监控系统水电厂电力监控系统网络安全防护方案.docx
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1、水电厂电力监控系统网络安全防护方案 南方电网调峰调频发电有限公司2022年6月文档属性序号修订版页次编制或修订人批准人更改内容时间备注1首次制定王晓翼、钟雪辉目录1. 水电厂重要信息系统安全等级保护定级要求12. 水电厂业务系统网络安全防护基本参考原则22.1. 安全区I系统22.1.1. 水电厂监控系统22.1.2. 相量测量装置PMU32.1.3. 继电保护装置42.1.4. 安全稳定控制系统42.2. 安全区II系统42.2.1. 故障录波装置42.2.2. 继电保护及故障录波信息子站52.2.3. 电能量采集装置52.2.4. 机组状态监测系统52.2.5. GIS局放在线监测系统62
2、.2.6. 主变局放在线监测系统62.2.7. 主变在线监测系统62.3. 安全III区系统63. 水电厂监控系统安全防护方案设计73.1. 安全防护目标73.2. 总体安全需求73.3. 安全分区83.4. 电力监控系统基本安全防护措施要求83.4.1. 横向通信防护83.4.2. 纵向通信防护93.4.3. 可信验证93.4.4. 恶意代码防护93.4.5. 双因子认证103.4.6. 实时入侵检测103.4.7. 运维安全审计103.4.8. 网络安全态势感知103.4.9. 安全管理中心113.4.10. 系统安全加固123.4.11. 安全管理要求123.4.12. 数据备份恢复13
3、3.5. 设备清单及选型规范133.5.1. 设备清单133.5.2. 设备选型规范183.5.3. 电力专用隔离装置183.5.4. 纵向加密认证网关203.5.5. 硬件防火墙223.5.6. 入侵检测系统233.5.7. 运维审计系统243.5.8. 可信白名单防护系统263.5.9. 双因子认证系统273.5.10. 网络安全态势感知281. 水电厂重要信息系统安全等级保护定级要求水电厂的电力监控系统应划分为生产控制大区和管理信息大区,生产控制大区根据对一次设备的影响可划分为控制区(安全区I)和非控制区(安全区II),重点保护生产控制以及直接影响电力生产(机组运行)的系统。按照自主定级
4、、自主保护的原则,参照原国家电监会关于印发的通知(电监信息200744号)、信息安全技术网络安全等级保护定级指南(GBT 22240-2020)等相关行业定级标准确定本企业电力信息系统的安全保护等级,并按照计算机信息系统安全保护条例(国务院第147号令)、公安部关于印发的通知(公信安20071360号)、发电厂监控系统安全防护方案(国能安全201536号文附件3),指导水电厂生产控制大区的业务系统开展等级保护工作,同时到相应的公安机关进行备案。根据相关要求,建议系统定级如下:序号业务系统及设备控制区非控制区管理信息大区等级保护建议定级备注1.水电厂监控系统水电厂监控系统(总装机300兆瓦及以上
5、)3A12.继电保护继电保护装置及管理终端2B3.安全稳定控制系统安全稳定控制系统3A1、B4.故障录波故障录波2B5.相量测量装置PMUPMU(不带控制功能)2B6.电能量采集装置电能量采集2B、A17.管理信息系统MISMIS2A28.大坝自动检测系统大坝自动检测2A29.报价辅助决策系统报价辅助决策2A210.检修管理系统检修管理2A2注:A1:与调度中心有关的电厂监控系统A2:电厂内部监控系统B:调度中心监控系统的厂站侧设备与调度中心无关的电力监控系统不接入调度数据网2. 水电厂业务系统网络安全防护基本参考原则1. 水电厂的控制属于工业过程控制范畴,是典型分散分层控制系统,生产控制大区
6、内各系统间均可能存在通信,结构复杂,所以对生产控制大区安全区内各系统的访问控制要加以特别注意。2. 水电厂二次系统生产控制大区各系统应只面向现场运行操作人员和系统工程师。3. 在保证边界清晰、通信安全的前提下,控制区和非控制区内子系统不必强行分割。例如中小型电厂监控系统整合了生产控制大区内多数功能,不易分割。4. 因原有设备部署限制、地域、扩建、产权不同和自动化水平等因素,同一电厂内或者梯级内可能存在多个相互独立的设备控制系统,所以同一电厂内可以存在多个相同级别的安全区,而不是必须相连。生产控制大区与管理信息大区之间隔离方案可根据实际情况处理。5. 对不存在外部网络联系的孤立业务系统,其安全分
