背景
根据国家电网和南方电网的“十四五”规划，在2021-2025年期间全国电网总投资近3万亿元，全面推进电网转型升级，构建新型电力系统。变电站作为电网环节中不可或缺的关键节点，其智能化建设进程不断加快。同时，随着越来越多的智能变电站投入使用，因其高度的共享性与交互性，遭到了勒索软件、挖矿病毒、黑客、甚至敌对势力的关注，不断渗透攻击，给我国电网稳定运行带来安全隐患。
1、智能变电站
智能变电站，以电子式互感器、变压器、开关等一次设备以及合并单元、智能终端等二次设备为数字化基础，基于IEC61850规约，建立三层两网的网络结构，利用订阅/发布的通信机制，高效完成智能变电站的信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能。同时满足全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的基本要求，实现集自动控制、智能调节、分析决策、协同互动等功能为一体的变电站。
智能变电站的“三层两网”架构，如图1所示：
站控层：主要是一体化监控系统，包括综合应用服务器、数据服务器、数据通信网关机、以及时钟服务器等。实现变电站的运行监视、调节控制、辅助决策、信息综合分析、智能告警、运维管理等。
间隔层：主要包括测控装置、保护装置、网络记录分析以及故障滤波装置等。其主要作用是通过智能终端对一次设备进行保护和控制，实现本间隔内的操作、闭锁，并进行一次电气量的运算和计量等。
过程层：主要包括电子式互感器、断路器、刀闸、母线、开关等一次设备以及智能终端、合并单元等二次设备。其主要功能是进行一次电气量采集、执行操控命令和监测设备状态。
站控层网络：指MMS网络，用于站控层与间隔层之间的客户端/服务器端服务通信，传输事件顺序记录（SOE）、测量、文件、定值、控制等信息。MMS报文是基于TCP的客户端/服务器通信模式。因此，MMS报文对通信实时性要求不是太高。
过程层网络：主要包括GOOSE网和SV网。
GOOSE网：主要是将过程层二次设备与间隔层的测控、保护、滤波等装置通信，主要传输开入、开出量，完成对一次设备的智能控制，为发布/订阅通信模式，实时性要求高。
SV网：主要用于电子式互感器、断路器、刀闸等一次设备传输原始采样值（电流电压采样值），为发布/订阅通信模式，实时性要求高。
图表 1智能变电站三层两网架构
2、智能变电站安全现状
大部分智能变电站已按照能源局36号文进行了“横向隔离、纵向认证”的安全防护建设，但还存在以下主要问题：
智能变电站的高度集成化、网络化、互操性、开放性等特点，增加了暴露面，导致变电站面临了病毒、木马等恶意代码程序风险；
IEC61850规约，缺乏授权、认证、加密机制；GOOSE和SV协议只有应用层、表示层、数据链路层和物理层，采用组播模式传输，虽然保证了实时性，但容易遭受DOS和重放攻击；
缺少从网络流量视角分析误操作、异常动作的审计机制。如继电保护软压板远程误操控，如网络风暴，如GOOSE报文正常报警机制是：-5s-5s-2ms-2ms-4ms-8ms-5s-5s，任何威胁入侵都有可能导致报警机制的改变，引起继电保护跳闸、误动或拒动；
电力监控主机缺失抵御未知威胁的能力。存在默认开启高危端口（如139、445、3389等）、默认共享，弱口令等安全基线问题；存在操作系统漏洞、电力监控软件漏洞不敢打、不愿打、不想打等问题；存在移动存储介质乱插乱用现象；存在杀毒软件与全站系统组态配置SCD软件不兼容，导致误杀、不断重启、运行缓慢等问题；存在安装杀毒软件后病毒库不更新问题。最终导致电力监控主机处于“裸奔”和“带病”运行的状态。
3、安全解决方案
基于智能变电站的安全现状，结合绿盟科技多年在电力领域积累的安全经验和最佳实践，安全架构设计如图2：
图表 2智能变电站安全架构设计图
在安全I区，部署工业安全设计设备，对MMS网交换机、GOOSV网交换机以及SV网交换机进行镜像流量采集，基于对IEC-61850规约的深度解析以及机器自学习白名单模型，实现对违规操作、误操作以及异常行为、关键操作（控制程序下载、上传、组态变更以及CPU启停等操作）等实时监测，并可协助继电保护异常跳闸、误动等生产事故进行定位分析，缩短停电时间。
在安全II区，旁路部署工业入侵检测设备，对电力监控系统中存在的异常威胁、漏洞利用行为、恶意攻击进行实时检测。
在安全I区和II区，部署工业主机卫士系统，利用机器自学习白名单模型，对工业主机应用程序、进程、服务以及外设进行管控，抵御未知威胁，实现对电力监控主机的安全防护。
4、客户收益
提升智能变电站电力监控网络安全监测感知能力，实时了解电力监控系统安全运行状态；
从网络流量视角，协助对继电保护装置异常跳闸、闭锁、误动等安全事件进行定位分析，缩短停电时间；
提升智能变电站网络安全合规性，满足36号文、等级保护要求。
随着十四五规划的推进落实，越来越多的低碳、环保、高效的智能变电站投入使用，绿盟科技作为深耕网络安全领域二十余年的安全公司，愿为建设数字电网、新型电力系统保驾护航，为推动“碳达峰、碳中和”国家战略尽一点绵薄之力。
