傳統殺毒(dú)軟(ruǎn)件(jiàn)不兼容(róng)，無(wú)嚴(yán)格的U盤等(děng)移動(dòng)介質(zhì)管(guǎn)控，終(zhōng)端登錄(lù)無身(shēn)份(fèn)認證措施(shī)，應(yīng)用軟件(jiàn)存(cún)在(zài)使(shǐ)用(yòng)默認密(mì)碼(mǎ)和用戶(hù)口(kǒu)令(líng)粘貼於(yú)顯眼位置現(xiàn)象(xiàng)，外部設(shè)備(bèi)管(guǎn)理(lǐ)采(cǎi)取封(fēng)條(tiáo)方式(shì)，未(wèi)部(bù)署(shǔ)安全技術措(cuò)施，終(zhōng)端設備(bèi)存(cún)在(zài)被(bèi)攻擊的(dí)可能(néng)
。

1.5通訊協議(yì)

工業協(xié)議(yì)為了滿足相應(yīng)的數據(jù)實(shí)時性和周(zhōu)期性(xìng)，往往缺乏有效(xiào)的用戶(hù)安(ān)全(quán)認證(zhèng)，數據(jù)傳輸(shū)的加密(mì)解(jiě)密等基本信(xìn)息安全(quán)手(shǒu)段
。協(xié)議的相關信(xìn)息又能(néng)通過公(gōng)開渠道(dào)獲取(qǔ)，攻(gōng)擊(jī)者很有可能利用(yòng)協議(yì)的漏洞對工控(kòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起(qǐ)攻(gōng)擊(jī)
。

1.6控製(zhì)係(xì)統

在係(xì)統維(wéi)修(xiū)或升(shēng)級檢(jiǎn)測過(guò)程中，第(dì)三(sān)方(fāng)人員的(dí)遠(yuǎn)程(chéng)維(wéi)護(hù)可能(néng)會導致相(xiāng)關(guān)生產數(shù)據的信(xìn)息泄露(lòu)，對(duì)運維(wéi)過程(chéng)中(zhōng)的誤(wù)操作(zuò)事件(jiàn)缺乏(fá)證據(jù)支撐
。

1. 電力監控係(xì)統設計

2.1地(dì)麵(miàn)主站調(tiáo)度監控係統設計

地(dì)麵主站調度監控(kòng)係統(tǒng)主(zhǔ)要(yào)由數據服務(wù)器(qì)，通信櫃(guì)，網(wǎng)絡設備(bèi)等組(zǔ)成
。數(shù)據服(fú)務器(qì)對係(xì)統的(dí)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，便(biàn)於後(hòu)期查看；通(tōng)信服務(wù)器將(jiāng)變電(diàn)所管(guǎn)理站(zhàn)與(yǔ)數(shù)據服務器間(jiān)的數(shù)據進(jìn)行互(hù)換，達到(dào)數據(jù)信(xìn)息傳遞(dì)的目的
。在地(dì)麵電(diàn)力(lì)監控調度中心(xīn)配置電力集控(kòng)軟件，監控主機運(yùn)行過(guò)程中，備用機(jī)與(yǔ)監(jiān)控主機(jī)進行(háng)數(shù)據(jù)交(jiāo)換，當監控主機發生異(yì)常時(shí)，備用機及(jí)時(shí)代(dài)替(tì)監控主(zhǔ)機，進(jìn)行冗(rǒng)餘(yú)設置
。當(dāng)軟件登(dēng)錄完成(chéng)後，會進行數據入(rù)庫；完成數(shù)據(jù)入庫後可(kě)以查詢(xún)相關監測數據(jù)，數據可以形成報表模式，便(biàn)於查(chá)詢；同時軟(ruǎn)件(jiàn)自帶(dài)作(zuò)圖(tú)模(mó)塊，可以根據輸(shū)入的數據(jù)繪製圖形，此(cǐ)時(shí)繪(huì)製(zhì)的圖(tú)形會(huì)展(zhǎn)示於人(rén)機界(jiè)麵(miàn)；繪製的圖形(xíng)可(kě)以通過局域(yù)網(wǎng)進(jìn)行局部分享(xiǎng)，將監控數據向(xiàng)上(shàng)級(jí)監控站傳輸
。

