董峰
（中国飞机强度研究所，陕西 西安710065）
近些年来，我国发电系统从分散控制发展到了微机控制阶段，已经取得了较大的进步。但还是和世界先进水平还有不小的差距，例如管控手段不足，设备有代差，安全防护缺乏全局性等等，这些因素制约了我国变电站进一步的发展。本文深入分析了二次系统的技术手段，有针对性的全局考虑，提出了一些相关的防护策略。
1 二次系统的技术分析
与输变电直接相关的仪器设备称为一次设备，这些设备有变压器、发电机、输电线、电容器、断路器、电抗、刀闸等等。这些设备组成的系统就是一次系统。相对的，对一次系统进行测量、监控、控制和保护的系统就是二次回路系统，简称为二次系统。二次回路可以分为继电保护回路、直流操作电源回路、自动装置回路、测量回路、控制回路以及信号装置回路。
1.1 继电保护系统
1.1.1 继电保护的要求。继电保护回路是保证系统安全运行最重要的回路。它是一个完整的体系，能够根据电气元件的故障状态及时动作于断路器跳闸或发出信号。其中最常见的故障状态就是短路，例如三相短路，线圈匝间短路等。发变电站主要的继电保护分为四类。分别是发电机、变压器、母线以及线路的继电保护。
如何分辨正常与故障状态的关键，就是找出正常和故障状态下的电气参数变化规律，差别越大，继电保护性能越佳。[1]以下总结了工作中经常出现的参数变化，以及保护状态。并以过电流保护为例进行说明：
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如图所示，当正常运行时，由于Ir=If，这时L J 不会变化。但是当If=Id＞Idz时，L J 动，导致了SJ 延时动作。紧接着XJ 动，信号出现变化，TQ动就会跳闸。
过电流保护单相图
1.1.2 发电机的继电保护。发电机是变电站的核心，决定了变电站的供电质量。发电机本身也是贵重的设备，所以必须装备继电保护设备。发电机的保护可以分为八种类型。分别是：单相接地保护，过电压保护，发电机失磁保护，过负荷保护，转子一点和两点接地保护，负序电流保护，纵差动保护和横差动保护。
这些保护主要针对了发电机各种不正常工作状态。例如：危害最大的定子绕组相间短路；定子绕阻一相匝间短路；转子励磁回路电流突然下降；转子绕组一点或两点接地等。
1.1.3 变压器的继电保护。变压器的继电保护就是针对变压器的不正常状态，用断路器将故障变压器切断。这些不正常工作状态主要分为油箱内故障和油箱外故障。油箱内故障主要是绕组相间和匝间短路、单相接地短路以及直接接地短路。油箱外故障主要有引出线相间短路或一相接地。
变压器的继电保护需要加装的保护有瓦斯保护、纵差动保护和电流速断保护。瓦斯保护主要用来防范各种短路故障以及油面降低，瓦斯保护较为重要。
1.1.4 母线和线路的继电保护。母线和线路的继电保护较为简单，通常遵循差动原理。当正常运行时∑I=0，故障状态时∑I＞0。相位上看，正常运行时，至少有一个元件中相位和其它相位相反。故障状态时，元件是同相位的（除电流等于0 的元件外）。根据此原理，可以设计相位比较回路，装备差动保护装置。
1.2 直流操作电源回路
直流操作系统是对信号和各种自动装置提供电源，保证监测、控制系统的安全运行。直流操作电源系统有蓄电池式、整流式以及电容直流式，在我国最常用的是蓄电池式。蓄电池式也分为铅酸式蓄电池和碱性蓄电池。碱性电池虽然操作简单、维护方便，但其渗漏问题还没解决，发变电站中使用较少。铅酸蓄电池使用时间过长，会出现肿胀释放大量的酸性气体。高频开关和微型充电装置都是铅酸蓄电池，安全性较好。[2]
2 二次系统的安全防护策略
二次系统的安全防护首先需要确定正确的防护原则，在以上技术分析的基础上。可以以“网络专用，安全分区，横向隔离，纵向认证”为基本的防护原则。
安全防护主要针对的二次系统回路是监控系统回路。当然其它回路系统也需要定时检查确保设备没有处于“带病”工作状态。监控系统回路是以通信技术为支撑，需要强化边界防护，加强内部数据安全，以及网络、主机、通信链路安全。从全局考虑，应落实安全防护制度，严格人员、设备、系统建设、系统运维的管理，提高整体安全。电力系统的安全防护是一个复杂的体系工程，其总体的安全水平取决于最薄弱点的安全水平。它的安全防护是一个长期的、动态的防护过程，应该形成一个监测、响应、实施、评估的闭环工程。[4]
2.1 安全分区
安全防护系统可以划分为生产控制大区和信息管理大区。生产控制大区又可分为控制区（安全区1）和非控制区（安全区2）。
控制区直接纵向的调度电力信息数据和专用通道，是电力防护系统的重点和核心。非控制区是电力运行不可缺少的地方，可以在线运行，但不具有控制功能。信息管理大区即信息管理系统，分为内部网数据调度系统，内部电话及网络系统，调度管理系统等。
监控系统控制区的设备主要有：厂级分散控制系统（DCS 系统，该系统位于控制区，分为机组单元控制，自动发电控制，辅机控制，机组保护和公共系统等），轮机控制系统（TCS），自动电压控制系统（AVC），厂级信息监控系统，升压站监控系统，相量测量装置PMU，自动发电控制系统（AGG），变电站自动化系统。位于非控制区的有：故障录波系统RTU 和电能量采集装置。其中，DCS、TCS、厂级信息监控系统、火警探测、管理系统都是变电站内部监控设备，其它设备是与调度中心有关的监控系统。[5]
2.2 生产控制大区的安全防护
（1）生产控制大区安全等级大于管理信息大区。禁止生产控制大区使用邮件服务，控制区禁止使用web 服务。（2）重要数据采取加密手段，例如电力交易数据，SCADA/AGC/AVC等。（3）特殊情况下允许非控制区使用web 服务，但也应采取专用协议。（4）内部主站端和重要端口必须采用恶意代码防护系统。防止病毒攻击。（5）根据边界防护原则，在大区边界上采用入侵检测手段。（6）对于生产大区中的拨号访问，都应使用经过国家检测认证的加固系统。（7）强化安全审计系统，严格进行登录认证和授权。
2.3 信息管理大区的安全防护
统一部署防火墙，定时进行病毒库更新。确保病毒库、木马库经过安全检测，更新时注意离线进行更新。部署桌面终端防护系统。在满足国家安全防护的要求下，将信息录入安全监管系统。[6]
网络专用。进行网络路由防护，采用虚拟专网技术。针对控制区和非控制区划分独立的实时子网和非实时子网，保证高水平的网络质量；进行网络边界防护，经过授权的节点才可以接入电力数据系统；进行合理的安全配置以及分层分区设置。
2.4 横向隔离
在生产大区和信息管理大区之间进行严格的横向隔离。必须设置经过国家检测的电力隔离设备，横向隔离强度应无限接近或达到物理隔离水平。生产控制大区内各个安全区之间也应严格进行控制访问，进行逻辑隔离。专用的横向隔离设备需要满足信息的正向或反向传递要求，能够实时、准确的传输信息。
3 结论
变电站的安全防护是一个复杂的系统工程，不仅需要了解二次系统各个组成部分的详细原理，还需要根据原理进行总体的安全部署。在进行安全防护时注意“网络专用，安全分区，横向隔离，纵向认证”的防护原则，根据该原则合理的采用上述防护手段，可以起到较好的防护作用。
