探究水电厂电气工程自动化监控系统安全防护

苑清敏

【摘要】本文从水电厂电气自动化工程的特征入手，介绍了其监控系统的特性与对安全防护的需求，阐述了具体的安全防护措施，希望有助于相关技术的进一步发展应用。

【关键词】水电厂；电气工程自动化；监控系统；安全防护

近年来，随着信息技术与智能控制技术的发展，水电厂的自动化程度越来越高，已经有相当一部分水电厂引入了电气自动化控制系统，极大地节省了人力资源，提高了水电厂的运作效率。为了保障电气自动化系统的运作安全与运作能效，系统往往会附加全程监控模块，即监控系统。但由于整个体系都是通过信息技术和智能技术来运作的，所以监控模块必然会面临相应的安全威胁。因此，有必要针对监控模块的特征，为其订立专门的新式安全防护措施，以提高监控系统运作的安全性和可靠性。

一、水电厂的电气自动化体系

水电厂的电气系统有一定的特殊性，一方面其自身的运作要依赖电气系统，另一方面其本身又是电力的提供端。在这种情况下，水电厂的电气系统非常复杂，要同时满足用电和供电两方面的需求，所以水电厂的电气自动化体系也相应具有复杂化特征，必须进行全程的细致监控。

二、电气自动化体系的监控模块

（一）自动化监控系统的数据采集特征

监控系统的首要任务是对电气自动化系统运作中产生的各项数据进行采集、分析与处理。这个过程具有很强的动态化特征，而且不同数据的采集精度需求往往存在差异，所以监控系统的该项功能比较复杂。通常情况下，需采集的数据包括各种模拟量、脉冲量、状态量，这其中有部分状态量直接关系到报警功能，与安全防护的联系比较紧密。

（二）自动化监控系统的画面显示特征

监控系统的画面显示分为三类，第一类是针对上文所述各种采集数据的显示；第二类是多媒体监控实时传回的监控影像显示；第三类是整个电气自动化系统的模拟画面显示，用于反映电路开断、电流电压等运作情况。一旦监控系统受到攻击，三类画面都可能产生显示错误甚至无法显示，导致整个监控功能失灵。

（三）自动化监控系统的操作控制特征

作为监控电气自动化系统的模块，监控系统在操作控制上选择了远程控制与现场控制结合的控制模式。需要注意的是，虽然作为自动化系统的一部分，监控模块的控制也有一定的智能化特征，但总体来说对人力的需要依然比较高，相当一部分控制功能要通过手动操作来实现，所以在设置安全防护机制时要注意其与手动控制功能的适性。

（四）自动化监控系统的效率监测特征

与普通电气自动化系统的监控模块不同，安装于水电站的这种系统模块还需要具备效率监测功能，以随时对水轮机的运作效率进行在线监测。这种监测由于需要长期连续进行，所以对系统具有长时性、稳定性需求，安全防护系统要能保证监控系统的这两种特性。

（五）自动化监控系统的事件记录特征

在电气自动化系统中，运行故障与运行事故是无法完全规避的，监控系统需要能将故障或事故发生时的具体情况详细记录下来。但由于这种记录有时会受到系统本身的影响，所以安全防护措施还要能起到一定的隔离能效，让故障记录和故障本身分离开来，必要的情况下还需要进行外部备份。

三、电气自动化体系的监控防护

（一）通过硬件手段实现监控模块的防护

对自动化体系中的监控系统模块来说，安全威胁首先来自自身的硬件性能。具体来说，针对电气自动化体系的监控系统具有很高的技术要求和精度要求，如果这些要求得不到满足，监控体系本身就会出现运作能效低下现象，进而产生安全漏洞。因此，在建立监控系统时就应谨慎选择系统硬件，保证数据采集元件、画面显示元件等满足参数要求，同时要结合必要的安全防护设计，提前准备好安全防护措施所必须的元件，例如隔离转换装置、系统出故障时的备用硬件等。

（二）通过软件手段实现监控模块的防护

电气自动化体系的监控系统是通过信息网络来运作和操控的，这样一来就会产生网络入侵风险和病毒风险，因此除了硬件防护外还要进行软件防护。目前，通常使用防火墙、殺毒软件等常规手段来实施软件防护，但受限于技术能力等因素，实际的防护效果并不理想。因此，有人提出了局域网防护的手段，将监控系统所必须的控制网络转为局域网，只保留最低限度的对外接口，这样一来不仅可以保证监控系统的运作效率，而且由于减少了对外接口，所以被病毒和黑客入侵的几率也降低了，是一种有效的软件防护手段。

（三）通过制度手段实现监控模块的防护

为了保证监控系统的软硬件防护手段能正常运作，有必要订立合理完善的管理与防护制度。防护制度的订立不能与实际防护手段脱节，因此在订立之前必须对目前的防护措施、防护条件等进行调研，在此基础上建立责任明确的安全防护方案。通常情况下，安全防护方案应包括以下几方面的规定：针对软件防护系统的操作、维护、升级规定；针对防护措施的记录与备份规定；针对相关场所的出入规定；针对各个防护区块的责任规定；针对关键接口的密码权限规定；针对管理方案本身的实施规定等。

（四）通过人力手段实现监控模块的防护

目前来看，无论是硬件防护还是软件防护，水电厂都缺乏专门的技术人才，防护系统往往直接从外部引进或者聘请专门的技术团队进行制作，必要的维护、升级、改进都委托他们进行。这种做法虽然提高了安全防护体系的专业性，但在日常的运作维护上产生了滞后性。一旦安全防护出现问题，外来团队的处理应对即使再及时也必然存在时差，对一些较为紧急的安全问题无法及时应对。因此，水电厂有必要为自身的自动化监控系统配备必要的常驻安全技术人员，以负责日常维护与紧急情况下的应对。

（五）通过联动手段实现监控模块的防护

现有的安全防护体系虽然可以发挥出足够的防护能效，但并非没有进一步提升的空间。具体来说，受限于种种因素，目前的监控系统与安全防护体系是近乎完全分离的两个系统，这虽然保证了各自的独立性与安全性，但在反应上难免出现一定程度的延迟。另一方面，二者的联动功能并不完善，安全防护体系并没有与监控系统的智能操作中枢连接，在发现安全隐患或无法抵御外部入侵时只能向控制台发出警报，要求操作人员进行手动处理，无法直接通过智能控制装置采取必要的紧急制动等措施。因此，补强监控系统与安全防护体系的联动机能，提高二者的一体性，可以进一步加强安全防护能效。

结语

不同于传统的控制系统，水电厂的电气自动化控制体系升级速度非常快，有时在半年到一年的时间内就要进行系统更新，为了保持与自动化体系的适性，监控系统往往也需要相应进行升级与调整。在这种情况下，要合理把握安全防护系统的升级与更新节奏，因为安全防护系统的独立性相对较强，所以许多时候即使监控系统升级，安全防护系统也不需要进行大规模的升级调整。因此，监控系统升级时，安全防护系统的相关人员应针对具体的升级情况做出分析，判断是否有升级安全防护系统的必要，避免不必要的升级操作与开销。

参考文献

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