（通信与信息系统专业论文）电力光纤通信线路的安全评估.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 通过调研的大量电力光纤通信线路数据，对电力光缆的使用情况、使用范围、 故障次数及故障原因进行了分析。在安全风险评估的基本理论上，改进了电力光纤 通信的安全风险评估模型并提出了相应的算法。阐述了风险及其三要素( 资产、脆 弱性、威胁) 之间的关系，并描述了完整的评估流程。其次结合层次分析法，提出 了基于云模型的综合指标评估法，对目标电力通信光缆线路进行了风险评估，并通 过仿真试验获得结果。最后将可信性理论引入到电力光纤通信线路的运行风险评估 中，解决了现场数据难以获取的困难，并为兼顾电力光纤线路运行中的双重不确定 性( 即同时存在随机性与模糊性) 提供了一种新的评估思路。 关键词：电力通信，光纤，安全评估，云模型，可信性理论 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ol o t so fd a t ac o l l e c t e df i r o mo p t i c a lf i b e ri nt h ee l e c t r i cp o w e r c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h eu s e ，t h ea p p l i c a t i o n ，t h ef a i l u r e n u m b e ra n df a i l u r er e a s o n so fo p t i c a lf i b e r s b a s e do nt h et h e o r yo fs e c u r i t yr i s k a s s e s s m e n t ，t h i sd i s s e r t a t i o ni m p r o v e st h em o d e la n dp r o p o s e si t sa l g o r i t h m t h i s a r t i c l e e x p o u n d s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nr i s ka n di t st h r e ef a c t o r s ( a s s e t ， t h r e a t ，v u l n e r a b i l i t y ) ，a n dd e s c r i b e st h es t e p so fi m p l e m e n t a t i o n t h e nb a s e do n c l o u dm o d e la n da n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) ， i t p r o v i d e s am e t h o do f e v a l u a t i n gs y s t e mp e r f o m a n c ea n dm a k e sar i s ka s s e s s m e n ta b o u tt h et a r g e to p t i c a l f i b e ri nt h ee l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o nt oh a v ear e s u l to fe m u l a t i o n a tl a s t ，t h i s p a p e rb r i n g st h ec r e d i b i l i t yt h e o r yi n t ot h er e s e a r c h ，a n dr e s o l v e st h ep r o b l e mt h a t n e l dd a t ai sa l w a y sd i f f i c u i tt og e t i tp r o v i d e san e wi d e af l o rt h ec o n s i d e r a t i o no f b o t hf u z z i n e s sa n dr a n d o m n e s si nt h ee l e c t f i cp o w e rc o m m u n i c a t i o no p t i c a l 矗b e r o p e r a t i o n d i a 0s h a o l a n ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o 