农配网自动化系统安全经济运行研究

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  【摘 要】农配网自动化就是利用现代电子技术、通讯技术、 计算机及网络技术,实现农配电网系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和用电管理的现代化。本文通过对农配网自动化系统安全经济运行的研究,提出了提高系统运行效率,促进系统可持续发展的建议。
  【关键词】农配电网;自动化;安全;经济
  前言
  为了贯彻落实科学发展观,更好地服务于社会主义新农村建设,国家电网公司提出“新农村、新电力、新服务”的农电发展战略,深入推进农配电网科技进步,农配网自动化系统的研制开发与应用也得到了大力发展,而农配电网覆盖国土面积90%以上,服务人口80%以上,用电量占全国总用电量不足40%,面对如此庞大而相对售电收入不高的群体,如何在提高服务质量的同时,使自动化系统本身所创造的效率大于其建设与运营成本,决定着农配网自动化系统是否有持续发展的能力。
  通常,110kV及以下电力网络属于配电网络,其中35kV及以上属于高压配电网;1kV及以上属于中压配电网;380/220V属于低压配电网。本文要讨论的农配网自动化特指10kV及以下中、低压配电网的自动化。
  1、面向用户建立农配网自动化系统
  面对庞大的用户群体,我们首先应当对户进行安全经济需求分析,将用户适当地进行分类,以选择不同的通信、自动化设备及功能配置,这样才能最大限度的节约成本,提高自动化系统的性价比。农配网用户常用分类及自动化配置方案如下:
  1.1大型专变用户:可装用基于负荷管理功能的专变采集终端,该终端通过与电表间的实时抄表通信,获取并存贮电表的计量数据和信息,对现场计量装置进行状态监测;通过对用户用电开关的直接监控,实现电量控制和负荷控制功能;通过远程通信与系统主站建立直接数据通信,接收执行系统主站的集中管理,向系统主站传送现场采集的用户用电信息;为用户提供本地信息服务等。与系统主站之间的通信可采用的数据传输通道有:专用的光纤网络、GPRS/CDMA[1]/3G[2]无线公网、230MHz无线专网。
  1.2中小型专变用户:可装用专变采集终端,实现对计量电表的远程抄表、强化计量工况和现场事件的信息采集、通过对用户用电开关的直接监控,实现预付费控制管理;通过远程通信与系统主站建立直接数据通信,接收执行系统主站的集中管理,向系统主站传送现场采集的用户用电信息。与系统主站之间的通信可采用的数据传输通道有:专用的光纤网络和GPRS/CDMA/3G无线公网。
  1.3低压单、三相工商业用户:纳入配变台区集中抄表范围,以公用配变台区为采集单位,先由台区多功能终端(集中器)将该配变台区的全部居民电表(包括该配电台区的单相和三相工商业用户电表)通过本地抄表通信,集中采集各电表的计量数据和该配变台区总表的电能信息;上传抄表数据等配电台区所辖的用户用电信息给系统主站,并接受主站的管理指令,完成对用户计量电表的集中管理。台区多功能终端(集中器)与系统主站的远程数传通信可采用专用光纤网络、无线公网(GPRS/CDMA/3G)等。集中抄表本地数据采集网络有以下二种组网模式:一种是区多功能终端(集中器)+载波表(微波表)组网模式:即台区多功能终端(集中器)与具有载波(微波)通信模块的电能表直接交换数据。一种是台区多功能终端(集中器)+采集器+RS-485表组网模式:即台区多功能终端(集中器)、采集器和电能表组成二级数据传输网络,采集器采集多个电能表电能信息,台区多功能终端(集中器)与多个采集器交换数据。台区多功能终端(集中器)与采集器的本地数传通信采用电力线载波(微波)方式,采集器与电能表之间的抄表数传通信采用RS-485总线方式。
  1.4居民用户和公配变:实现居民计量电表的远程抄表和预付费控制管理功能。实现对配变台区考核总表的远程抄表和用电信息采集。组网模式同1.3。
  2、分层分级防护,保障系统安全运行
  由于农配网自动化系统覆盖面广,使用环境复杂,从主站到终端需要分层分级进行安全防护[3],才能将各类安全风险降到最低,用较小的安全管控成本获得较高的安全管理效益。
  2.1主机系统安全防护:
  (1)操作系统安全:选择安全可靠的操作系统;制定用户安全访问策略;限制管理员权限使用;及时升级操作系统安全补丁;安装第三方防病毒安全软件;做好数据备份。
  (2)数据库安全:制定数据库用户认证机制和安全策略;对重要和敏感数据进行存储加密;及时升级数据库安全补丁;数据库系统做到双机热备,数据库的备份可采用天、周、月备份方案,数据库的备份文件要考虑异机、异地的保存;对所有涉及安全的操作,记录完整的操作日志;提供系统级和用户级完备的数据备份和恢复机制。
  2.2数据传送安全防护
  (1)选择安全可靠的基础网络和组网方式:如无线公网运营商(如移动、电信、联通)一般提供普通业务和无线专网业务两种业务模式,签定协议时应明确选择无线专网业务。
  (2)增加网络安全设备:如:增加路由器、交换机及防火墙、入侵检测设备、防病毒工具、安全认证芯片等。
  (3)对数据传输进行加密:对经由网络传输的业务信息流,首先通过安全认证芯片进行加密处理,如对于数据采集和保存采用AES加密方式,加上时戳和智能終端ID作为防重放攻击手段然后发送到网络上;对于开关动作和设备配置、定值管理等数据传输,除通过AES加密外,引入Kerberos协议,加强系统的安全性;接收端同样通过安全认证芯片进行解密认证。
  (4)数据传送信号增强:根据通信终端对信号强度的要求,对无信号或信号微弱的站点进行信号增强。信号增强的方法包括采用高增益天线(例如平面偶极子全向天线、八木定向天线等)、增建微型直放站等。
  (5)终端数据分析异常告警:通过台区智能终端对总表记录电量与各用户采集电量数据的比较分析,对线损异常进行告警,通知用电管理人员到现场及时核实并处理电量采集异常或窃电问题。
  (6)终端数据现场校核:对电量采集异常的台区,由用电管理人员到现场手持终端以红外方式与电能表计进行通信,采集电量数据,进行实时状态检测和故障诊断处理。手持终端如果需要下传定值和配置,也需要专用操作密码和时戳、ID等加密处理。   2.3系统访问、数据交换安全防护
  (1)在不同的系统之间进行访问控制或对本系统进行远程访问,包括连接请求、通信流量、入侵检测等;在接口数据连接建立之前应进行接口认证,认证方式可采用共享口令、用户名/口令等方式,并对口令长度、复杂度、生存周期等进行强制要求,在认证过程中所经网络传输的口令信息当禁止明文传送,可通过哈希(HASH)单向运算、SSL加密、SSH加密等方式实现,也可通过专用的安全认证芯片来实现。对提供给外系统的数据,要有相应的数据校验和审核机制,对数据的流出做好记录。
  (2)建立严格的系统管理和操作的管理规章制度,确保系统操作的安全可靠。
  (3)建立严格的基于用户角色的权限管理和密码管理,对操作人员设定不同密码,并要求操作人员定期更换密码。
  (4)开发测试系统与运行系统严格分开。
  (5)系统对所有改变系统参数、终端参数等操作的都要记录操作日志,记录所有受控操作发生的时间、对象、操作员、操作参数、操作机器IP地址等信息。对于敏感的控制操作要求IP地址绑定,并进行密码校验。
  2.4终端设备安全防护:
  终端设备运行环境恶劣,因此对装置本身的防高温、严寒、潮湿、雷电、强磁场等措施较室内设备要高出很多,另还需考虑防窃、防破坏和用电安全措施。主要措施如下:
  (1)选用专为电力行业设计的工业级通信终端产品,主要技术指标应满足:工作温度-25℃ ~ +70℃,工作湿度10% ~ 95%,功率损耗≤5W,浪涌抗扰度:电源回路差模±1kV,共模±2kV,绝缘电阻不小于10M?(DC500V),并在受到强电磁干扰时仍能正常工作。
  (2)采用电力专用的工业级SIM卡,主要技术指标应满足:正常工作温度-40℃~+85℃;工作湿度10% ~ 90%无凝结;可擦写次数:>50万次。
  (3)终端设备进出引线采用绝缘线、按电能计量表要求进行防窃电打封,增加电能计量异常、装置异常等远程告警和短信报警功能,用以防窃、防破坏。
  3、充分应用系统功能提升供用电安全
  以安全管理、用电管理为基础,充分应用自动化系统功能提升供用电安全,为社会为企业创造出最大效益,是增强系统本身可持续发展能力的重要途径。
  3.1增强漏电保护器的功能,提升用电安全防护
