110kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略

[摘 要]隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，110 kV智能變電站在電力系統(tǒng)中的作用日益重要，然而，這也帶來了新的網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)。文章分析了110 kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全需求，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略，以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和信息安全。

[關(guān)鍵詞]110 kV智能變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)安全；防護(hù)策略；智能電網(wǎng)

[中圖分類號(hào)]TP29 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2024）12–0061–03

Network Security Protection Strategy for 110 kV Intelligent Substation Automation System

LIU Yanju

[Abstract]With the rapid development of smart grids， the role of 110 kV smart substations in the power system is becoming increasingly important， but this also brings new network security challenges. The article analyzes the security requirements of the 110 kV intelligent substation automation system and designs corresponding network security protection strategies to ensure the stable operation and information security of the power system.

[Keywords]110 kV intelligent substation； automation system； network security； protection strategy； smart grid

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，110 kV變電站在電力系統(tǒng)中的地位愈發(fā)重要。這些變電站不僅是電力傳輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的基礎(chǔ)。然而，隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)安全威脅也隨之增加，給110 kV智能變電站帶來了較大的挑戰(zhàn)。

國內(nèi)外已經(jīng)出臺(tái)了一系列關(guān)于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，這些標(biāo)準(zhǔn)為電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)提供了重要的指導(dǎo)。例如，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）發(fā)布的SP800–53《信息安全與隱私控制》提供了信息安全和隱私方面的控制措施，適用于聯(lián)邦信息系統(tǒng)和組織。國際電工委員會(huì)（IEC）發(fā)布的IEC62443系列標(biāo)準(zhǔn)，專注于工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的信息安全，為電力系統(tǒng)提供了具體的安全要求和指導(dǎo)。

1 110 kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全需求

1.1 數(shù)據(jù)完整性與保密性

確保自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不被篡改或泄露是首要任務(wù)。這包括采用加密通信、使用數(shù)字簽名等措施來保證數(shù)據(jù)的完整性和保密性。具體來說，可以通過使用加密協(xié)議（如TLS/SSL）來保護(hù)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全，確保數(shù)據(jù)不會(huì)被第三方截獲或篡改；利用公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）為數(shù)據(jù)添加數(shù)字簽名，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性，防止數(shù)據(jù)被偽造或篡改；實(shí)施嚴(yán)格的訪問控制機(jī)制，確保只有授權(quán)用戶才能訪問敏感數(shù)據(jù)，從而降低數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 系統(tǒng)可用性與可靠性

自動(dòng)化系統(tǒng)的高可用性和可靠性是保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。這要求系統(tǒng)具備故障恢復(fù)能力，并能夠及時(shí)檢測和修復(fù)故障。為了滿足這一需求，可以采取以下措施：采用冗余配置，如熱備切換、負(fù)載均衡等技術(shù)，確保即使在單個(gè)組件出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)仍能夠繼續(xù)運(yùn)行；實(shí)施自動(dòng)化的故障檢測與恢復(fù)機(jī)制，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并隔離故障組件，快速恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；建立容災(zāi)備份方案，包括定期的數(shù)據(jù)備份和災(zāi)難恢復(fù)計(jì)劃，以應(yīng)對自然災(zāi)害或其他不可預(yù)見的事件。

1.3 安全管理與監(jiān)控機(jī)制

建立完善的安全管理體系，包括定期安全培訓(xùn)、安全策略的制訂與執(zhí)行等。同時(shí)，實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)制，以便快速響應(yīng)潛在的安全事件，這包括為員工提供定期的安全培訓(xùn)，提高他們的安全意識(shí)，確保他們了解最新的安全政策和最佳實(shí)踐；制訂詳細(xì)的安全策略，并確保這些策略得到嚴(yán)格執(zhí)行，包括密碼策略、訪問控制策略等；布署實(shí)時(shí)監(jiān)控工具，持續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)流量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常行為或潛在的威脅，并能夠快速響應(yīng)。

2 網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略設(shè)計(jì)

2.1 建立多層次的安全防御體系

構(gòu)建多層次的安全防御體系是確保110 kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵。這一體系包括以下多個(gè)層面的安全防護(hù)措施，以確保全方位的保護(hù)。

（1）物理層安全。加強(qiáng)物理安全措施，如設(shè)置門禁系統(tǒng)、安裝視頻監(jiān)控等，保護(hù)關(guān)鍵設(shè)備不受物理侵害。這包括通過門禁卡或生物識(shí)別技術(shù)限制人員進(jìn)出，確保只有授權(quán)人員才能進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)域；在變電站的關(guān)鍵位置安裝攝像頭，實(shí)現(xiàn)24 h不間斷監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常行為；通過安裝空調(diào)系統(tǒng)、濕度控制器等設(shè)備來維持適宜的溫度和濕度，防止設(shè)備因環(huán)境因素受損；設(shè)置圍欄、墻體等物理屏障，保護(hù)設(shè)備免受外界因素的損害。