咖a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yp r o g a oq i a n g k e yw o r d s ：e l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o n ， o p t i c a lf i b e r ， s e c u r i t y a s s e s s m e n t ， c l o u dm o d e l， c r e d i b i l i t yt h e o r y 华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 通过调研的大量电力光纤通信线路数据，对电力光缆的使用情况、使用范围、 故障次数及故障原因进行了分析。在安全风险评估的基本理论上，改进了电力光纤 通信的安全风险评估模型并提出了相应的算法。阐述了风险及其三要素( 资产、脆 弱性、威胁) 之间的关系，并描述了完整的评估流程。其次结合层次分析法，提出 了基于云模型的综合指标评估法，对目标电力通信光缆线路进行了风险评估，并通 过仿真试验获得结果。最后将可信性理论引入到电力光纤通信线路的运行风险评估 中，解决了现场数据难以获取的困难，并为兼顾电力光纤线路运行中的双重不确定 性( 即同时存在随机性与模糊性) 提供了一种新的评估思路。 关键词：电力通信，光纤，安全评估，云模型，可信性理论 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ol o t so fd a t ac o l l e c t e df r o mo p t i c a lf i b e ri nt h ee l e c t r i cp o w e r c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h i sp a p e ra n a l y s e st h eu s e ，t h ea p p l i c a t i o n ，t h ef a i l u r e n u m b e ra n df a i l u r er e a s o n so fo p t i c a lf i b e r s b a s e do nt h et h e o r yo fs e c u r i t yr i s k a s s e s s m e n t ，t h i sd i s s e r t a t i o ni m p r o v e st h em o d e la n dp r o p o s e si t sa l g o r i t h m t h i s a r t i c l e e x p o u n d s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nr i s ka n di t st h r e ef a c t o r s ( a s s e t ， t h r e a t ，v u l n e r a b i l i t y ) ，a n dd e s c r i b e st h es t e p so fi m p l e m e n t a t i o n t h e nb a s e do n c l o u dm o d e la n da n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) ， i t p r o v i d e s am e t h o do f e v a l u a t i n gs y s t e mp e r f o m a n c ea n dm a k e sar i s ka s s e s s m e n ta b o u tt h et a r g e to p t i c a l f i b e ri nt h ee l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o nt oh a v ear e s u l to fe m u l a t i o n a tl a s t ，t h i s p a p e rb r i n g st h ec r e d i b i l i t yt h e o r yi n t ot h er e s e a r c h ，a n dr e s o l v e st h ep r o b l e mt h a t 丘e l dd a t ai sa l w a y sd i f f i c u i