7、区无特殊要求,但需遵守所在安全区的防护要求。6. 通信网关机使用TCP/IP等网络协议,不能承担边界防护的功能。跨安全区的通信必须采取安全隔离措施,保证相应的安全隔离强度。7. 在保证满足安全防护的前提下进行安全分区、应用系统改造时应尽可能简化网络系统,保证系统的可靠性、稳定性,并节约投资。8. 与调度中心相连接的系统应处于相当的安全区。9. 同一套GPS系统不可以网络方式为不同安全大区提供授时服务。2.1. 安全区I系统安全区(控制区)是指由具有实时监控功能、纵向连接使用调度数据网的实时子网或专用通道的各业务系统构成的安全区域。控制区中的业务系统或其功能模块(或子系统)的典型特征为:是电力生
8、产的重要环节,直接实现对电力一次系统的实时监控,纵向使用调度数据网或专用通道,是安全防护的重点与核心。2.1.1. 水电厂监控系统水电厂监控系统主要是作为全厂站的设备监视、测量、控制、管理的中心。新一代水电厂监控系统除了实现厂内监视控制功能,还集成了RTU、AGC、AVC、调功终端等功能模块,一体化实现调度四遥功能。监控系统一般由上位机和下位机组成,采用星型或环形组网模式。上位机部分由调度通信机、数据库服务器、操作员工作站、工程师工作站及综合管理工作站组成,调度通信机通过调度数据网与调控中心通信,上报遥信、遥测数据,同时接受调控中心对电厂端的有功调节(AGC)、无功调节(AVC);数据库服务器
9、负责实时采集所需的各种中断量、开关量、模拟量、温度量和脉冲量,并对采集的数据进行越限检查和状态变化检查,对检出的事件进行分析处理,并可记录历史数据,根据需要发出命令控制现场设备等;操作员工作站主要用于运行人员监视操作,是运行人员与设备之间的人机接口;工程师工作站负责作一些修改及培训类工作;综合管理工作站负责语音报警、报表打印及完成站内其它厂家设备如励磁调速器等的接入。下位机部分由不同功能的LCU及PLC设备组成,实现发电设备、开关站、闸门设备等设备功能的现地控制。序号互联系统或设备安全防护边界1.电力调控中心SCADA系统电力专用纵向加密认证装置2.调速器系统无3.励磁系统无4.温度巡检仪无2
10、.1.2. 相量测量装置PMU同步相量测量装置PMU主要利用全球定位系统(GPS、北斗卫星)提供的精确时间基准对电力系统的状态进行数据采集,它可以直接测得PMU安装点的节点电压相量,包括电压有效值和相角,通过把监测到的数据经由通讯网络传送到调度中心,供管控人员进行分析,以构建电力系统实时动态监测系统,有助于加强对电力系统动态安全稳定的监控,提高调度机构准确把握系统运行状态的能力,对厂站电力系统监视、保护、稳定判别和稳定控制起到重要作用。PMU的核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标准时钟信号的守时能力、PMU与主站之间能够实时通信并遵循有关通信协议。同步相量测量装置操作系统一般采用
11、主流Linux系统,具有内核小、安全稳定性高、网络通信能力强大等优点。PMU有独立的操作系统,电子盘和网络接口,能满足实时数据与离线数据分区传送的要求。序号互联系统或设备安全防护边界1电力调控中心WAMS系统电力专用纵向加密认证装置2.1.3. 继电保护装置继电保护装置能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速地、有选择性地动作于断路器将故障设备从系统中切除,保证无故障设备继续正常运行,将事故限制在最小范围,提高系统运行的可靠性,最大限度地保证向用户安全、连续供电。序号互联系统或设备安全防护边界1继电保护及故障录波信息子站防火墙2.1.4. 安全稳定控制系统安全稳定控制系统:即稳控系统,指
12、的是为解决一个区域电网内的稳定问题而安装在两个及以上厂站的稳定控制装置,经通道和通信接口设备联系在一起,组成稳定控制系统,站间相互交换运行信息,传送控制命令,可在较大范围内实施稳定控制;是确保电力系统安全稳定运行的第二道防线的重要设施。序号互联系统或设备安全防护边界1稳控系统子站纵向加密认证装置2.2. 安全区II系统在生产控制范围内由在线运行但不直接参与控制、是电力生产过程的必要环节、纵向联接使用调度数据网的非实时子网的各业务系统构成的安全区域。非控制区中业务系统或功能模块的典型特征为:是电力生产的必要环节,在线运行但不具备控制功能,使用调度数据网,与控制区中的业务系统或功能模块联系紧密。2
