火电厂热控系统网络安全建设探讨

国家能源集团乐东发电有限公司 方丰智

我国社会经济在发展过程中，火电厂作为重要能源提供机构，既可以保障区域民生，还可以促进区域经济发展。推广应用热控自动化技术，提升热控系统安全性、可靠性水平，已经成为火电厂经营管理的重点。自动化技术的发展速度快，因此在火电厂生产中的应用频率高，尤其是热控自动化系统，直接影响发电机组的运行。利用过程控制技术、计算机网络技术，全面维护热控网络的安全性。因此，要深入分析热控系统网络安全建设问题，维护火电厂的生产效益。

1 热控系统网络架构

火电厂热控系统涉及软硬件设施、通信设备等，对于不同的设备来说，其处于不同的运行状态。利用分散控制系统可以保证热控系统的运行效益，提高网络结构的安全性。火电厂在运行过程中，热控系统网络依赖计算机技术，对系统网络安全管理的影响明显。在计算机技术的支持下，能够弥补分散控制系统的缺陷，网络安全管理效果较佳。通过网络安全管理，可以消除“信息孤岛”现象，减少系统的网络安全威胁，保障网络结构的安全系数[1]。火电厂在运行过程中，应当联合应用计算机网络技术、通信技术、分散控制系统，开发网络交换机、计算机网络结构，对系统生产过程进行实时管控，同时提供资源管理、生产管理的数据资料，保障热控系统网络安全，全面提升网络管理水平。

2 火电厂热控系统网络安全问题

2.1 机组热控保护问题

当前，科学技术日益完善，促进了热控保护技术的进步发展，提升了热控保护工作效率，且控制监管范围持续扩大，能够实现全天候监控。受到多方因素影响，百万机组热控系统的故障问题较多，涉及电源、电缆、热控设备，检修人员的技术能力也会引发故障问题。机组热控保护工作中，当受到影响因素干扰后，会引发热控保护问题，致使热控系统误动、拒动，影响机组正常运行。

机组热控保护误动或拒动作的原因如下：第一，在设计热控系统时，与实际情况的差距大，控制逻辑不满足标准要求。第二，保护信号的取信方式差别大，明显不同于配置要求，且保护连锁信号设备标准不达标。第三，安装与调控操作不合理，热控技术的监督与管理不到位。

鉴于以上内容，应当科学检修、维护热控保护系统，提高热控保护的安全性。对于部分火电厂来说，热控保护系统存在较多缺陷，主要表现在软件、硬件方面，养护与管理方法不先进，在使用机械化检修管理方式，始终坚持程序化作业，增加物力、财力的浪费，很难规避安全事故的发生。当火电厂管理人员不了解热控设备时，则会影响管理效果，降低设备质量的合格率，严重影响机组热控保护工作[2]。在日常工作中，须合理划分热控设备检修、维护工作，全面提升机组热控保护工作水平。

2.2 网络安全建设问题

2.2.1 主要问题

火电厂内部运行过程中，信息安全可以维护系统安全。当信息安全得不到保证，则会对热控系统应用产生影响。使用信息技术监控时，要充分发挥信息技术安全的优势，以免引发如下问题。

第一，技术人员在使用系统服务器时，计算机终端问题较多，比如存在恶意程序。由于未科学管理系统与设备，致使病毒在设备运行时入侵，对系统安全造成威胁。第二，热控系统操作人员的技术不过关，只会操作老旧系统，对新系统的认知不全面，致使系统安全漏洞多。第三，黑客入侵、攻击等行为，对热控系统检修、防护的影响较大。当发生不良故障问题时，技术人员很难探究故障原因，也不能准确定位故障位置，导致后续使用的不良问题较多。第四，热控系统运行过程中，系统协议、场内监控信息未隔离。此外，火电厂使用落后的防火墙设施，很难引入协议机制，导致防火墙的防御作用不理想。

2.2.2 热控系统感染病毒的实例分析

火电厂结合热电系统、分散控制系统，全面分析网络安全的管理事项，明确薄弱环节的缺陷，从根本上消除不良影响。如网络入侵事件、分散控制网络安全管理不到位等。如果无法及时改进与处理，则会严重威胁热控系统网络安全。

结合网络入侵防范能力分析，分散控制系统网络的人机接口，仍然以工业模式的USB接口、光盘方式为主[3]。但是在热控系统内，外部病毒容易入侵网络结构。针对分散控制系统来说，技术人员配置Windows系统。但由于系统的运行时间比较长，因此无法按时安装、更新补丁，容易出现蓝屏、死机等现象，严重威胁系统的运行效益。在分散控制系统的网络体系中，技术人员没有安装防火墙、安全隔离网，也未切断网络结构的电路，致使内外部线路互联，增加网络入侵隐患，还会对热控系统的网络安全产生负面影响。图1为热控系统病毒传播过程。

图1 热控系统病毒传播过程

3 火电厂热控系统网络安全建设

3.1 网络安全态势感知系统

对于网络安全态势感知来说，必须在网络环境下感知风险，以安全大数据作为基础，高效识别和处理安全隐患。对于网络空间出现的安全挑战，则必须获取信息数据平台支持，发挥出网络安全态势感知技术的各项作用，掌控网络安全状态，做好科学规划与响应工作。