tt og e t i tp r o v i d e san e wi d e af l o rt h ec o n s i d e r a t i o no f b o t hf u z z i n e s sa n dr a n d o m n e s si nt h ee l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o no p t i c a l 矗b e r o p e r a t i o n d i a 0s h a o l a n ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o 珊a t i o ns y s t e m ) d i r e c t e db yp r o g a oq i a n g k e yw o r d s ：e l e c t r i cp o w e rc o m m u n i c a t i o n ， o p t i c a lf i b e r ， s e c u r i t y a s s e s s m e n t ， c l o u dm o d e l， c r e d i b i l i t yt h e o r y 声明尸州 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力光纤通信线路的安全评估，是 本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 月步凯 日期： 翮。f ，留 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 习塑盏 日 期：塑理星：f ：f 荔 导师签名： 华北电力人学硕士学位论文 1 1本课题的选题意义 第一章引言 当前通信技术和信息产业迅猛发展，已成为国民经济和社会发展的重要条件和 保障。而通信网络是现代社会需要和现代通信技术不断发展的必然结果，随着其规 模、行为的日益复杂化，其安全问题已成为人们关注的焦点。 电力系统是由发电、送电、变电、配电和用电各部分组成一个整体，而且，各 个部分通常分布在广大地域里n 1 。为了能够保证合理的供发电和及时处理电力系统 事故的发生，电力通信是电力系统不可缺少的重要组成部分。 电力系统通信是电力工业的一部分，但技术上深受电信技术的影响，处于两大 行业的交叉点。电力系统通信网作为保证电力系统安全、稳定、经济运行的专网， 是电网生产的基础，商业化运行的基础，企业管理的基础乜1 。电力通信系统和电网 调度自动化系统、电网安全稳定控制系统合称电网安全稳定运行的三大支柱，而电 力通信网又是其他二者的基础口1 。在我国，电力通信网包括微波通信、载波通信、 卫星通信、光纤通信和移动通信，是覆盖全国电网的多种类、功能齐全的通信网络。 传输手段上以光纤、数字微波为主，其他通信方式为辅n 1 。涉及传输远动信号、数 据采集信号、监视控制信号、继电保护信号和调度电话以及行政电话、会议电话和 会议电视、管理信息数据等业务晦1 。 电力通信专网最重要的特点就是可靠性和实时性，一旦发生故障，所引发的不 仅是经济上的损失，更重要的是对电网安全产生了潜在的威胁，直接影响着电网运 行的安危，造成的影响和损失将十分巨大。所以，加强对电力通信网的安全性评估 研究是一项非常迫切的任务，对于进一步提高电网运营效率，对于电力市场改革的 成功与否，对于发挥国家电网公司在资源优化配置和电力市场建设方面，具有十分 重要的意义。 电力特种光缆( 特别是光纤复合架空地线( 0 p g w ) 和全介质自承式光缆( a d s s ) ) 受外力破坏的可能性小，可靠性高，可以依托于电力系统自身的线路走廊直接敷设 在电力线上，无需另开沟道或专门架设，既经济又不受电磁干扰，而且光纤资源丰 富，抗化学腐蚀，避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾， 有很大的主动灵活性。随着电力特种光缆制造及工程设计的日臻成熟以及光通信技 术的不断发展，在今后的电力系统通信中，光纤通信将以其特有的优势和可观的发 展潜力发挥强大的作用1 。 但是在实际使用中，光纤通信也暴露出一些缺点。如长距离光缆的任一点断裂 l 华北电力大学硕士学位论文 都将引起通信中断；光缆大多在户外，很容易受到人为和自然灾害的影响。在这些 情况下，一旦出现故障，将造成巨大的经济损失。因此对电力系统中光纤通信线路 的安全风险管理不容忽视。 光纤通信作为电力系统的重要组成部分，其安全运行对整个电力系统安全稳定 的生产运行有着重大的意义。然而，目前在电力系统中对光纤通信线路的评估大都 从物理特性、故障点的判断以及运行维护的规范方面【7 。