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配电自动化安全防护设计与实践

文档作者：王胜飞１胡　华２赵文杰２陈文雄２李端欢２王兴念１文档来源：１．珠海许继芝电网自动化有限公司２．国网黄石供电公司		点击数：	更新时间： 2021年11月30日
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配电自动化安全防护设计与实践
王胜飞１，胡　华２，赵文杰２，陈文雄２，李端欢２，王兴念１
（１．珠海许继芝电网自动化有限公司，广东珠海５１６０９０；
２．国网黄石供电公司，湖北黄石４３５０００）
摘　要：为保证配电自动化系统信息安全，遵循“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则，构建配电自
动化系统安全防护建设方案和建立网络与信息安全防护管理体系，针对配电自动化系统涉及的主站、终端、通信、网
络设备、安防设备等环节对其进行加固，全面提升其安全性。
关键词：配电自动化；信息安全；安全防护设计；安全加固
中图分类号：ＴＭ７３４
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（１．ＺｈｕｈａｉＸｕｊｉｚｈｉＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｈａｉ５１６０９０，Ｃｈｉｎａ；
２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＨｕａｎｇｓｈｉＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｈｕａｎｇｓｈｉ４３５０００，Ｃｈｉｎａ）
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ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｉｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆ“ｓａｆｅｔｙｐａｒｔｉｔｉｏｎ，ｎｅｔｗｏｒｋｓｐｅｃｉｆｉｃ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｉｓｏｌａｔｉｏｎ，
ａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ”ａｎｄｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｅｃｕｒｉｔｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈ．Ｔｈｅｍａｉｎ
ｓｔａｔｉｏｎｓ，ｔｅｒｍｉｎａｌｓ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｎｅｔｗｏｒｋｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｓｅｃｕｒｉｔｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｏｔｈｅｒｌｉｎｋｓｉｎｖｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｒｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｒｓａｆｅｔｙ．
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收稿日期：２０１９０３１１
作者简介：王胜飞（１９８１－），从事配电自动化系统方面的应用与
实践。
０ 引言
配电自动化系统是电力、计算机、网络设备与技术
的结合，主要承担着１０ｋＶ 电网的监控、控制及故障处
理任务，在电力系统中发挥着越来越重要的作用。配电