  常规漏电保护器自动跳闸定值应按线路末端人体触电的最小短路电流整定,且跳闸后需人工合闸送电,由于农配网运行环境的复杂性,漏电保护器在非人身触电的情况下跳闸频繁,严重干扰了用户的正常用电;特别是恶劣天气时,大量的漏电保护器跳闸致使农村供电所服务人员疲于奔走各现场合闸送电,但仍无法保障用户的基本需求。这些问题的产生,造成了大量的漏电保护器投运不久后就被退出运行,关键时刻无法起到保护作用。应用农配网自动化系统的台区智能终端设备电流采集和保护功能,配用电动开关可实现并提升漏电保护器的功能,较大程度地缓解安全用电与可靠供电这一矛盾,通过电流采集,可监测到各台区正常供电时漏电流(即零序电流)的大小,在此基础上加上线路末端人体触电的最小短路电流值,既可以解决漏电保护器正常供电频繁跳闸的问题,又能在发生人员误触电时可靠动作切除电源;同时还可根据人员安全脱离导电体时间(一般取10秒),设置自动重合送电时间;应用农配网自动化系统的台区智能终端设备远方遥控功能,还可以在恶劣天气时或确认现场危险已解除的情况下进行远方合闸送电,定期对漏电保护开关进行传动试验,并根据季节、气候变化对应调整漏电保护电流值,确保漏电保护开关在线投入,灵敏可靠,在确保安全供电的基础上,最大限度的满足用户需求。
  3.2促进有序用电,提升配电变压器安全供电能力
  农配网台区负荷分散且变化大、负荷高峰时段集中,形成配电变压器轻载时间长,重载、过载现象也频繁,严重时还造成配电变电压器烧损的问题。应用农配网自动化系统的台区智能终端设备重载、过载短信告警功能和台区智能终端设备对用户电能计量表计的管控功能,在配电变压器重载、过载时及时通知台区用电管理人员及对用电影响较大的用户,通过避峰、错峰,促进有序用电秩序的建立,提升配电变压器安全供电能力。
  4、系统经济运行策略
  4.1统一配电、用电管理平台,避免重复投资。
  系统建立时宜采用分布式多层架构,以配电、用电管理和客户服务的各项业务需求为基准,统一配电、用电管理平台,充分应用现有资源,满足业务增长需求。
  4.2合理选择部署模式,有效降低投资成本,提高运维质量
  遵循配电、用电用系统的部署模式,将低压台区配电、用电综合管理系统的主站部署和配电、用电的一致起来,系统间的数据传输和运行维护均非常有利。
  另外采用集中部署,经济投资成本较低,运行维护统一,能够提高系统运行维护质量。
  4.3引入竞争机制,有效节约运营成本
  加强系统接口标准设计和管理,做到系统内各元件、通讯信道及现场终端无扰接入无忧退出,在此基础上引入产品、服务竞争机制,可有效节约运维成本,促进系统发展与状大。
  4.4加强系统远程管理,减少现场工作量
  选用具有远程网管功能的通信终端产品,当需要调整通信参数或修正通信终端的软件缺陷时,能够通过网络实施远程配置和远程升级,减少现场维护工作量。
  4.5加强通信流量的管理,有效控制通信费用
  充分应用计费流量最高限制选择信号传输频率和信号传输数量,根据就地保护、远方控制,集中分析的原则,设置合理的通信参数,采用基于流量监测、辅以ICMP探测的链路检测机制,检测各台区智能终端链路状态。在使用过程中,建立通信费用监控、预警与评估机制,及时发现通信异常,杜绝终端费用超标现象发生。
  5、结语
  农配网自动化切实服务于农网的配电、用电管理各项业务需求,为农电企业经营管理各环节的分析、决策提供支撑,提升企业集約化、精益化和标准化管理水平。本文通过对农配电网自动化系统安全经济运行的研究,对农配网自动化系统建设、系统运行安全防护、应用系统功能提升供用电安全和系统经济运行提出了一些措施和建议,旨在提高自动化系统运行所带来的社会效益和企业效益,促进自动化系统本身可持续发展的能力,从而推动农配网自动化系统的建设与发展,实现新农村智能化电网。
  参考文献
  [1]汪俊锋.GPRS/CDMA无线通信技术在电力负荷管理通信中的应用研究.合肥工业大学,2009,(6)
  [2]刘思源,郑训钊.3G移动通信技术在电力行业的应用.电力与电工,2009,(02)
  [3]田嘉.电厂二次系统安全防护方案的设计与规划电力信息化,2011, (04)
  作者简介
  刘春艳(1972年)女,工程师,主要研究方向:电力系统自动化及其应用。 移动:13707326971;电话:0731-58587396
  周多思(1971年)男,工程师,主要研究方向:科技与企业同业对标管理。
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