13、.2.1. 故障录波装置该系统由电网调控中心的故障录波信息管理、电网层的故障元件诊断、以及双端测距等功能组成。可在系统发生故障时,自动地、准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况,通过这些电气量的分析、比较,对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平均有着重要作用。序号互联系统或设备安全防护边界1继电保护及故障录波信息子站无2电力调控中心故障录波系统电力专用纵向加密认证装置2.2.2. 继电保护及故障录波信息子站继电保护及故障录波信息子站将完成对大量由不同厂家生产制造、具有不同型号、采用不同通信协议的变电厂内继电保护、故障录波等智能装置的统一接入,集中管理,从这些装置
14、中采集数据,并进行必要的处理(如汉化、过滤、分类),在此基础上形成统一有序的数据格式,然后通过网络、专线、电话拨号等有选择、分优先级地上送到各调度中心(主站),再进行数据的集中分析处理,从而实现全局范围的故障诊断、测距、波形分析、历史查询、保护动作统计分析等高级功能。序号互联系统或设备安全防护边界1故障录波装置无2继电保护装置防火墙3电力调控中心继电保护及故障录波信息主站电力专用纵向加密认证装置2.2.3. 电能量采集装置电能量采集计量系统的建设实施是为了能够安全、可靠、准实时地采集电能量原始数据及相关信息,在此基础上具备丰富的数据合理性校验、数据业务处理、统计计算、电能量管理、网损管理、报表
15、生成、数据发布等应用功能,为各部门提供生产运行数据,为各决策部门提供决策依据。系统主要使用LINUX操作系统,与电度表系统接口采用102规约进行数据通讯,系统内部接口则采用串口进行数据采集,通过调度数据网发送至调控中心。序号互联系统或设备安全防护边界1电力调控中心电能量计量系统电力专用纵向加密认证装置2.2.4. 机组状态监测系统机组状态监测系统:可以利用各种分析诊断工具,对机组异常信息进行深入分析,辅助发现异常原因,指导机组检修工作,最终为机组状态检修服务提供依据、技术支持,根据状态在线监测系统获得的机组特征信号,准确掌握设备状态情况,合理安排机组小修、大修和扩修。机组状态监测系统主要通过各
16、种传感器进行内部监测,可不与其他业务系统进行通信。如有通信必要,应按照横向隔离要求,适当采用防火墙、电力专用横向单向安全隔离装置进行相应隔离。2.2.5. GIS局放在线监测系统GIS局放电在线监测系统是一套用于连续监测和分析电力设备GIS中局部放电信号的在线监测装置,系统主要包括超高频UHF传感器,本地监测主机,终端监控装置和局放高级在线分析软件组成。监控系统中本地数据处理用于处理从传感器获取的信号并将其数字化。而采用上位机进行局放信号的筛选、分析并完成局放脉冲数值记录、监测局放量发展状况等功能。内置通讯和软件分析功能,直接输出局放信号类型.放电幅值,故障严重程度。采用IEC61850协议输
17、出信号,可以直接接入变电站综合在线检测平台。GIS局放电在线监测系统主要通过各种传感器进行内部监测,可不与其他业务系统进行通信。如有通信必要,应按照横向隔离要求,适当采用防火墙、电力专用横向单向安全隔离装置进行相应隔离。2.2.6. 主变局放在线监测系统主变局放在线监测装置(系统)基于特高频原理,通过传感器监测主变内部发生的局部放电,数据集中单元将传感器捕获的局部放电信号转换为数字量,信号处理单元进行滤波、放大、频谱分析和缺陷预警,处理结果经光纤通信接口传送至后台机进行数据分析、显示、报警管理、诊断和存储,局域网中远程客户可以通过相关软件对后台机的运行状态和监测结果进行查看和监控。主变局放监测