（2）網(wǎng)絡(luò)層安全。采用網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)，如安全網(wǎng)關(guān)、單向數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋乐箰阂夤魪耐獠繚B透到核心系統(tǒng)。這包括在網(wǎng)絡(luò)邊界布署安全網(wǎng)關(guān)，對進(jìn)出的數(shù)據(jù)包進(jìn)行過濾和安全檢查，阻止未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)流入或流出；使用單向數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，只允許數(shù)據(jù)從安全級別較高的網(wǎng)絡(luò)向較低級別的網(wǎng)絡(luò)傳輸，防止惡意代碼逆向傳播；通過虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的邏輯子網(wǎng)，限制不同子網(wǎng)之間的通信，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。

（3）應(yīng)用層安全。實(shí)施防火墻與入侵檢測/防御系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院拖到y(tǒng)的穩(wěn)定性。這包括在網(wǎng)絡(luò)邊界布署防火墻，根據(jù)預(yù)定義的安全策略過濾進(jìn)出的數(shù)據(jù)流，阻止非法訪問；布署入侵檢測系統(tǒng)（IDS）來監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，識(shí)別并報(bào)告可疑行為或攻擊模式；布署入侵防御系統(tǒng)（IPS）主動(dòng)阻止已知的攻擊行為，減少安全事件的影響。

2.2 實(shí)施嚴(yán)格的訪問控制與身份驗(yàn)證

（1）實(shí)施嚴(yán)格的訪問控制策略，確保只有經(jīng)過身份驗(yàn)證的用戶才能訪問特定資源或執(zhí)行特定操作。這包括根據(jù)最小特權(quán)原則分配用戶權(quán)限，確保用戶只能訪問其職責(zé)所需的最小范圍內(nèi)的資源。

（2）采用雙因素認(rèn)證機(jī)制，如用戶名/密碼加上短信驗(yàn)證碼或智能卡等，提高賬戶的安全性。雙因素認(rèn)證可以防止僅憑密碼就能登錄的情況，即使密碼被盜用也能提供額外的安全層。

（3）使用生物識(shí)別技術(shù)（如指紋、面部識(shí)別等）作為額外的身份驗(yàn)證手段，以進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。

（4）定期審核用戶的訪問權(quán)限和操作記錄，確保沒有異常行為或未經(jīng)授權(quán)的訪問嘗試。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全漏洞或違規(guī)行為。

通過實(shí)施嚴(yán)格的訪問控制與身份驗(yàn)證措施，可以有效防止未經(jīng)授權(quán)的訪問，保護(hù)關(guān)鍵系統(tǒng)免受攻擊。

2.3 定期進(jìn)行安全審計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)評估

（1）定期進(jìn)行安全審計(jì)，包括系統(tǒng)日志審查、訪問記錄分析等，以確保安全策略的執(zhí)行情況和系統(tǒng)的合規(guī)性。例如，每月進(jìn)行一次系統(tǒng)日志審查，檢查是否有異常登錄行為或未經(jīng)授權(quán)的訪問嘗試。

（2）開展風(fēng)險(xiǎn)評估，識(shí)別系統(tǒng)中存在的潛在威脅和脆弱性，評估這些威脅可能帶來的影響，并制訂相應(yīng)的緩解措施。例如，每年進(jìn)行一次全面的風(fēng)險(xiǎn)評估，包括對系統(tǒng)架構(gòu)、軟件版本、物理安全等方面的審查。

（3）定期執(zhí)行漏洞掃描，使用專業(yè)工具檢測系統(tǒng)中的安全漏洞，并采取措施修補(bǔ)這些漏洞。

（4）進(jìn)行定期的滲透測試，模擬黑客攻擊來測試系統(tǒng)的防御能力，找出潛在的安全弱點(diǎn)。例如，每年至少進(jìn)行1次滲透測試，模擬常見的攻擊類型，如SQL注入、XSS等。

（5）確保所有系統(tǒng)和應(yīng)用程序都是最新版本，并及時(shí)安裝安全補(bǔ)丁，以減少被攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

通過定期進(jìn)行安全審計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)評估，可以確保110 kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的安全防護(hù)措施始終保持有效，并能夠及時(shí)應(yīng)對新出現(xiàn)的威脅。

