無線通信技術在變電站應用的安全性探討

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【摘要】無線通信技術（Wirelesscommunication）是當前利用電磁波信號所具有的自由空間中的傳播特定而進行信息交互的一種現代化、智能化通信方式。變電站則是改變電壓的場所，通過升降電壓來實現電能的輸送。既往變電站采取的信息交互為有線通信，但是隨著智能變電站的建設，有線通信已經無法滿足實際工作要求，所以關注目光集中于無線通信技術。本文從安全性角度對無線通信技術在變電站的應用展開研究，以為智能變電站建設提供幫助。

【關鍵詞】無線通信技術；變電站；安全性

前言

無線通信技術具有覆蓋范圍廣、接入點多、投入及維護成本低、擴展性好等特點，相較于傳統的有線通信具有著無與倫比的優勢。然而，現有研究成果中鮮少涉及無線通信技術在變電站應用的安全性分析，使得研究領域尚存在著較大的空白之處。本文此次圍繞該命題展開的研究一方面可豐富現有研究體系內容，另一方面可為智能變電站的建設提供指導，無疑具有重要的研究價值和現實意義。

1無線通信技術在變電站的應用

隨著互聯網技術的快速發展，變站點日常業務內容發生了質的改變，要求變電設備信息采集、周圍環境視頻監控、現場檢修與協同調試、移動巡檢、分布式在線監測、應急通信對于通信覆蓋提出的要求與日俱增。為此，變電站必須使用綜合自動化無線組網方案以滿足上述業務開展需求。具體方案內容如下：通訊線路采用光纖傳輸并接入到已有光纖網絡，在智能控制、信息采集、應急通信環節中采用無線通信技術，并提供多個無線接入設備，促使變電站工作者能夠隨時訪問變電站網絡中的各個組成部分。目前無線通信接入技術包括通用分組無線業務（GeneralPacketRadioService，GPRS）/碼分多址（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）、ZigBee技術（IEEE802.15.4標準）、WiFi技術（IEEE802.11X標準），基于變電站的特殊性要求（安全性、可靠性），WiFi技術無疑為最佳方案[1]。鑒于變電站電磁輻射強，所以選取的網絡為無線網格網絡，利用點對點的網狀拓撲結構進行組網運行。在頻率選用上，目前包括2.4GHz和5.8GHz兩種，由于前者為國內的通用頻率，使用過程中勢必會受到多種設備的干擾，所以將5.8GHz作為無限頻率，以最大程度上提高變電站無線通信技術的抗干擾能力。網絡設計上包括終端層、接入層、分布層三層，為了實現無線通信技術覆蓋整個變電站，戶外訪問接入點（AccessPoint，AP）至少為6個，即：變電站四個方向各1個、進站口、消弧圈各1個。室內則視變電站數量設定，但必須保證每個變電站有1個。利用3個無線控制器（WirelessAccessPointController，APC）將各個接入點接入到無線路由器中，路由器采取1＋1備份模式[2]。

2無線通信技術在變電站應用中安全性分析

無線通信技術無論是在變電站還是其他領域，應用過程中安全性均包括訪問控制以及保密性兩方面內容。如果變電站敏感信息在無線傳輸過程中沒有進行加密或者是加密級別相對較低，勢必會導致敏感信息存在著容易被竊取、篡改的可能，繼而造成變電站的誤動、拒動。為此，智能變電站建設過程中已經普遍采取了以下幾種措施以提高無線通信技術應用的安全性。具體包括跳頻技術Frequency-HoppingSpreadSpec-trum，FHSS），在收發兩端分別設定了特性形式的窄頻載波來進行敏感信息的傳輸，從而保證了變電站敏感信息傳輸的安全性，大幅降低了黑客、不法分子竊取、篡改的成功率。另外，在變電站無線通信網絡之中設定了嚴密的用戶口令以及認證措施，只有取得了訪問控制權限的訪問者才能夠進入到變電站網絡之中訪問。同時，由于變電站中工作崗位較多，相應級別的工作人員在信息獲取上存在著明顯的差異性。所以本文指出，即使同為變電站的工作人員，但是應充分考慮其崗位特殊性賦予其訪問權限，只有具有中高級權限的工作人員才能夠訪問敏感信息。第三，在無線通信應用時需要附加第三方數據加密方案，促使數據傳輸過程中被竊取后也無法從中解析出有用的信息。通過實施上述幾種手段，變電站的無線通信技術安全性必將得到大幅提升，并且上述安全手段已經在諸多領域、大中型企業中得到了廣泛的應用并經過了長期實踐檢驗，無論是有效性還是真實性均處于較高水平，能夠滿足智能變電站工作需求。此外，變電站在實施升降電壓時將會產生強烈的磁場波動，容易對無線通信造成影響，使得其應用的安全性降低，所以必須納入無線通信技術應用的考慮范圍。一般情況下變電站內的電磁信號頻率多在50Hz，波長為103km，容易消散于空氣之中，在經過10m的空間傳輸下，220kV變電站的電磁場信號強度能夠降低至0.5μT，并不會對其他設備以及無線通信帶來明顯的不良影響[3]。同時，變電站內和諧波、放電、操作電弧都有可能成為電磁信號干擾源，但其頻率無邏輯的分布于103~106Hz之間。當前我國變電站選用的頻率波段為5.8GHz，顯著高于變電站內電磁信號波及范圍，故并不會對無線通信帶來任何影響，安全程度得到了強有力的保障。

3無線通信技術在變電站應用中的優勢

通過上述分析可知，無線通信技術在變電站應用中具備了較高的安全性，使得其具有變電站中推廣使用的可行性。本文在此進一步對其優勢做出分析，內容總結如下：（1）便捷性。既往有線通信并不能夠實現覆蓋整個變電站，使得其存在著部分死角范圍。而無線通信技術則有效的回避了該不足之處。通過戶外以及戶內的無線接入點能夠在變電站的任何位置、任何時間利用無線網絡進入到變電站中樞系統之中，及時獲取相應信息，為故障排查、設備信息運轉狀況的及時掌握提供了有力的保障。（2）設備安裝的快捷性。無線通信設備對裝置的依賴性相較于有線通信而言處于偏低水平，在組網過程中避免了穿墻操作或者是布線的繁瑣操作，使得整個工程量明顯降低，提高了安裝工作的效率[4]。（3）投資少。無線通信技術在組網過程中需要的資金量較大，但是卻節約了布線的費用，并且相較于有線通信設備維護的繁瑣性，無線通信后期維護較為簡便，后期的投資回報明顯高于后者，投資回報性較好。

4結論

綜上所述，變電站在運用無線通信技術時不可避免的存在著訪問控制以及保密性兩方面威脅，通過利用跳頻技術、定嚴密的用戶口令以及認證措施、附加第三方數據加密方案將能夠明顯提升其應用的安全性，加之該技術具有便捷性、設備安裝的快捷性、投資少的特征，值得在智能變電站建設中推廣使用。

參考文獻

[1]王正萬.基于WSN的幾種短距離無線通信技術應用分析[J].數字技術與應用，2014，10（02）：23~24.

[2]汪黔疆.無線通信技術在配電自動化系統中的應用前景分析[J].數字通信世界，2014，14（07）：1~4.

[3]馬躍軍，翟偉杰，翟文博，等.淺析短距離無線通信在變電站中的應用與發展趨勢[J].電子世界，2016，25（15）：64~65.

[4]張美蘭，蔡新源，王曉飛.基于WirelessHART協議的工業無線通信技術安全性分析[J].信息安全與通信保密，2016，16（09）：44~45.

作者：樊磊 單位：國網山西省電力公司信息通信分公司