自动化安全涉及电力系统的正常稳定运行， 影响着国
家、通信、民生工程等诸多重要方面。随着配电自动化
覆盖率的加大，系统的实用化［１２］及大数据、云计算、物
联网、移动互联网与电网的深度融合和信息通信新技术
的引入与应用［３］，“攻击面”扩大，安全防御链条越来越
长，网络边界更加模糊，对电网信息安全防御设计和管
理提出更高要求。为加强配电自动化系统安全防护，供
电企业和各厂家进一步加强配电自动化系统安全防护设
计［４９］，国家电网公司运维检修部制定了《配电自动化系
统网络安全防护方案》，对配电主站数据采集系统与终端
间的通信网络和交互信息进行了多层次全方位的安全防
护设计。本文针对配电自动化系统建设，就如何优化信
息安全设计，建立网络与信息安全防护管理体系，严格
落实网络隔离措施，完善网络安全基础设施的实际应用
进行探索和实践， 建立供电企业全方位的安全防护
体系。
１ 配电自动化系统安全防护建设方案
配电自动化系统在结构上分成配电主站层、通信网络
层、设备层。配电主站层横跨生产控制大区和管理信息大
区，建设满足配电网运行监控与运行状态管控需求的相关
业务功能；通信网络层在生产控制大区与配电终端的通信
方式原则上以电力光纤通信为主，对于不具备电力光纤通
信条件的末梢配电终端，采用无线专网通信方式；管理信
息大区与配电终端的通信方式原则上以无线公网通信为
主，遵循国家电力信息安全防护相关规定构建通信信息
网，应用ＩＥＣ６０８７０５１０１／１０４、ＩＥＣ６１８５０通信规约实现
配电设备层与配电自动化主站间的通信和数据传输；设备
层主要包括站所终端（ＤＴＵ）、馈线终端（ＦＴＵ）、各类架
空／电缆故障指示器。为保证配电自动化系统信息安全，
根据《电力监控系统安全防护规定》和《关于印发电力监控
系统安全防护总体方案等安全防护方案和评估规范的通
知》的要求，遵循“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向
认证”的原则，构建配电自动化系统安全防护建设方案，
如图１所示。
（１）生产控制大区。配电主站生产控制大区配置配电
４７
电气设计　电工技术
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加密认证装置，对下行控制命令、远程参数设置等报文采
用国产商用非对称密码算法（ＳＭ２、ＳＭ３）进行签名操作，
实现配电终端对配电主站的身份鉴别与报文完整性保护；
对配电终端与主站间的业务数据采用国产商用对称密码算
法（ＳＭ１）进行加解密操作，保障业务数据的安全性。安全
接入区配置配电安全接入网关，采用国产商用非对称密码
算法实现配电安全接入网关与配电终端的双向身份认证；
若采用无线公网，则配置硬件防火墙实现无线网络与安全
接入区的隔离。采集应用部分与安全接入区部署正反向隔
离装置进行隔离。
（２）管理信息大区。配电主站管理信息大区采用无线
公网通信方式，经防火墙、数据隔离组件接入管理信息
大区前置服务器。其中防火墙通过设定访问控制策略实
现对应用层数据流控制；通过数据隔离组件进行边界安
全隔离以防止非法链接穿透内网直接进行访问。配电主
站管理信息大区加装配电加密认证装置，对远程参数设
置、远程版本升级等信息采用国产商用非对称密码算法
进行签名操作，实现配电终端对配电主站的身份鉴别与
报文完整性保护；对配电终端与主站间的业务数据采用
国产商用对称密码算法进行加解密操作，保障业务数据
的安全性。
（３）配电主站生产控制大区与管理信息大区间部署正
反向隔离装置进行隔离，实现两大安全区间的信息隔离。
（４）配电主站生产控制大区与调度自动化系统（ＥＭＳ）
间通过正反向隔离装置进行隔离；配电主站和ＥＭＳ间采
用ＩＥＣ６０８７０５１０４报文传输方式交互三遥数据，采用文
件传输方式交互信息和操作数据。
（５）配电主站管理信息大区与其他外部系统采用硬件
防火墙等设备实现横向域间安全防护。
２ 配电自动化系统安全防护要求与管理
为全面提升安全技术防护能力，适应新业务发展和网