13 1 ，并没有从光缆所处的整 体环境来考虑，缺乏一个完整的理论体系做指导。 目前安全风险评估主要集中在i t 系统安全、软件工程管理、医疗保障系统、 金融系统投资、电子商务和电力系统运行等领域n 卜1 引，对于运行中的通信网进行风 险评估的较少，具体到对电力通信网的安全风险评估的更少。因此，在当前电力通 信系统的评估体系尚未建全的情况下，建立一种适合评测现有通信线路的安全风险 评估体系是电网整体安全稳定运行的需要，也是电力通信专网迅速发展的必要条 件。 1 2 本课题的研究现状 目前电力特殊光缆已经在世界范围内开始大规模的使用，特别是光纤复合架空 地线( 0 p g w ) 和全介质自承式光缆( a d s s ) 。 光纤复合架空地线( o p g w ) 有诸多优点，但是运行中的0 p g w 遭雷击的事故时有发 生。一般输电线路走廊经过的地形地貌、气象条件都比较复杂。o p g w 是与输电导线 同塔架设，处于架空线路的最顶部，作为避雷线和线路发生故障短路时接地线使用， 因此设计地线的最初目的之一，就是避免雷击对相线的伤害，因此o p g w 遭受雷击是 不可避免的n 9 1 。 自2 0 世纪9 0 年代以来，运行中的o p g w 遭雷击的事故时有发生，涉及到日本、巴 西、美国、瑞士、德国等许多国家。我国是一个多发雷国家，如南部亚热带尤其是 多山区的地方，雷电活动就比较频繁。据气象部门统计，全国5 0 多年平均雷暴日数 分布统计显示，云南南部为雷暴极值区，雷暴日超过1 0 0 天，华南地区为雷暴高值 区，平均年雷暴日可达8 0 一1 2 0 天乜们。因此，近年来不断有o p g w 被雷击断股的事故 发生。据文献 2 1 调查统计了运行中发生的o p g w 断股情况，发现近年来出现雷击断 股的有2 0 条线路共4 1 次，其中5 0 0 k v 线路1 4 条共3 5 次，2 2 0 k v 线路6 条共6 次。详细断 股情况见表卜1 。0 p g w 遭雷击后，通常是断一股或两股，最大损伤是外层断1 0 股。外 层损坏多股后，降低了o p g w 的可靠性，甚至造成通信中断，给电力系统运行带来极大 的隐患。 2 华北电力人学硕士学位论文 表卜l 雷击断股次数统计 地区 湖北省广东省浙江省上海市江苏省重庆市华北地区辽宁省 5 0 0 k v 线路次 l ll o8l lo 4 o 2 2 0 k v 线路次2|lllol 合计次1 3l o822l4l 对于全介质自承式光缆( a d s s ) ，除偷盗、外力破坏、光缆和杆塔摩擦以外，故 障的主要原因为电腐蚀，起因于干带电弧或电晕放电乜毛2 3 1 。而干带电弧与光缆表面 污秽程度有很大关系，污秽严重的地区( 如沿海) a d s s 光缆电腐蚀严重。根据统计 数据我国a d s s 光缆损坏最严重的地区是山东省( 光缆数量最多的省) 的渤海湾沿海 线路，河北省大约有5 6 条2 2 0 k v 线路的光缆也有明显电腐蚀他引。同时，国外也有气 候不利于a d s s 光缆运行的报道伫5 1 。以色列每年有8 9 个月不下雨且晚上有露水，冬 天雨季短，光缆表面形成硬、粘而厚的导电污秽层，导致一条1 1 0 k v 及4 条1 6 1 k v 线 路上发现了a d s s 光缆不同程度的电腐蚀。 在信息安全领域，国际上公认的信息安全风险评估标准主要有六个，分别 是：b s 7 7 9 9 、i s o i e ct r1 3 3 3 5 、n i s t8 0 0 3 0 、o c t a v e 、s s e c m m 和a s n z s4 3 6 0 。 这六个主要的国际标准都从不同侧面制定了风险评估的步骤和流程，各种评估方法 隐含在每个环节中。 安全评估属于风险管理范畴，是预防和控制电力企业事故行之有效的方法。从 方法论角度，评估工作中所涉及的方法主要有基于模糊理论的层次分析法、模糊综 合评判法、模糊多目标决策和信息扩散理论；基于可靠性理论的故障树、事件树、 f m e c a 和m a r k o v 过程；基于概率论的概率风险评估和贝叶斯网络；基于人工智能理 论的人工神经网络、人工免疫、遗传算法、证据理论等乜6 啪1 。 而光缆线路故障的安全性同时包含了随机性和模糊性，需要寻找一个有效又方 便的定性与定量相互转换模型。李德毅院士在传统模糊数学和概率统计的基础上提 出了定性定量互换模型云模型口0 3 ，它把概念的模糊性和随机性有机地综合在 一起，成功从语言值表达的定性信息中获得了定量数据的范围和分布规律，实现了 概念的定性值与数字的定量值之间的自然转换。 云模型刻画定性指标，虽然可以克服模糊数只表征定性指标的模糊性，但不能 表征随机性的不足。而现实的电力通信工作中，充满了随机性与模糊性双重的不确 定性。