2.4 加強(qiáng)應(yīng)急響應(yīng)與恢復(fù)能力

制訂應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，包括事故報(bào)告流程、備份與恢復(fù)策略等，確保在發(fā)生安全事件時(shí)能夠迅速響應(yīng)并恢復(fù)正常運(yùn)行。具體措施包括：①制訂詳細(xì)的事故報(bào)告流程，確保一旦發(fā)生安全事件，相關(guān)人員能夠迅速上報(bào)并啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。②實(shí)施定期的數(shù)據(jù)備份，并制訂恢復(fù)策略，確保在遭受攻擊或發(fā)生故障時(shí)能夠快速恢復(fù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)和服務(wù)。③定期進(jìn)行應(yīng)急演練，模擬不同的安全事件場景，提高團(tuán)隊(duì)的應(yīng)急響應(yīng)能力和協(xié)作效率。④對相關(guān)人員進(jìn)行持續(xù)的安全培訓(xùn)，確保他們了解最新的安全威脅和應(yīng)急響應(yīng)的最佳實(shí)踐。⑤確保有足夠的資源儲(chǔ)備，包括備用硬件、網(wǎng)絡(luò)帶寬等，以便在緊急情況下快速恢復(fù)服務(wù)。

3 案例研究

某110 kV智能變電站建于2018年，位于我國東部地區(qū)城市郊區(qū)，占地面積約為22萬m2，服務(wù)于周邊約10 km2區(qū)域，包括商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等。自動(dòng)化系統(tǒng)采用了先進(jìn)的SCADA系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集功能。網(wǎng)絡(luò)安全需求方面，需要滿足國家和國際標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)安全。

在現(xiàn)狀評估階段，進(jìn)行了詳細(xì)的現(xiàn)狀評估，包括對現(xiàn)有安全措施的審查、系統(tǒng)架構(gòu)的分析等。發(fā)現(xiàn)了一些潛在的安全隱患，如缺乏嚴(yán)格的訪問控制、未實(shí)施定期的安全審計(jì)等。根據(jù)評估結(jié)果制訂了以上網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略。

在實(shí)施階段，加強(qiáng)了物理安全措施，如設(shè)置了門禁系統(tǒng)、安裝了視頻監(jiān)控等；采用了網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)，如布署了安全網(wǎng)關(guān)、實(shí)施了單向數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋粚?shí)施了防火墻與IDS/IPS；實(shí)施了嚴(yán)格的訪問控制策略，并采用了雙因素認(rèn)證機(jī)制；建立了定期的安全審計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)評估機(jī)制；制訂了應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，并實(shí)施了定期的數(shù)據(jù)備份。

在持續(xù)改進(jìn)階段，定期回顧和評估網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略的有效性，并根據(jù)新的威脅情報(bào)和技術(shù)發(fā)展，不斷調(diào)整和完善防護(hù)策略。

在實(shí)施過程中遇到了一些問題，如部分老化的設(shè)備難以與新的安全措施兼容，通過逐步替換老舊設(shè)備并在替換前采取臨時(shí)的安全措施解決了這個(gè)問題；一些工作人員對新技術(shù)的接受度較低，通過組織多次培訓(xùn)會(huì)議提高了員工對網(wǎng)絡(luò)安全重要性的認(rèn)識(shí)，并教授了如何正確使用新的安全工具和流程；在初期的安全審計(jì)中發(fā)現(xiàn)了一些未知的安全漏洞，通過聘請專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全顧問進(jìn)行了深入的安全評估，并及時(shí)修補(bǔ)了這些漏洞。

通過實(shí)施上述網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略，該110 kV智能變電站顯著提高了其網(wǎng)絡(luò)安全水平。具體成果包括：安全事件數(shù)量顯著下降、系統(tǒng)的可用性和可靠性得到顯著提升及員工的安全意識(shí)和技能得到顯著提高。

4 結(jié)束語

通過對110 kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略的研究可以看到，實(shí)施多層次的安全防御體系、嚴(yán)格的訪問控制與身份驗(yàn)證、定期的安全審計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)評估及加強(qiáng)應(yīng)急響應(yīng)與恢復(fù)能力等措施，可以提高變電站的網(wǎng)絡(luò)安全水平，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 張展耀，俞伊麗，接曉霞，等.110 kV智能變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造方案設(shè)計(jì)與研究[J].山東電力高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2024（1）：27.

[2] 鄭華珍，黃昭斌，林幼萍，等.110 kV數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化改造[J].電氣時(shí)代，2012（3）：3.

[3] 劉劼，徐超，徐聲龍，等.智能變電站工控系統(tǒng)安全防護(hù)技術(shù)研究[J].能源與環(huán)保，2017，39（12）：140-144.

[4] 俞華，穆廣祺，牛津文，等.智能變電站網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2021，49（1）：115-124.