CN207283594U - 基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统 - Google Patents

基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及电力设备状态监测与故障诊断技术领域，具体涉及基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，具体包括变电站在线监测综合处理单元、变电站调度数据网交换机、变电站纵向加密认证网关、主站侧纵向加密认证网关、生产控制大区非控制区交换机、变电监测数据库服务器、正向隔离装置、反向隔离装置、管理信息大区生产管理区交换机、输电监测终端、防火墙、输电监测数据库服务器、Web应用服务器；本实用新型率先建立了可靠、统一、面向服务架构的纵向贯通与横向传输平台，彻底防治了输变电状态监测系统遭遇黑客攻击、恶意代码破坏等网络安全风险，达到电力行业内电力监控系统网络分区的目标，适于在行业内推广应用。

Description

基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统
技术领域
本实用新型涉及电力设备状态监测与故障诊断技术领域，具体涉及基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统。
背景技术
输变电设备状态监测与诊断技术是防止电网事故第一道防御系统中的关键技术之一，也是智能电网实施的关键环节。但是当输变电设备状态监测评价系统遭受黑客入侵或攻击、感染病毒或恶意代码、遭受物理破坏等，可能会导致系统失灵、主要功能不可用、引发电网误调误控等后果，亦或致使系统关键数据被非法篡改、破坏、敏感信息被窃取等危害，甚至酿成对社会造成负面影响的事件。因此确保电力监控系统网络安全便尤为重要，而电力行业及电网企业也先后出台了《电力监控系统安全防护总体方案》（国能〔2015〕36号文）、《电力监控系统安全防护技术规范》（Q/CSG1204009）等一系列的规范性文件，并且明确了监控系统安全区域的划分、安全区域之间横向互联的逻辑结构、安全区纵向互联的逻辑结构以及网络安全防护设备的总体部署。然而现有设备状态监测系统却仍部署在综合数据网管理信息大区下的生产管理区（以下简称安全Ⅲ区）或管理信息区（以下简称安全Ⅳ区），并不满足前述要求。
鉴于此，须按要求在主站系统侧建设生产控制大区的生产控制大区非控制区，新增部署相关服务器、安全隔离装置、业务地址与通道；并在满足电力监控系统跨区隔离等安全要求下，通过访问在管理信息大区生产管理区的Web应用服务器进行数据监视、分析。进而适应未来智能电网对全景状态信息监测与传输的要求，为全面推广省网级状态监测评价中心精益化管理，提高设备运行的安全性、稳定性提供综合管理平台。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，具体技术方案如下：
基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统包括变电站在线监测综合处理单元1、变电站调度数据网交换机2、变电站纵向加密认证网关3、主站侧纵向加密认证网关4、生产控制大区非控制区交换机5、变电监测数据库服务器6、正向隔离装置7、反向隔离装置8、管理信息大区生产管理区交换机9、输电监测终端10、防火墙11、输电监测数据库服务器12、Web应用服务器13；
所述变电站在线监测综合处理单元1、变电站调度数据网交换机2、变电站纵向加密认证网关3、主站侧纵向加密认证网关4、生产控制大区非控制区交换机5、变电监测数据库服务器6依次连接；
所述生产控制大区非控制区交换机5分别与变电监测数据库服务器6、正向隔离装置7、反向隔离装置8连接；
所述管理信息大区生产管理区交换机9分别与正向隔离装置7、反向隔离装置8、输电监测数据库服务器12、Web应用服务器13连接；
所述输电监测终端10依次连接防火墙11、管理信息大区生产管理区交换机9；
变电站在线监测综合处理单元1输出的数据以光缆、电力调度数据网为媒介依次通过变电站调度数据网交换机2、变电站纵向加密认证网关3、主站侧纵向加密认证网关4、生产控制大区非控制区交换机5输出至变电监测数据库服务器6进行汇集处理和存储；
所述变电监测数据库服务器6输出的数据以光缆为媒介依次通过生产控制大区非控制区交换机5、正向隔离装置7、管理信息大区生产管理区交换机9传输至Web应用服务器13进行汇集处理、存储、展示和向外发布变电监测预警信息及其分析结果；
所述输电监测终端10输出的数据以无线通信网为媒介依次通过接防火墙11、管理信息大区生产管理区交换机9传输至输电监测数据库服务器12进行回寄处理和存储；