遂将基础数学领域2 0 0 4 年创立的可信性理论引入到电力光纤通信线路的运 行风险评估中，解决了现场数据难以获取的困难，并提出对电力光纤线路的安全风 险评估中同时考虑模糊性与随机性的双重影响。 3 华北电力大学硕十学位论文 对电力系统的安全评估研究是近2 0 年的事情。自1 9 9 7 年以来，北京电机工 程学会组织多名专家开展安全性评价查评工作，对华北、东北、华东、华中、西北、 广东等发供电、调度单位进行1 5 0 余次安全性评价工作，发现了近万个影响安全生 产的隐患和问题，通过整改，减少了电力安全生产事故，提高了电力企业安全生产 基础水平。国家电力公司在2 0 0 0 年5 月1 日新颁的安全生产工作规定中明确 将安全性评估列为供电企业安全管理例行工作的范畴。2 0 0 4 年，国家电力调度通信 中心开始组织网调、省调系统以及地区调度系统开展安全评估工作。国家电网公 司2 0 0 6 年安全生产工作意见更是要求积极探索安全性评估的新思路，建立安全 风险评估体系。2 0 0 6 年3 月上旬，国家信息中心主持编写了信息安全风险评估指 南( 征求意见稿) 标准规范，作为国家公用基础性行业和国家支柱产业的电力行 业将在信息化建设中逐步推行安全风险评估工作。这意味着我国已经越来越认识到 电力通信安全的重要与迫切，提高电力通信运行性能和对其进行安全风险研究将势 在必行。 目前针对电力光纤通信线路的安全风险评估工作还处于部分性、片断性的研究 阶段。文献 2 3 ， 3 2 一 3 5 从光缆的物理特性出发，针对o p g w 光缆的耐雷击性能 或者a d s s 光缆的抗电腐蚀性能进行了分析评价， 3 6 一 3 7 等文献对目前光纤被作 为继电保护通道的误码、抖动、漂移、时延和自动倒换等传输特性进行了研究。 因此，对电力通信网的安全评估工作有待于进一步改进完善，对电力通信光纤 线路的安全评估将有助于各电力企业加强对光缆正常运行的安全防护措施，为完善 电力通信系统安全评估探索一条新的出路。 1 3 本论文的研究内容 围绕电力系统光纤通信线路的安全风险评估这一课题，本论文对电力光纤通信 线路的故障情况和安全评估进行比较深入的分析和研究，给出详细的评估步骤，并 对进行详细的讨论。 第一章为引言部分。主要介绍了本课题的研究意义和国内外相关研究的发展情 况。 第二章为通信网络安全风险评估的介绍，介绍了安全风险评估的概念、内容、 流程和对常用评估方法的比较。 第三章根据调研统计的大量电力系统光纤通信的运行数据，对电力通信中光缆 的使用情况，故障情况及故障原因进行了总结分析。 第四章介绍云理论的基本知识。提出了基于云模型的综合指标评估算法，对目 标电力光纤通信线路进行安全评价，运用m a t l a b 建模计算出结果并以图形形式输出 4 华北电力大学硕士学位论文 评估结果，最后进行了分析。 第五章基于可信性理论，给出用于电力光纤通信线路的安全评估思路和步骤。 最后一章对本文进行的研究工作进行了全面总结，阐明作者的主要研究成果， 并指出了需要进一步研究的问题。 5 华北电力大学硕士学位论文 第二章通信网络安全风险评估的介绍 目前国外对风险评估的研究已经有几十年的历史，国内近几年也大力开展了这 方面的研究，但真正用于i t 系统是近十几年才开始的，具体到电力通信网的安全 风险评估开展的就更晚。本章主要介绍安全风险评估的基本理论，并结合电力系统 光纤通信的实际介绍了具体思路。 2 1 安全风险评估的概念 2 1 1 安全及风险的定义 安全性的定义：建立一种环境，使人们在这种环境下生活与工作感受到的危害 或风险是已知的、清楚的，并且是可控制在可接受的水平上。安全性以风险值( 风 险水平) 或接受的危险概率来定量描述安全性程度【3 8 1 。在一定程度上风险性是安全 性的研究基础。 风险( r i s k ) 一词在风险管理理论中有四种相近的有关风险的定义【3 9 】： 将风险定义为损失发生的可能性；将风险定义为损失的不确定性；认为风 险是实际结果与预期结果的偏差：认为风险是实际结果偏离预期结果的概率。从四 种定义可以看出，风险与不确定性密切相关，而不确定形式可以用概率来表示。风 险还与损失有关，损失又与预期结果有关。因此，前面的四种定义可以认为是一致 的，风险就是损失的不确定性，这种定义具有一般性。 风险具有多种不同的定义，但是很明显的一个特征是风险总是与不确定性和严 重程度紧密相关。为了使各领域的风险管理专家有共同的语言，广泛地开展交流与 合作，t a v n e 【4 0 】对风险下了精确的定义，从实证主义者的观点出发，风险是一种客 观存在的，并且可以被测量的东西，也被称为是经典的风险；从概率论的观点出发， 风险是不确定性的一种表示方法。 