在网络态势感知系统中，涉及主站系统、采集装置。在不同层次设置布设主站系统，对网络安全进行实时化监测，同时具备日志审计功能、预测分析功能。在各级调控中心、各级发电厂、局域网内部，则布设采集装置，采集和分析系统网络安全数据，并且与主站系统完成通信。主站系统、采集装置，均采用数据网络实现通信[4]。

3.2 数据流量限制

通过网络流量，能够充分反映出网络性能特点，从而采取科学的流量控制策略。针对交换器端口，则要配置限制数据流量功能，避免数据信息被大量转发，从而出现网络通信拥堵现象。分散控制系统运行过程中，如果出现网络接口故障、虚拟断点闭合故障，就会增加网络数据发送负荷。火电厂采用分散控制系统时，需要通过光纤通道、智能交换机，形成冗余双环网结构，保证两条环形网络同步运行。交换机负责数据的存储、转发功能，因此在网络系统中的作用显著。在公用系统网络中，机组网络交换机、核心交换机，均要满足系统网络运行要求。分散控制系统运行期间，技术人员要定期升级交换器。对于网络故障隐患，则要完善在线监测功能、报警功能，高效处理不良现象，避免扩大事故范围。对于故障产生成因，交换器厂家应当使用以太网标准协议，减少极端环境下的网络回路缺陷，切实保护网络安全。

3.3 网络结构

参考分散控制系统的画面，推测网络回路状态，持续转发并重复数据，严重影响画面监控功能，容易造成网络通讯瘫痪。技术人员处理时，参考电厂主流网络结构，对现有网络通讯结构进行调整。公用系统、1#、2#机组为对等地位，分支控制系统处于独立状态。针对1#、2#机组交换机，则改为热备用关系。针对其他子系统，则接入网络体系内，设置单向隔离装置。分支控制系统，占据虚拟网络，若未经过路由，则无法实现跨网络访问。通过设置虚拟网段，可以确保各分支控制系统的独立性。

应用此类结构，既可以确保1#、2#机组数据的物理隔离效果，还可以扩展公共网络，形成多功能应用系统。因此，将火电厂划分为若干个功能区，电厂控制1区，选用最优安全隔离法，投入独立控制系统。人孔系统运行过程中，技术人员将其分为引水网安全管理、主控安全隔离等区域。针对安全隔离网关来说，技术人员主要部署SIS接口，通过隔离网络，可以将热控系统连接在一起，快速转化协议。当SIS接口出现病毒时，基本不会对其他结构产生影响，保障热控系统的运行安全，特别是网络安全。图2为热控系统最优安全隔离域。

图2 热控系统最优安全隔离域

3.4 热控系统内部网络安全管控

火电厂要持续加强边界防护能力，高度重视内部网络管理，加强热控系统的防护效果。对于火电厂来说，热控系统的分布位置分散，并由不同部门管理，因此很难对计算机终端操作进行限制，无关人员可以随意接入非授权设备，从而影响热控系统的网络安全。当网络安全管控效果不佳，很难确保计算机终端的安全。针对热控内部网络体系来说，计算机终端涉及较多安全隐患，逐步威胁到内部网络安全。对此，技术人员应当保障热控系统安全，尤其是网络安全，这已经成为火电厂的发展挑战。

热控系统运行过程中，针对网络安全问题，要求技术人员做好准入控制工作，将其作为安全管理要点。通过准入控制技术，技术人员能够对终端状态进行监控，远离危险终端。在准入控制技术、网络安全技术的支持下，可以积极防范安全隐患，保证热控系统的安全性，降低事故率。与信息系统网络管理相比，热控系统网络的结构、流量多。如果网络准入控制平台不完善，就要投入网络管理软件、工控卫士软件，提高热控系统网络的规范性水平，减少安全隐患。利用网络管理软件，能够提高网络拓扑的可视化水平。参考最优安全隔离域名，做好VLAN的划分工作，同时绑定MAC地址，关闭交换机端口。

火电厂提高安全管理水平，严格控制交换机访问，将空闲端口进行关闭，这样可以避免IP冲突问题。对于热控系统来说，操作员站点、服务器均要设置白名单，主机可允许应用软件运行，对其他软件运行进行组织，避免执行恶意代码，减少非法外联现象[5]。通过白名单软件，可以阻止高风险设备接入，如USB设备、移动硬盘。

4 火电厂热控系统网络安全建设实际应用分析

火电厂热控系统内，需要采集输煤系统运行数据。在具体运行中，病毒入侵或攻击运行系统，会利用SIS接口感染整个内部结构系统，导致病毒扩散到SIS结构内，攻击每台运行计算机，出现蓝屏、死机问题，导致火电厂运行崩溃。针对此种情况，要持续加强热控系统的内部结构管理效果，将电厂划分为不同工作区，隔离电场的数据安全，同时在不同区域内设置独立运行系统，将电厂热控系统分为安全隔离区、其他安全隔离区。不同等级区域的划分，将SIS接口位置设置安全隔离网关，以隔离网关方式转换热控系统的数据，防止SIS接口位置出现病毒感染现象，规避整个网络系统结构的病毒感染问题。

综上所述，为了加强网络安全防护能力，火电厂要建设热控系统网络安全架构。投入前期，应当密切监测网络系统运行的安全性，要展示出网络系统的安全价值。同时，技术人员负责监管热控系统的安全行为，完善火电厂的安全结构，推动火电厂的高效化发展。