所述输电监测数据库服务器12输出的数据以光缆为媒介依次通过管理信息大区生产管理区交换机9传输至Web应用服务器13进行汇集处理、存储、展示和向外发布输电监测预警信息的分析结果。
进一步，所述变电站在线监测综合处理单元1部署在变电站内，用于接入、存储、转发和展示油中溶解气体监测装置、局部放电监测装置、套管绝缘监测装置、避雷器监测装置、接地电流监测装置采集的监测数据。
进一步，所述变电站调度数据网交换机2为48口的三层千兆接入交换机。
进一步，所述变电站纵向加密认证网关3和主站侧纵向加密认证网关4的同网支持密码机数量为2048个，加密速率达到300Mbps，用于网络数据通信的身份认证、访问控制和传输数据的加密与解密。
进一步，所述生产控制大区非控制区交换机5和管理信息大区生产管理区交换机9均采用48口的三层万兆接入交换机。
进一步，所述正向隔离装置7部署在生产控制大区与管理信息大区的边界，用于实现生产控制大区非控制区的业务系统以正向单向方式向管理信息大区生产管理区的业务系统传输数据。
进一步，所述反向隔离装置8部署生产控制大区与管理信息大区的边界，用于实现由管理信息大区生产管理区的业务系统以反向单向方式向生产控制大区非控制区的业务系统导入纯文本数据。
进一步，所述输电监测终端10采用GPRS、CDMA、230MHz、WLAN这4种无线通信网络中的一种进行数据传输。
进一步，所述防火墙11部署在管理信息大区生产管理区与无线通信网之间。
进一步，所述变电监测数据库服务器6、输电监测数据库服务器12和Web应用服务器13均采用四路机架式微机服务器。
本实用新型率先建立了可靠、统一、面向服务架构(service-orientedarchitecture，SOA) 的纵向贯通与横向传输平台，彻底防治了输变电状态监测系统遭遇黑客攻击、恶意代码破坏等网络安全风险，达到电力行业内电力监控系统网络分区的目标，适于在行业内推广应用；
成功实现了变电站状态监测数据的归集、存储和跨区传输、展示，一举克服了综合数据网内运维管理人员难以查阅监测数据的弊端，显著提升了状态预警效率，并达到了电力安全生产中风险、效能和成本综合最优的目标。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
其中，1：变电站在线监测综合处理单元、2：变电站调度数据网交换机、3：变电站纵向加密认证网关、4：主站侧纵向加密认证网关、5：生产控制大区非控制区交换机、6：变电监测数据库服务器、7：正向隔离装置、8：反向隔离装置、9：管理信息大区生产管理区交换机、10：输电监测终端、11：防火墙、12：输电监测数据库服务器、13：Web应用服务器。
具体实施方式
为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：
如图1所示，基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统包括若干套变电站在线监测综合处理单元1、变电站调度数据网交换机2、变电站纵向加密认证网关3、主站侧纵向加密认证网关4、生产控制大区非控制区交换机5、变电监测数据库服务器6、正向隔离装置7、反向隔离装置8、管理信息大区生产管理区交换机9、若干套输电监测终端10、防火墙11、输电监测数据库服务器12、Web应用服务器13；
若干套变电站在线监测综合处理单元1、变电站调度数据网交换机2、变电站纵向加密认证网关3、主站侧纵向加密认证网关4、生产控制大区非控制区交换机5、变电监测数据库服务器6依次连接；
生产控制大区非控制区交换机5分别与变电监测数据库服务器6、正向隔离装置7、反向隔离装置8连接；
管理信息大区生产管理区交换机9分别与正向隔离装置7、反向隔离装置8、输电监测数据库服务器12、Web应用服务器13连接；
若干套输电监测终端10依次连接防火墙11、管理信息大区生产管理区交换机9。
变电站在线监测综合处理单元1、变电站调度数据网交换机2和变电站纵向加密认证网关3部署在变电站内；主站侧纵向加密认证网关4、生产控制大区非控制区交换机5、变电监测数据库服务器6位于电力调度数据网内的生产控制大区非控制区内；正向隔离装置7部署在生产控制大区与管理信息大区的边界，用于实现生产控制大区非控制区的业务系统以正向单向方式向管理信息大区生产管理区的业务系统传输数据；
反向隔离装置8部署生产控制大区与管理信息大区的边界，用于实现由管理信息大区生产管理区的业务系统以反向单向方式向生产控制大区非控制区的业务系统导入纯文本数据；
管理信息大区生产管理区交换机9、防火墙11、输电监测数据库服务器12、Web应用服务器13位于电力综合数据网内的管理信息大区生产管理区内，其中防火墙11部署在管理信息大区生产管理区与无线通信网之间。