络安全防护需求，从终端、网络、边界、主机、应用、数
据等方面对配电自动化系统进行优化和建立安全体系，提
升配电自动化系统安全效能。
２．１ 服务器、工作站
（１）配电自动化系统服务器、工作站采用符合安全的
国产化设备，选择华为、浪潮、曙光等主流厂商设备。
（２）服务器与工作站软驱、光驱、ＵＳＢ口、串口、网
口、管理用的外部交互接口采用物理关闭（如不具备则通
过设备厂商软件进行关闭），并采用一次性封贴封闭。
（３）严禁连接未经检测、批准的存储、外设数据拷
贝，软件安装要经过批准、监督，严禁使用未经检测、批
准的Ｕ 盘、光盘、软盘、Ｐａｄ、移动硬盘等存储设备及未
经检测、批准的光驱、软驱、鼠标、键盘、无线设备等外
设连接配电自动化设备。严禁设备连接外网、未经批准的
局域网及其他连接过外网的设备（如手机、笔记本、Ｐａｄ
等）。
（４）设备维护需经批准、监督。严禁私自连接服务
器、工作站等设备，有维护需求时必须履行审批手续，须
有专门监督人员陪同。
（５）维护工具、维护设备必须是经过检测、批准的专
用设备，严禁采用个人、公用维护设备。
２．２ 操作系统及软件
（１）服务器、工作站必须安装通过第三安全检测的国
产化操作系统，目前公司服务器、工作站安装凝思操作系
统，并通过离线安装包及时对操作系统打补丁和版本升
级，并关闭服务器与工作站４４５、ｔｅｌｎｅｔ、ｆｔｐ、ｈｔｔｐ等高危
端口或空余服务端口，禁用Ａｄｍｉｎ、ｒｏｏｔ等默认账户，使
用复杂口令及定期更换口令，开启日志审计、数据备份，
删除系统默认的路由规则等方法加固操作系统安全。
（２）配电自动化系统支撑软件采用经第三方安全检测
的数据库软件，目前公司采用达梦、金仓数据库软件。
（３）安装国产版杀毒软件， 并定期进行全面杀毒工
作，杀毒软件升级包必须离线安装；严禁使用、安装网络
下载软件、个人提供软件、公共软件及其他来路不明软
件，支撑软件必须通过正规渠道购买正版、最新稳定版操
作系统。
２．３ 网络设备
（１）配电自动化系统网络设备采用国产华为、浪潮、
华三等主流厂商设备。网络设备间要采用硬件分离，不能
采用逻辑分离，比如交换机不能通过划分ＶＬＡＮ 方式实
现隔离。
（２）封闭网络设备端口。网络设备空余端口通过网络
设备内部命令关闭并粘贴撕毁可容易发现的一次性封贴。
严格限制和管理管理口、调试口。
（３）网络设备配置禁用默认规则，使用最小化原则细
化网络配置内的ＩＰ、端口、访问控制列表， 删除冗余
规则。
（４）网络设备与接入设备ＭＡＣ地址绑定，防止其他设
４８
电工技术　电气设计
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备非法拔插进入网络设备；网络设备账户（配置、管理、
审计）三权分立，禁用默认账户和简单密码；网络设备管
理采用双因子认证，在调试维护网络设备时，对维护工具
（如笔记本电脑）的ＩＰ、ＭＡＣ及访问网络设备的方式进行
限制，并存储访问记录，以便校验。
２．４ 通信系统
（１）配网光纤通信网络采用专用的通信网络， 并对
ＯＮＵ、ＬＴＤ 进行安全管理， 主要包括： 在网管机、
ＯＬＴ、ＯＮＵ 上设置通信端口离线自动关闭策略，防止通
信端口被非法拔插至攻击设备，人工现场确认处理后，再
通过网管机开启通信端口恢复正常使用； 在网管机、
ＯＬＴ、ＯＮＵ 上设置空余通信端口关闭、不同通信端口连
接设备不能相互访问且只能访问指定主站ＩＰ、端口策略，
以防止通过通信端口已连接设备攻击主站或其他通信端口
连接设备。
（２）无线公网通信的网络优先采用ＴＤＳＣＤＭＡ 网络，
采取ＡＰＮ＋ＶＰＮ 逻辑隔离、访问控制、认证加密等安全
措施，由通信运营商做好安全访问策略；采用４Ｇ 通信模
块，ＳＩＭ 卡为专用的、固定ＩＰ模式。
２．５ 终端设备与运维
（１）配电终端根据接入的通信方式、功能不同，配置
不同物理端口，可配置网络接口、串口，禁止配置ＵＳＢ、
近距离无线等接口。
（２）加固操作系统， 关闭配电终端设备不使用的端
口、服务及口令，并贴上封条，设置符合安全要求的用户
