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安全应用结构在机组振动远程监测及诊断系统中的实现

文档作者：黄葆华杨建刚文档来源： 1．华北电力科学研究院 2．东南大学火电机组振动国家工程研究中心		点击数：	更新时间： 2021年06月05日
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2007年10月
第8卷第10期
电力设备
Electrical Equipment
Oct．2007
V01．8 NO．1O
安全应用结构在机组振动远程监测及诊断系统
中的实现
黄葆华 ，杨建刚
(1．华北电力科学研究院，北京市100045；2．东南大学火电机组振动国家工程研究中心，江苏省南京市210096)
摘要：目前安全性问题已经成为限制机组振动远程监测、诊断系统应用的重要因素。文章分析了目前远程系统存在
的安全性缺陷，数据传输、网络连接存在安全隐患等。提出系统的安全策略，并针对机组振动监测与诊断的特点，介绍了
VPN技术在京津唐电网机组振动远程监测、诊断系统中的应用，最后介绍其实现方式，包括远程系统接入方案的选择、系
统结构和工作流程。
关键词：振动；远程监测；诊断系统；安全；虚拟专用网
中图分类号：TK268． l
1 机组振动远程监测诊断系统应用现状
发电机组的安全、稳定运行是保证企业经济效益
的基础。机组振动故障监测与分析是影响我国火电
安全生产的关键技术之一。随着发电企业规模的不
断扩大，电厂在专业技术人员的配置上难以满足对机
组振动进行监测、分析与故障处理的需要，因此利用
计算机与网络技术建立机组振动远程监测、诊断系统
符合发电企业提高设备健康状况的需要，tE是电力技
术服务商提高自身能力的需要。为此，华北电力科学
研究院开发了TN8000系统，作为京津唐电网机组振动
远程监测、诊断中心的核心系统，目前已可以对10座电
厂的3l台机组进行实时监测与诊断。此外，西安交通
大学、华中科技大学、东南大学、清华大学等高校与研究
所也都开发了类似的远程诊断系统；国外Bently的
DM2000、System one等同样具有远程监测功能。
早期机组振动远程监测、诊断系统多采用客户／
服务器(c／s)方式，将数据库存取和应用程序分离开
来，通过数据采集站采集设备的运行数据，由数据服
务器进行数据存取操作，利用电话线或拨号网络与异
地诊断中心进行数据传输，远端客户端与服务器使用
TCP／IP协议下的C／S应答方式传输数据。目前远程
监测、诊断系统正向3层分布式结构的浏览器／服务
器(B／S)方式发展，一般包括远程故障诊断中心服务
器，数据库服务器和远程客户终端。远程用户和诊断
中心服务器之间通过Intemet进行连接。这种远程接
入方式往往更多采用的是公用电话网(PSTN)通过
Modem模拟拨号技术实现，但其带宽窄、速度慢，更为
重要的是数据完全没有加密。同时，Intemet是一个开
放的环境，远程诊断中心所有的应用服务、数据、信息
在此流动，网络的开放与共享使得远程监测、诊断系
统存在数据传输、网络连接的安全隐患。由于发电企
业对网络安全性、数据安全性与保密已经非常重视，
对无安全保障的应用系统越来越加以限制，这就造成
远程监测无法获得必要的数据，远程诊断无法提供有
质量的服务。目前在远程诊断系统的应用研究中，很
少考虑并应用数据传输与网络连接的安全技术，因而
发电企业也就难以接受此类系统的应用服务。
因此，研究提高网络的服务安全性、数据的可靠
性及通信服务质量等问题，是开发与应用发电企业机
组远程监测、诊断系统至关重要的任务。
2 机组远程监测、诊断系统的安全策略
机组振动远程监测、诊断系统中的所有信息均是
在公网中进行传输与交换的，这样就不可避免地存在
信息被截获、利用甚至被恶意攻击的风险，因此对一
套满足发电企业网络安全性需求的机组远程状态监
测与诊断服务系统而言，安全应用结构应该主要体
现在：
(1)对信息与资源进行严格控制，防止非法用户
进入系统及合法用户，对系统资源的非法使用。
(2)在数据的发送与接收过程中要保证除了发
送方与接收方外，其他任何人对数据是不可知的，防
止数据被恶意截取，即使盗取了文件也无法得到其
内容。
(3)防止数据传输过程中出现非法用户对数据
进行无意或恶意的修改、插入；确保数据在传输过程
中没有被非法改动过，能够原样地到达目的地，防止
丢失交换的数据，保证数据的完整性与真实性。
(4)采用认证技术，对数据和信息的来源进行验
证，确保数据的发送方与接收方的合法性；采用数字
签名，数据发送方不能在发出数据后否认自己的发送
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14 电力设备 第8卷第10期