变电站在线监测综合处理单元1并行部署在若干座变电站内，变电站在线监测综合处理单元1输出的数据以光缆、电力调度数据网为媒介依次通过变电站调度数据网交换机2、变电站纵向加密认证网关3、主站侧纵向加密认证网关4、生产控制大区非控制区交换机5输出至变电监测数据库服务器6进行汇集处理和存储；此外，每座变电站内设置有数量、种类不一的监测装置，且一套变电站在线监测综合处理单元1可连接多套监测装置，但是每座变电站仅包括一套变电站在线监测综合处理单元1、变电站调度数据网交换机2和变电站纵向加密认证网关3。其中监测装置为油中溶解气体监测装置、局部放电监测装置、套管绝缘监测装置、避雷器监测装置、接地电流监测装置。
变电监测数据库服务器6输出的数据以光缆为媒介依次通过生产控制大区非控制区交换机5、正向隔离装置7、管理信息大区生产管理区交换机9传输至Web应用服务器13进行汇集处理、存储、展示和向外发布变电监测预警信息及其分析结果。
输电监测终端10并行部署在若干座输电线路杆塔上，采用GPRS、CDMA、230MHz、WLAN这4种无线通信网络中的一种进行通信，输电监测终端10输出的数据以无线通信网为媒介依次通过接防火墙11、管理信息大区生产管理区交换机9传输至输电监测数据库服务器12进行回寄处理和存储。
输电监测数据库服务器12输出的数据以光缆为媒介依次通过管理信息大区生产管理区交换机9传输至Web应用服务器13进行汇集处理、存储、展示和向外发布输电监测预警信息的分析结果。
变电站在线监测综合处理单元1部署在变电站内，遵循《信息技术设备的安全》（GB4943-2011）、《计算机站场地安全要求》（GB 9361）、《变电站通信网络和系统》（DL/T860），用于接入、存储、转发和展示油中溶解气体监测装置、局部放电监测装置、套管绝缘监测装置、避雷器监测装置、接地电流监测装置采集的监测数据。
变电站调度数据网交换机2为48口的三层千兆接入交换机。
变电站纵向加密认证网关3和主站侧纵向加密认证网关4的同网支持密码机数量为2048个，加密速率达到300Mbps，用于网络数据通信的身份认证、访问控制和传输数据的加密与解密，具备基于IP、传输协议、应用端口号的综合报文过滤与访问控制、保障系统连接的合法性和数据传输的机密性及完整性功能。
生产控制大区非控制区交换机5和管理信息大区生产管理区交换机9均采用48口的三层万兆接入交换机。
变电监测数据库服务器6、输电监测数据库服务器12和Web应用服务器13均采用四路机架式微机服务器。
在本实施中，将变电站在线监测综合处理单元1部署在变电站内的继电保护室或通信机房的监测系统控制屏柜内，数量是在每座变电站内有且仅有一套，可以接入、归集一座变电站一套或多套监测装置采集的数据；变电站调度数据网交换机2部署在变电站的通信机房内，数量是在每座变电站内有且仅有一套，具体为48口的三层千兆接入交换机，变电站纵向加密认证网关3部署在变电站的通信机房内，数量是在每座变电站内有且仅有一套，主站侧纵向加密认证网关4部署在电力调度数据网内的生产控制大区非控制区的服务器机房中，数量是有且仅有一套，生产控制大区非控制区交换机5部署在电力调度数据网内的生产控制大区非控制区的服务器机房中，数量是有且仅有一套，防火墙11设置在管理信息大区生产管理区与无线通信网之间，具体部署在管理信息大区生产管理区的服务器机房中，数量是有且仅有一套，并按既定规则允许或限制数据传输，避免遭遇外网黑客攻击、恶意代码破坏等网络安全风险。
变电监测数据库服务器6部署在电力调度数据网内的生产控制大区非控制区的服务器机房中，变电监测数据库服务器6的主要作用为：
1）向变电站在线监测综合处理单元1下发调取、查询等控制命令或者分发数据；
2）通过正向隔离装置7、管理信息大区生产管理区交换机9将变电监测预警信息及其分析结果传输至Web应用服务器13汇集处理、存储、展示和向外发布；
3）处理、存储变电设备状态数据，并诊断确认被监测设备的状态，识别故障程度、性质，以及高温过热、低温过热、高能放电、低能放电等故障类别。
输电监测数据库服务器12部署在管理信息大区生产管理区的服务器机房中，主要作用包括：
1）向输电监测终端10下发调取、查询等控制命令或者分发数据；
2）通过管理信息大区生产管理区交换机9将输电监测预警信息及其分析结果传输至Web应用服务器13汇集处理、存储、展示和向外发布；
3）处理、存储输电设备及其线路走廊状态数据。
Web应用服务器13部署在管理信息大区生产管理区的服务器机房中，可以汇集处理、存储、展示和向外发布输变电设备状态监测数据。输变电设备运维人员可以通过Web应用服务器13展示和向外发布输变电设备状态监测数据评价设备状态，制定特巡特维和检修策略。