2.2電參(cān)數模塊設計(jì)

電參數(shù)模(mó)塊子程(chéng)序設(shè)計過程時(shí)，首先(xiān)要(yào)配(pèi)置(zhì)好外部電(diàn)路(lù)，其次采用(yòng)基(jī)於(yú)串(chuàn)口(kǒu)通(tōng)信(xìn)的(dí)MODBUS協(xié)議即可從(cóng)設備中讀(dú)取(qǔ)到(dào)相(xiāng)應(yīng)的函數信息，*後在操作(zuò)函數時應該先對(duì)通信端(duān)口進行配(pèi)置(zhì)，配(pèi)置完(wán)成後(hòu)開始(shǐ)對(duì)芯(xīn)片的(dí)指(zhǐ)令進(jìn)行(háng)CRC校(xiào)驗(yàn)計算(suàn)
。

2.3加(jiā)強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全監控(kòng)體(tǐ)係(xì)建設

通過(guò)在(zài)電力(lì)監控(kòng)係統(tǒng)網絡(luò)關鍵節點部署(shǔ)工控安(ān)全審(shěn)計，工業(yè)入侵檢(jiǎn)測(cè)係統(tǒng)和(hé)日(rì)誌審(shěn)計係統，對(duì)網絡(luò)流量進行安全審計，檢(jiǎn)測(cè)，識別(bié)，審(shěn)計，記錄生產控製(zhì)係統(tǒng)的(dí)操作(zuò)行為(wéi)和異常網(wǎng)絡行(háng)為，網絡設備(bèi)日誌(zhì)，便(biàn)於事後進(jìn)行取證和(hé)定責(zé)
。提(tí)供整(zhěng)個控製(zhì)網(wǎng)絡的(dí)總體運行情況(kuàng)，自(zì)動識別(bié)網絡(luò)設備，顯(xiǎn)示網(wǎng)絡(luò)設備(bèi)當(dāng)前狀態，進(jìn)行(háng)網絡(luò)性能(néng)綜(zōng)合分(fēn)析，針對工業(yè)控製係(xì)統重(zhòng)要的網絡節點(diǎn)或(huò)區(qū)域，監測(cè)所有(yǒu)通過的數(shù)據包，並(bìng)對數(shù)據(jù)包(bāo)進行深度解(jiě)析，實現控製(zhì)行為合規性(xìng)檢(jiǎn)查，針對異(yì)常或非法操作數據包，分(fēn)析(xī)是否(fǒu)有外界(jiè)入侵(qīn)或人員誤操(cāo)作(zuò)，並(bìng)對所有(yǒu)異(yì)常情(qíng)況進行(háng)審計，發(fā)出報(bào)警，提(tí)醒(xǐng)現場(cháng)安(ān)全運維人(rén)員(yuán)去處(chǔ)置(zhì)
。工控安全審計係統不僅(jǐn)可輔助(zhù)安全(quán)運維(wéi)人員(yuán)發(fā)現，分(fēn)析與處置安(ān)全(quán)事件(jiàn)，可以與串(chuàn)行部署的(dí)安(ān)全(quán)防(fáng)護(hù)類設備配(pèi)合使(shǐ)用(yòng)，為(wéi)實時修(xiū)正安(ān)全(quán)保(bǎo)護類設備的(dí)安(ān)全策略(lüè)提(tí)供數據(jù)支撐
。還(huán)可(kě)以提(tí)供*麵的安全(quán)事件數據(jù)，支(zhī)撐階段性(xìng)*網安全風險分析與評估，為(wéi)安全(quán)事件追溯(sù)提供證(zhèng)據
。