名和口令；工程应用中关闭ｈｔｔｐ、ＥＭａｉｌ、Ｔｅｌｎｅｔ、Ｒｌｏｇ
ｉｎ、ＦＴＰ等高危服务端口，一般只开放２４０４端口。
（３）启用终端加密认证，进行ＩＰ、ＭＡＣ与通信设备的
绑定。
（４）按照国家电网要求对终端证书进行管理。把终端
证书请求文件导出到国网进行签发后导入主站，把主站的
证书导入到终端。
２．６ 安防边界设备
（１）根据《配电自动化系统网络安全防护方案》加装隔
离装置、防火墙、加密认证装置、安全接入网关设备、数
据隔离组件、态势感知设备、ＩＰＳ设备、ＩＤＳ设备、漏洞
扫描设备，进行信息隔离、检测、监视，阻断异常网络
访问。
（２）物理隔离装置。细化ＩＰ、端口配置并进行ＭＡＣ
绑定；实现三区分立并删除默认账户，密码口令设定须满
足复杂度要求，维护设备进行ＩＰ、ＭＡＣ地址绑定。
（３）防火墙设备。定期升级固件版本、病毒库；绑定
被访问的ＩＰ地址与ＭＡＣ地址，考虑业务使用的ＩＰ、端
口，被访问服务器业务ＩＰ、端口必须限制地址、端口转换
等，细化防火墙配置策略，以防止真实ＩＰ、端口暴露，被
恶意使用或攻击；删除默认账户，密码口令设定须满足复
杂度要求并定期更换。
（４）纵向加密设备。保证纵向加密设备人、ＩＣ 管理
卡、设备三合一安防管理；删除默认账户，设定密码口令
须满足复杂度要求；关闭远程管理功能；内外网配置在不
同ＩＰ段地址；细化具体ＩＰ地址或地址段以满足最小化应
用；根据业务需求对纵向加密设备密通规则、隧道最小生
存周期、容量、业务ＩＰ、端口、协议等细化策略配置，并
对涉及服务器、路由器或交换机设备的业务ＩＰ进行ＭＡＣ
绑定，ＩＰ与端口进行ＮＡＴ转换需符合安防要求。
（５）数据隔离组件。对涉及的管理信息大区前置、防
火墙、路由器及无线终端等方面进行管理，主要包括：管
理信息大区前置服务器对无线终端ＳＩＭ 卡地址路由规则设
置细化；细化数据隔离组件内外网口ＩＰ地址或地址段、
最小化安防配置并满足业务需要；关闭内网网络冗余端
口；禁用默认账户，实现三区分立，设定满足复杂度要求
的密码口令并定期更换。
（６）态势感知设备、ＩＤＳ、ＩＰＳ、漏洞扫描设备。禁止
默认账户、超级账户并设置账户三权分立策略，设定满足
复杂度要求的密码口令并定期更换；禁用空余端口并采用
一次性封贴封闭；定期更新态势感知设备固件程序、智能
检测与许可证，定期更新ＩＤＳ设备病毒库、检测程序、业
务策略需求设置及许可证，定期更新ＩＰＳ病毒库、异常特
征库、业务策略需求设置及许可证；指定专人实时检测、
分析报警内容、异常信息并及时处理和修复。
（７）配电加密认证装置。禁止默认账户、超级账户并
设置账户三权分立，设定满足复杂度要求的密码口令并
定期更换；禁用空余端口并采用一次性封贴封闭。设置
访问ＩＰ白名单、维护ＩＰ白名单及ＩＰ地址与ＭＡＣ地址绑
定、访问方式等安防限制； 建立制度严格管理ＵＫｅｙ
使用。
（８）配电安全接入网关。禁止默认账户、超级账户并
设置账户三权分立，设定满足复杂度要求的密码口令并定
期更换；禁用空余端口并采用一次性封贴封闭；细化终端
访问主站的ＩＰ地址，保证主站访问终端的ＩＰ地址、配电
终端与加密证书一一对应；设置机密认证默认策略为全部
认证，认证失败即阻止联通策略，并细化设置主站与终端
的业务访问协议、端口，禁止非业务协议、端口访问；建
立管理制度管理配电安全接入网关ＵＫｅｙ的安全应用。
２．７ 主站应用与管理
（１）配电主站应用软件应通过国运检、国调控、省运
检、省调控、中国电科院、省电科院组织的工程化、实用
化验收中的安防验收；通过电力安全测评实验室组织的公
安部等保测评。
（２）配调员、维护员对配电自动化访问要采用双因子
认证；配电自动化系统程序、业务、人员使用密码必须符
合密码复杂度要求并定期进行更换且不能重复。
（下转第５２页）
４９
电气设计　电工技术
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间短路后备保护动作时间配合整定，若低压过流保护动作
时间短于主变压器相间短路后备保护动作时间或机组后备
保护动作时间，可能导致跳闸范围扩大。