行为，数据接收方在收到数据后不能否认签收行为及
对数据进行修改。
为实现上述安全要求，在系统设计与应用中可以
通过设置目录和文件访问权限；设置www 目录访问
权；设置IP地址控制访问权，同时进行密码校验与登
录控制；用基于SSL协议的高安全度的通信方案保护
数据传输过程的加密与完整；在Internet外围采用防
火墙技术，阻止非法用户进入。
随着网络技术和数据通信技术快速发展，使得许
多企业和部门考虑利用公网构建自己的专属网络，进
行本部门数据的安全传输，保护内部私有数据，使信
息在网络上的传输得到安全保障。这样虚拟专用网
(VPN)技术在理论研究和实现技术上有了很大发展，
它利用密码技术和访问控制技术，在公共网络中隔离
并虚拟建立一条专用通信网络，很大程度上实现了信
息在网络流通中的通信安全性、可靠性、保密性。正
因为VPN可以提高系统的整体安全性能，为机组远程
监测、诊断系统提供可靠的安全平台，将系统网络连
接及数据传输的安全性达到同专线连接相同的程度，
同时大大节省了系统安装、维护与升级的费用。机组
远程监测、诊断系统利用VPN技术构造系统的安全应
用结构是远程监测、诊断技术发展的一个重要方向。
3 VPN安全技术
VPN安全技术同样包括数据保密性、数据完整
性、身份验证。它主要采用4项技术来解决数据的安
全性：隧道技术、加解密技术、密钥管理技术和使用者
与设备身份认证技术 引。图1为VPN等效网络。
公共嘲络的Ⅵ)N连接
等价子网络
图1 VPN等效网络
3．1 隧道技术
隧道技术是VPN的基本技术，它类似于点对点连
接技术，它在公用网建立1条数据通道(隧道)，让数
据包通过这条隧道传输。隧道实质上是一种封装，它
把一种协议A封在另一种协议B中传输，实现协议A
对公用网络的透明性。对于远程监测、诊断服务的网
络系统而言，隧道技术在VPN的实现中的主要作用有：
(1)1个IP隧道可以调整任何形式的有效负荷，
使远程用户能够透明地拨号上网来访问远程诊断
网络。
(2)隧道能够利用封装技术同时调整多个用户
或多个不同形式的有效负荷。
(3)使用隧道技术访问远程诊断网络时，远程诊
断网络不会向Intemet报告它的IP网络地址。
(4)隧道技术允许接受者滤掉或报告个人的隧
道连接。
3．2 加解密技术
加密技术是数据通信中一项较成熟的技术。利
用加密技术确保传输数据的安全性是VPN安全技术
的核心。为了适应VPN工作特点，目前VPN 中均采
用对称加密体制和公钥加密体制相结合的方法。对
称加密体制的通信双方共享一个秘密密钥，发送方使
用该密钥将明文加密成密文，接受方使用相同的密
钥将密文还原成明文；公钥加密体制或称非对称加
密体制，是通信各方使用两个不同的密钥：一个是只
有发送方知道的秘密密钥，另一个则是与之对应的
不需要保密的公开密钥。在通信过程中，发送方用
接收方的公开密钥加密消息，并且可以用发送方的
秘密密钥对消息的某一部分或全部加密，进行数字
签名。接收方收到消息后，用自己的密钥解密消息，
并使用发送方的公开密钥解密数字签名，验证发送
方身份。
3．3 密钥管理技术
密钥管理技术的主要任务是如何实现在公用数
据网上安全地传递密钥而不被他人窃取。现行密钥
管理技术分有SKIP与ISAKMP／OAKLEY 2种。SKIP
是由SUN公司提出发展的，它利用DCD1．5H算法在
网络中传递密钥；在ISAKMP中有2把私用与公用的
密钥。
3．4 使用者与设备身份认证技术
由于身份认证技术对VPN至关重要，若无有效的
身份认证方案VPN则无法实现其安全功能。目前采
用的方法是由数字证书签发中心发出的标准数字证
书，双方数据在交换前，便确认彼此的身份以及对数
字证书进行比较，当结果比较正确时方进行数据
通信。
4 机组振动远程监测、诊断系统的实现
4．1 远程系统接入方案选择
针对不同的用户要求，VPN提供3种方案：远程
访问虚拟网(Access VPN)、企业内部虚拟网(Intranet
VPN)和企业扩展虚拟网(Extranet VPN)。这3种类
型的VPN分别与传统的远程访问网络、企业内部的
Intranet以及企业网和相关外部的企业网所构成的
Extranet(外部扩展)相对应。京津唐电网机组振动远
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旋转机械振动专题 黄葆华等：安全应用结构在机组振动远程监测及诊断系统中的实现 15
程监测、诊断中心根据对机组状态的分类以及机组监
测实际可能发生的需要认为机组振动远程监测、诊断
系统的功能应具备以下功能：① 能完成定期的机组振
动状况的分析评估与预测；② 能完成特定故障下的实
时监测；③ 诊断中心振动专业工程师能在异地制定机
组故障分析与处理方案。从以上功能看，对于1台机