18、系统的数据应能传送至试验研究所远程诊断中心。主变局放在线监测装置主要通过各种传感器进行内部监测,可不与其他业务系统进行通信。如有通信必要,应按照横向隔离要求,适当采用防火墙、电力专用横向单向安全隔离装置进行相应隔离。2.2.7. 主变在线监测系统主变在线监测系统是集控制、测量分析技术于一体的精密设备,对变压器等油浸电力设备进行在线监测,及在线及时准确检测出绝缘油中溶解的各种故障特征气体浓度及变化趋势,这些气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。主变在线监测系统能够快速准确的进行油色谱分析,实现完全在线监测油浸式电力设备的运行信息,为变压器等油浸电力设备的长期稳定运行提供了可靠保证。主
19、变在线监测系统主要通过各种传感器进行内部监测,可不与其他业务系统进行通信。如有通信必要,应按照横向隔离要求,适当采用防火墙、电力专用横向单向安全隔离装置进行相应隔离。2.3. 安全III区系统按照电力监控系统安全防护规定,管理信息大区内部在不影响生产控制大区安全的前提下,可以根据各企业不同安全要求划分安全区,原则上应划分为安全区(生产管理区)。计划检修数据申报终端的应用主要包括调度门户网站、调度管理互联模块、基础信息管理、调度流程管理、运行值班管理、生产控制管理、专业运行管理、统计分析报表、计划检修数据申报等。计划检修数据申报终端与外部的接口如下:与电力调控中心OMS系统之间使用TCP/IP协
20、议通过数据通信网,经防火墙进行数据通信。序号互联系统或设备安全防护边界1电力调控中心OMS系统防火墙3. 水电厂监控系统安全防护方案设计3.1. 安全防护目标标准水电厂监控系统安全防护主要针对网络信息安全,目标是:(1)抵御黑客、病毒、恶意代码等通过各种形式对电力监控系统发起的恶意破坏和攻击,尤其是集团式攻击;(2)防止内部未授权用户访问系统或非法获取信息以及重大违规操作行为。防护重点是通过各种技术和管理措施,对实时闭环监控系统及调度数据网的安全实施保护,防止电力监控系统瘫痪和失控,并由此导致电力系统故障。3.2. 总体安全需求(1)通信安全需求l 厂内各系统设备之间采用以太网方式连接则必须采
21、取符合相关规定的横向隔离措施。l 生产业务系统设备与调控中心非网络专线通信方式不考虑安全防护。l 生产业务系统设备与调控中心采用语音拨号通信不考虑安全防护。l 生产业务系统设备与调控中心经电力调度数据网和保护专用网络通信须采取隔离措施,防止网络攻击、病毒和非法操作。l 计划检修数据终端与调度系统的网络通信应进行隔离,防止病毒、网络攻击和非法操作。l 出差人员与MIS的远程拨号访问须采取严格技术和管理手段防止重要数据被窃取泄漏。防止该通道成为病毒传播和恶意攻击跨越防火墙的途径。(2)各系统安全需求l 电厂监控系统内部应具有病毒防护能力,防止病毒传播。系统主机和工作站的操作系统漏洞和应用系统漏洞存
22、在被利用的风险,应及时封堵或升级,重要服务器、操作员站和通信工作站应进行主机加固,加强系统访问控制和操作审查。l 重要服务器应采取有效的访问控制和隔离手段,封堵系统漏洞,过滤恶意代码病毒,阻挡网络攻击。各应用服务器应具有病毒防护能力。l 各种移动设备是网络内部病毒传播的主要介质,应进行严格管理控制。l 各业务系统管理、操作人员,各终端使用人员的操作行为应得到有效监控,防护措施应能在一定程度上防止并可靠记录误操作和恶意违规操作。(3)全局安全需求l 生产控制业务系统网络应能实时、可靠地响应安全事故,进行事故追忆,并具有学习功能。l 电厂应定期对监控系统进行等级保护测评及安全防护评估。l 电厂应具
23、有全面合理的监控系统安全管理体系。3.3. 安全分区基于简化后的水电厂监控系统连接关系图,各系统安全分区拓扑采用链式结构,如图所示。水电厂安全区拓扑结构3.4. 电力监控系统基本安全防护措施要求3.4.1. 横向通信防护(1)安全I、II区间安全防护采用国产硬件防火墙在安全区I与安全区II之间建立逻辑隔离,并根据业务需求,最小化原则设置访问控制策略,其颗粒度应达到端口级。(2)生产控制大区内各系统内联安全防护安全区/内各应用系统间如有数据连接必须采取访问控制(防火墙)等安全措施。(3)生产控制大区与管理信息大区间安全防护采用电力专用横向单向安全隔离装置在安全区II与管理信息大区之间建立物理隔离
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