某电站主变压器后备保护最长动作时间为３ｓ，机组
失磁保护动作时间按躲过系统最大振荡时间取１．５ｓ，低
电压过流保护动作时间为１ｓ。某年，某电站励磁系统改
造后，第一次抽水试验时根据以往经验未投入“恒功率运
行方式”。抽水机组并网后，励磁系统一直处于电流控制
模式，未切换至电压控制模式。机组升负荷过程中，励磁
电流未随之上升，导致机端电压下降，机组从系统中大量
吸收无功功率（机组容量为３００ＭＷ，最大吸收无功为２７０
ＭＷ），达到低压过流保护动作条件，延时１ｓ后低压过流
保护动作，将５００ｋＶ 开关跳闸，同一间隔内的机组也随
之跳闸。进一步分析事故可知，励磁系统故障使得机组处
于低励状态，失磁保护已启动，但因失磁保护动作延时
１．５ｓ，低压过流保护延时１ｓ，故低压过流保护先于失磁
保护动作，导致事故扩大。该电站低压过流保护应按照与
主变压器后备保护的动作时间配合整定，延时取３ｓ，则
动作时间长于失磁保护动作时间的１．５ｓ，可避免５００ｋＶ
开关及相邻机组跳闸。
②低压过流保护动作于跳本机组时动作时间整定错
误。低压过流保护动作于跳本机组时，作为机组的后备保
护，其动作时间应与机组后备保护动作时间配合整定。按
照ＤＬ／Ｔ６８４—２０１２《大型发电机变压器继电保护整定计算
导则》４．２．１与主变压器后备保护的动作时间配合，低压过
流保护动作时间一般取３．５ｓ左右，按发电机组后备保护
整定，其动作时间应长于失磁保护动作时间，一般取２ｓ
左右。若低压过流保护动作时间整定错误，则可能导致机
组发生故障时，低压过流保护不能迅速切除故障。
４ 结语
继电保护作为切除故障的第一道防线和防止故障扩大
造成停电事故的最后一道防线，是保证电力设备安全和限
制大面积停电最基本、最重要、最有效的手段。在今后的
工作中还需对低压过流保护整定和配置进行规范，以期更
好地发挥其作用，防止故障扩大，确保抽水蓄能电站的安
全稳定运行。
参考文献
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［２］许正亚．发电厂继电保护整定计算及其运行技术［Ｍ］．北京：
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［３］ＤＬ／Ｔ５５９—２００７２２０ｋＶ～７５０ｋＶ 电网继电保护装置运行
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［４］ＧＢ／Ｔ１４２８５—２００６继电保护和安全自动装置技术规程［Ｓ］．
［５］高春如．大型发电机组继电保护整定计算与运行技术［Ｍ］．２
版．北京：中国电力出版社，２０１０．
（上接第４９页）
　　（３）配电自动化系统遥控要采用双席认证，必须执行
人、监护人同时认证才可进行遥控。禁用批量遥控功能，
以防主站被恶性使用。
（４）配电主站机房内无线信号必须进行屏蔽处理，机
房内任何设备满足不能通过无线方式与外界通信的要求。
（５）进入机房要采用双因子认证，配电主站机房内设
备一般要求２ｈ巡视一次，有特殊需要时０．５～１ｈ巡视一
次；巡视人员中必须有监督人员，巡视前必须履行审批手
续；巡视时需做详细记录。
３ 结语
在工程建设时遵循国家对电力信息系统安全要求，加
强配电自动化系统安全防护设计；在运维时对配电自动化
系统涉及的主站、通信、配电终端、网络设备、安防边界
设备等各环节根据安防需求建立运维管理制度。通过在工
程设计、运行、维护、管理各环节时刻保证配电自动化系
统在安全运行状态，才能确保配电网的安全、稳定、可靠
运行。
参考文献
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保护与控制，２０１６，４４（２０）：１２１６．
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５２
电工技术　电气设计

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