2.4礦(kuàng)用(yòng)綜合(hé)保護(hù)測控(kòng)裝置設(shè)計

對(duì)礦用綜合保護測(cè)控裝(zhuāng)置進(jìn)行設計，首先需要對微(wēi)機監控保(bǎo)護(hù)裝(zhuāng)置進(jìn)行設(shè)計(jì)
。微機監控保護(hù)裝置選用(yòng)GWZB-10型(xíng)微機(jī)保(bǎo)護(hù)裝置，其(qí)主(zhǔ)要用(yòng)於額定電(diàn)壓(yā)3300V和(hé)頻率(shuài)50Hz的(dí)電(diàn)網環(huán)境
。微(wēi)機保(bǎo)護裝置核心為32位(wèi)單片(piàn)機，微(wēi)型(xíng)互感(gǎn)器及工(gōng)業級的外圍(wéi)芯(xīn)片是(shì)保護裝(zhuāng)置的輔助部分(fēn)，其(qí)具有較高的(dí)靈(líng)敏度(dù)和可靠(kào)性(xìng)，內(nèi)部同(tóng)時(shí)匹(pǐ)配(pèi)多種抗(kàng)幹擾措施(shī)，避(bì)免信息傳(chuán)輸(shū)過(guò)程中的(dí)外(wài)部幹(gān)擾(rǎo)
。保護裝(zhuāng)置(zhì)具(jù)備(bèi)自我(wǒ)檢測(cè)功(gōng)能和硬件(jiàn)閉鎖保護(hù)功能(néng)，通過(guò)不(bù)斷地進行自(zì)我(wǒ)檢測，從而保證設(shè)備正(zhèng)常運行(háng)，提(tí)升監(jiān)控(kòng)係(xì)統的穩定性(xìng)
。微(wēi)機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部(bù)設(shè)計有隔(gé)爆遙控(kòng)器(qì)，使用(yòng)者(zhě)可以通過遙控(kòng)器(qì)進行遠程係統(tǒng)操(cāo)作，很大地(dì)提升了操作係統的效(xiào)率(shuài)
。同時由(yóu)於(yú)利用(yòng)遙控(kòng)器控(kòng)製，可(kě)舍棄設備上(shàng)的(dí)按鍵(jiàn)，省去礦井設備的(dí)復(fù)雜按鍵(jiàn)改(gǎi)造，提高係統(tǒng)改造效(xiào)率
。另(lìng)外，保護裝(zhuāng)置內(nèi)部(bù)通過設定(dìng)控製值(zhí)進(jìn)行控製(zhì)，控(kòng)製值可以查(chá)詢和(hé)修改
。保護裝(zhuāng)置定(dìng)時(shí)對(duì)自(zì)身(shēn)運(yùn)行狀態進行(háng)檢(jiǎn)查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障時(shí)，能夠(gòu)準(zhǔn)確定位故(gù)障芯片(piàn)
。保護(hù)裝置(zhì)配備有(yǒu)RS-485/RS-232標(biāo)準通信接口(kǒu)，能夠(gòu)較(jiào)好(hǎo)地匹(pǐ)配(pèi)電(diàn)力監控係統的(dí)接(jiē)口
。煤礦(kuàng)電網綫(xiàn)路較(jiào)短，阻抗較小(xiǎo)，在發(fā)生(shēng)短(duǎn)路事故(gù)時(shí)產生(shēng)的(dí)電(diàn)流很大，為了保證(zhèng)供(gōng)電係統穩(wěn)定運(yùn)行，設計了(liǎo)防越(yuè)級(jí)跳閘保護係統
。防(fáng)越級(jí)跳閘保護(hù)係統(tǒng)采用(yòng)光(guāng)纖閉(bì)鎖信號(hào)，對係統綫路段進(jìn)行電(diàn)流(liú)閉鎖(suǒ)保護
。防(fáng)越(yuè)級跳(tiào)閘係(xì)統(tǒng)主要包(bāo)括智能光纖(xiān)控製服務器(qì)SU20，礦用智能光纖(xiān)保(bǎo)護PA61和PA63
。PA63防越(yuè)級(jí)跳閘(zhá)微(wēi)機保護集控製(zhì)，通信(xìn)，測量，防(fáng)越級等多種(zhǒng)功(gōng)能於一(yī)體；智(zhì)能(néng)光纖控製(zhì)服務器(qì)SU20主要(yào)用於(yú)收集閉(bì)鎖信號，收集信號後(hòu)對信(xìn)號(hào)進行(háng)統一(yī)匯總，後(hòu)轉發至上級(jí)電路(lù)
。饋(kuì)綫(xiàn)段(duàn)在工作(zuò)時(shí)不需(xū)要打開(kāi)全(quán)部光纖信號，選(xuǎn)定一路(lù)光纖即可
。