组而言，它的振动及运行参数数据不是长时间在网络
上与远程中心进行数据流通通信，所以京津唐电网机
组振动远程监测、诊断系统在方案选择上以Access
VPN模式为主，包括模拟、拨号、ISDN、XDSL、移动IP
等，远程诊断中心的振动专业工程师即使在异地工作
也可以利用VPN服务，与远程诊断中心的VPN网关
建立隧道连接，从而完成对故障机组的远程监测与诊
断服务。利用Access VPN构建机组远程振动监测、诊
断系统可以减少用于调制解调器和终端服务设备的
资金及费用，简化网络；实现本地拨号接入的功能，降
低远距离通信的费用；远端验证拨入用户服务(RADI—
US)可对员工进行验证和授权，保证连接的安全性。
4．2 机组振动远程监测、诊断系统结构
图2为京津唐电网机组振动远程监测、诊断系统
结构图。从系统结构上看，每台机组均通过数据采集
设备与本单元的监测中心站相连，而单元的监测中心
站又组成了电厂的监测局域网络，并最终建立电厂的
监测控制、管理中心站，通常称为电厂专职工程师站．
这样现场数据采集装置通过该局域网络将各机组的
状态数据和振动动态数据传送至电厂的专职工程师
站，专职工程师站可通过网络对现场采集装置进行配
置、发送采集命令等。为保证电厂机组运行的安全
性，专职工程师站同时要完成与远程监测诊断中心的
通信，并管理远程VPN访问的认证、设置权限等操作。
远程监测诊断中心也同样构成一个监测网络，以便中
心工程师实现对不同电厂的多台机组进行监测与诊
断分析任务，远程监测诊断中心也通过基于VPN的防
火墙接入Internet。不在远程中心而在异地工作的振
动专业工程师在接到电厂机组监测与诊断需求后可
通过宽带无线固定接入或拨号等方式与Internet相
连，实现对特定机组的监测与分析。由于电厂监测网
络与远程中心网络的安全要求最高，因此在此类网络
出口必须有集成防火墙功能的VPN设备；对于异地工
程师的连接采用客户端软件实现加密解密，减少不必
要的费用。
4．3 机组振动远程监测、诊断系统工作流程
对于连接到远程中心的机组，需要根据机组的运
行状况、机组在电网中的作用与运行方式，以及电厂
的需要将对机组的监测、分析程度分为异常状态在线
连续监测与定期数据下载浏览进行状况评估分析2
种。对于调峰机组采用连续在线监测，关注的重点是
机组暂态变化情况；对于基本负荷机组，中心采用定
堕
图2 机组振动远程监测诊断系统结构
期数据下载分析方式。一旦机组发生故障，中心对机
组将做连续在线监测；机组的所有起停过程都纳入连
续在线监测。同时，中心接到电厂专职工程师的要求
后，可以随时对设备进行在线监测、分析。在需要与
电厂监测网络连接时，远程监测中心工程师可通过
web服务器软件与Internet建立连接。电厂的监测控
制中心接受到VPN呼叫后，鉴定其合法身份，并建立
VPN连接。在远程监测中心被认证后，则在电厂中心
和远程中心之间建立加密及VPN隧道。此后，机组的
振动数据与运行参数都会经设备加密后在VPN隧道
中传输。对于需要在异地与电厂监测中心连接的工
程师，可直接在自己的终端上运行VPN 的客户端软
件，由自己来初始化与电厂中心之间的隧道连接，并
建立直接从异地工程师到电厂中心的隧道。在数据
通信结束后，电厂监控中心终止相应的VPN隧道，取
消异地工程师的访问权限。
5 结束语
网络技术是发电机组振动远程监测与故障诊断
系统的基础。它是发电企业设备和远程监测诊断中
心进行数据通信的的媒介，而比较完善的系统安全
技术又是远程监测、诊断系统在发电企业成功应用
并发挥作用的保证。京津唐电网机组振动远程监测、
诊断系统在近几年的实践中逐步利用网络技术的进
步，提高了系统性能，增加了系统监测机组的数量，使
远程监测、诊断技术在发电企业中得到更加广泛的
应用。
6 参考文献
[1] 陆颂元．机组群振动状态实时监测故障诊断网络和远程传输系
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16 电力设备 第8卷第9期
统技术研究[J]．中国电力，2001，34(9)：51-54．
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[5] 朱介南．大型汽轮发电机组振动状态远程监测与故障诊断系统
的实现[J]汽轮机技术，2003，45(1)：5-7．
[6] 姚宝恒，杨霞菊，佟德纯，等．基于互联网的设备远程监测诊断
技术[J]．振动与冲击，2002，26(3)：54-57
收稿日期：2007—08—06
作者简介：
黄葆华(1970一)，男，博士，高级工程师，主要从事汽轮发
电机组振动故障测试、分析与处理工作。
(责任编辑张晓燕)
Realization of Safety Application Configuration in the Remo~ M onitoring and