本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：包括变电站在线监测综合处理单元（1）、变电站调度数据网交换机（2）、变电站纵向加密认证网关（3）、主站侧纵向加密认证网关（4）、生产控制大区非控制区交换机（5）、变电监测数据库服务器（6）、正向隔离装置（7）、反向隔离装置（8）、管理信息大区生产管理区交换机（9）、输电监测终端（10）、防火墙（11）、输电监测数据库服务器（12）、Web应用服务器（13）；
所述变电站在线监测综合处理单元（1）、变电站调度数据网交换机（2）、变电站纵向加密认证网关（3）、主站侧纵向加密认证网关（4）、生产控制大区非控制区交换机（5）、变电监测数据库服务器（6）依次连接；
所述生产控制大区非控制区交换机（5）分别与变电监测数据库服务器（6）、正向隔离装置（7）、反向隔离装置（8）连接；
所述管理信息大区生产管理区交换机（9）分别与正向隔离装置（7）、反向隔离装置（8）、输电监测数据库服务器（12）、Web应用服务器（13）连接；
所述输电监测终端（10）依次连接防火墙（11）、管理信息大区生产管理区交换机（9）；
变电站在线监测综合处理单元（1）输出的数据以光缆、电力调度数据网为媒介依次通过变电站调度数据网交换机（2）、变电站纵向加密认证网关（3）、主站侧纵向加密认证网关（4）、生产控制大区非控制区交换机（5）输出至变电监测数据库服务器（6）进行汇集处理和存储；
所述变电监测数据库服务器（6）输出的数据以光缆为媒介依次通过生产控制大区非控制区交换机（5）、正向隔离装置（7）、管理信息大区生产管理区交换机（9）传输至Web应用服务器（13）进行汇集处理、存储、展示和向外发布变电监测预警信息及其分析结果；
所述输电监测终端（10）输出的数据以无线通信网为媒介依次通过接防火墙（11）、管理信息大区生产管理区交换机（9）传输至输电监测数据库服务器（12）进行回寄处理和存储；
所述输电监测数据库服务器（12）输出的数据以光缆为媒介依次通过管理信息大区生产管理区交换机（9）传输至Web应用服务器（13）进行汇集处理、存储、展示和向外发布输电监测预警信息的分析结果。
2.根据权利要求1所述的基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：所述变电站在线监测综合处理单元（1）部署在变电站内，用于接入、存储、转发和展示油中溶解气体监测装置、局部放电监测装置、套管绝缘监测装置、避雷器监测装置、接地电流监测装置采集的监测数据。
3.根据权利要求1所述的基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：所述变电站调度数据网交换机（2）为48口的三层千兆接入交换机。
4.根据权利要求1所述的基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：所述变电站纵向加密认证网关（3）和主站侧纵向加密认证网关（4）的同网支持密码机数量为2048个，加密速率达到300Mbps，用于网络数据通信的身份认证、访问控制和传输数据的加密与解密。
5.根据权利要求1所述的基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：所述生产控制大区非控制区交换机（5）和管理信息大区生产管理区交换机（9）分别为48口的三层万兆接入交换机。
6.根据权利要求1所述的基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：所述正向隔离装置（7）部署在生产控制大区与管理信息大区的边界，用于实现生产控制大区非控制区的业务系统以正向单向方式向管理信息大区生产管理区的业务系统传输数据。
7.根据权利要求1所述的基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：所述反向隔离装置（8）部署生产控制大区与管理信息大区的边界，用于实现由管理信息大区生产管理区的业务系统以反向单向方式向生产控制大区非控制区的业务系统导入纯文本数据。
8.根据权利要求1所述的基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：所述输电监测终端（10）采用GPRS、CDMA、230MHz、WLAN这4种无线通信网络中的一种进行通信。
9.根据权利要求1所述的基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：所述防火墙（11）部署在管理信息大区生产管理区与无线通信网之间。
10.根据权利要求1所述的基于网络安全分区的输变电设备状态监测系统，其特征在于：所述变电监测数据库服务器（6）、输电监测数据库服务器（12）和Web应用服务器（13）分别为四路机架式微机服务器。
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