1. 安科瑞(ruì)電力監控係(xì)統(tǒng)產(chǎn)品介紹與選型

3.1概述

Acrel-2000Z電力監(jiān)控(kòng)係統(tǒng)是安科(kē)瑞電氣股份(fèn)有(yǒu)限(xiàn)公司根(gēn)據(jù)電力係統(tǒng)自動化(huà)及無(wú)人(rén)值守的(dí)要求(qiú)，針對35kV及以下電壓等級研發出(chū)的一套分(fēn)層(céng)分布式變電(diàn)站監(jiān)控(kòng)管理係統(tǒng)
。該係統是(shì)應用電力(lì)自動化(huà)技術，計(jì)算(suàn)機技(jì)術(shù)和信息傳(chuán)輸技術，集保(bǎo)護，監測，控(kòng)製，通信等多功(gōng)能(néng)於一(yī)體的開放式(shì)，網絡(luò)化(huà)，單元化(huà)，組態化的係統，適用(yòng)於(yú)35kV及(jí)以下電(diàn)壓(yā)等級(jí)的(dí)城網，農(nóng)網變(biàn)電(diàn)站(zhàn)和(hé)用戶變電(diàn)站，可實現對變(biàn)電(diàn)站(zhàn)方位的(dí)控製(zhì)和管理(lǐ)，滿(mǎn)足(zú)變(biàn)電(diàn)站(zhàn)無(wú)人(rén)或少(shǎo)人值守的需求，為(wéi)變電站(zhàn)安全，穩(wěn)定，經濟(jì)運行(háng)提供(gōng)了堅(jiān)實的(dí)保障
。

3.2應(yīng)用場所(suǒ)

辦公建(jiàn)築（商(shāng)務辦(bàn)公(gōng)，機關(guān)辦公建築等）

商(shāng)業(yè)建築（商(shāng)場，金融機構(gòu)建(jiàn)築(zhù)等）

交通運輸建築（機(jī)場(cháng)，車站(zhàn)，碼頭(tóu)建築(zhù)等）

廠礦企(qǐ)業(yè)建(jiàn)築(zhù)（石油，化工，水(shuǐ)泥，煤炭，鋼鐵等）

新(xīn)能(néng)源建築（光(guāng)伏發(fā)電，風(fēng)能(néng)發電(diàn)等）

3.3係統(tǒng)結(jié)構

Acrel-2000Z電(diàn)力(lì)監控係統釆(biàn)用分層(céng)分布式(shì)設(shè)計，可(kě)分(fēn)為(wéi)三(sān)層：站(zhàn)控管理層(céng)，網(wǎng)絡(luò)通信(xìn)層和(hé)現場(cháng)設(shè)備(bèi)層(céng)，組(zǔ)網方(fāng)式可(kě)為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡結構，光纖星型(xíng)網絡結(jié)構(gòu)，光(guāng)纖環網網絡(luò)結構，根據用戶(hù)用電(diàn)規模(mó)，用(yòng)電(diàn)設備(bèi)分布和占地麵積等多方麵的信(xìn)息(xī)綜(zōng)合考(kǎo)慮(lǜ)組(zǔ)網(wǎng)方式(shì)
。

3.4設(shè)備(bèi)選型

1. 結(jié)束語(yǔ)

綜(zōng)上所述，基於(yú)遠(yuǎn)程電力監控(kòng)係(xì)統(tǒng)應用電參(cān)數模塊采集母(mǔ)綫(xiàn)的電(diàn)壓值(zhí)，電流值，通(tōng)過運(yùn)算(suàn)放大(dà)器對(duì)采集到的信(xìn)號(hào)進行射隨以(yǐ)及過零比(bǐ)較(jiào)，利用(yòng)ＡＤＣ以及外部電能計量(liáng)芯(xīn)片對電參(cān)數進行測量，同時(shí)係(xì)統(tǒng)支(zhī)持母(mǔ)綫(xiàn)溫度檢測等功能
。本文(wén)結合硬件(jiàn)，軟件設(shè)計，完成(chéng)了(liǎo)實(shí)物的製(zhì)造和調試，為(wéi)同(tóng)類產品設計和研究(jiū)提(tí)供了參考(kǎo)
。