Diagnosis System of Generating-Unit Vibraion
HUANG Bao—hua ，YANG Jian一 咀
“ (1．North China Electric Power Research Institute，Bdjing 100045，China；
2．Nationl Engineering Research Center of Turbo Gen 砒0r V~ration,Southeast Univ~ ity，N锄 i1 2 10096，China)
Abstract：Presently safety problem has become all important factor limitingthe application of romote m0Ⅱ矗 ng and diagqosis system
of 90ne i1 unit vibration．The article analyzes the safety defects and the hidd~ troubles∞dsti1 presently in the remote systems and
the data transmission and network connections respectively；briefs the application of VPN technology in the remote monitoring and
diagnosis system of unit’S vToration in Beijing"Tianjin-Tang~han Power Grid，and fmally brkqs their realization modgs，including the
connection schems sdection,confism-ation and working process of remote system ．
Keywords：v~ration；remote monitoring digaosis system ；safety；VPN
·综合信息·
北京2008奥运供电主体工程正式竣工
2007年9月20日上午，北京市和国家电网公司
举行北京电网发展座谈会暨北京2008奥运供电主体
工程竣工仪式，中共中央政治局委员、北京市委书记
刘淇，北京市委副书记、市长王岐山和国家电网公司
总经理刘振亚出席座谈会和竣工仪式。
北京市委常委、常务副市长吉林主持了座谈会。
座谈会上，国家电网公司有关部门负责人介绍了北京
电网“十一五”发展会谈纪要落实情况，北京电力公
司负责人介绍了奥运供电工程建设与保障工作情况。
2006年4月24日，北京市政府和国家电网公司签署
北京电网“十一五”发展会谈纪要。此后，国家电网
公司和北京市高度重视北京电网建设，采取了一系列
举措落实会谈纪要精神，北京电网进入快速发展新阶
段，有力支撑了北京经济社会快速增长的用电需要。
刘振亚对北京市长期以来对国家电网公司的支
持和帮助表示感谢。他说，在双方共同努力下，北京
电网“十一五”发展会谈纪要得到了很好的落实。今
后，北京电网的发展要与国家能源、资源优化总体布
局相适应，与北京市经济社会发展总体目标相适应。
我们将进一步落实会谈纪要精神，全力保障北京电力
可靠供应和奥运供电安全，在电网建设、安全供电、优
质服务等方面为北京做出新贡献。
王岐山说，长期以来，国家电网公司在保障首都电
力安全供应等方面做了大量卓有成效的工作，为北京
的经济社会发展做出了重要贡献。北京市的经济社会
发展，离不开安全、稳定的电力供应。今后，北京市各
级政府将继续和国家电网公司密切配合，积极为包括
国家电网公司在内的中央在京单位搞好服务，努力为
电网公司安全、稳定、可靠供电创造良好的外部环境。
刘淇在讲话中对国家电网公司对北京市经济社会发展
所做出的贡献表示感谢。他说，北京是我国的政治中
心，电力安全供应既是经济问题，更是政治问题，必须
高度重视电力供应工作，全力确保首都供电安全。市
委、市政府要全力支持电力工程建设和发展，并将电网
发展作为首都基础设施建设的重要组成部分，把电网
建设纳入城市规划，努力搞好服务，促进电网发展。
刘淇强调，党的十七大即将在京召开，我们一定
要全力以赴，确保大会期间的电力供应安全。要全面
推进奥运电力建设，加强奥运电网安全管理，强化对
奥运供电人员的培训，确保奥运供电安全。
座谈会后，刘淇、王岐山、刘振亚参加了北京2008
奥运供电主体工程竣工仪式。他们同时按动了按钮
模型，象征着奥运供电主体工程竣工并投入使用，正
式为奥运设施供电。

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