在信息技术和信息安全系统中，广泛采用i s o i e ct r1 3 3 3 5 1 的风险定义【4 1 】： 特定的威胁利用资产的脆弱性( 安全漏洞) ，造成资产损失或破坏的潜在可能性。 风险具有客观性、突发性、损害性、不确定性和发展性。对系统进行风险分析 和评估的目的就是：了解系统目前与未来的风险所在，评估这些风险可能带来的安 全威胁与影响程度，为安全策略的确定、信息系统的建立及安全运行提供依据。 风险评估是指【4 2 】：在可接受的成本下，标识、控制和尽量减少( 或消除) 可能影 响信息系统的安全风险的过程。其主要作用是标识风险、分析风险、制定风险控制 规划、实施风险控制、监控风险变化、改进风险控制措施。 6 华北电力大学硕士学位论文 2 1 2 安全风险模型 图2 1 风险分析概念及关系 本图根据i s o1 5 4 0 8 中的安全风险模型进行改良而得，该模型从上一节中风险 的定义出发，解释了风险如何产生，风险受哪些因素影响，以及如何降低风险等问 题。重点描述了风险、脆弱点、威胁、安全措施、资产及资产所有者之间的关系。 资产本身存在脆弱点和价值，由威胁主体引起的威胁利用脆弱点导致了风险，对资 产造成损害。威胁、脆弱点、资产的价值都增加了风险。所有者根据可能意识到的 脆弱点来确定安全措施，安全措施对抗了威胁的同时又降低了风险。 2 2 信息安全风险评估方法 风险评估的方法有很多种，概括起来可分为三大类：定量的风险评估方法、定性 的风险评估方法、定性与定量相结合的评估方法。 安全风险评估是一个复杂的过程，需要考虑的因素很多，有些评估要素是可以 用量化的形式来表达，而对有些要素的量化又是很困难甚至是不可能的。定量分析 是定性分析的基础和前提，定性分析应该建立在定量分析的基础之上才能揭示客观 事物的内在规律。所以在通信网安全风险评估过程中，不应将定性分析和定量分析 两种方法简单的割裂开来。而是应该将两种方法融合起来，采用综合的评估方法。 信息安全风险评估方法对本文所研究的问题有很好的借鉴作用，目前用于风险 7 华北电力大学硕士学位论文 评估的方法很多，各有优缺点。不同的方法在某个方面具有优势，同时在其他方面 又存在劣势。根据风险分析过程和环节不同，采用的方法也不尽相同。评估方法的 选择，直接影响到评估过程中的每个环节，所以需要根据系统的具体情况选择合适 的方法。常用的方法【4 3 杈1 对比见表2 1 所示。 表2 1 常用安全风险分析方法比较 类别方法特点应用环节 采用隶属度矩阵排 模糊综合评判风险值排序 序 在a h p 基础上增加 模糊层析分析( a h p )模糊数，采用模糊计算权重，风险值排序 模糊理论判别 模糊多目标决策应用模糊数学计算风险值排序 量化资产值、威胁程度、 信息扩散将单值转换为集值脆弱性程度、影响严重 程度 自顶向下表述故障发现资产、威胁、脆弱 故障树( f ，i a ) 成因性等因素，并予以赋值 时间树( e t a ) 自底向上表述事件发现资产、威胁、脆弱 可靠性理论 的过程性等因素，并予以赋值 故障模式、影响及综合评价系统的故障类 f m e c a 危害性分析方法型和事件序列 确定系统状态和可 m a r k o v 过程风险概率计算 能性 概率风险评估( p r a ) 精确计算系统的概 概率论 窒 风险概率计算 精确计算系统的概 贝叶斯网络( b n )动态分析风险变化过程 率 通过学习建立评估计算权重及指标间的关 神经网络 体系系 人工智能理 人工免疫分析风险变化过程风险评估全过程 遗传算法分析风险变化过程风险评估全过程 论 不确定指标转化为 量化资产值、威胁程度、 证据理论脆弱性程度、影响严重 确定的指标 程度 发现资产、威胁、脆弱 数据挖掘聚类分析 性等因素 熵权系数法计算权系数计算权重、风险值排序 信息技术 量化资产值、威胁程度、 灰色理论 关联分析 脆弱性程度、影响严重 程度 实用化方法层次分析( a h p )定性分析计算权重 8 华北电力大学硕士学位论文 2 3 安全风险评估过程 安全风险评估的流程可由图2 2 表示。 2 3 1确定系统范围 图2 2 安全风险评估步骤 确定系统范围，进行整体筹划是安全风险评估的首要步骤。只有进行了良好的 有针对性的筹划，才能够很好地指导下一步工作。 整体筹划包括以下内容：( 1 ) 组织机构及信息系统架构分析；( 2 ) 业务发展战略 和业务流程分析；( 3 ) 适用法律法规分析；( 4 ) 确定安全评估范围、制定评估方案；( 5 ) 为下一步信息收集准备调查问卷或表格。其中步骤( 4 ) 、步骤( 5 ) 为整体筹划阶段的 重点。 2 3 2信息收集 信息收集主要是为了确定资产、威胁、脆弱性、当前控制措施的有效性、发生 概率的级别等信息。 2 3 2 1资产分类和重要等级评估 ( 1 ) 资产的分类 资产的范围很广，一切需要加以保护的东西都算作资产，可分为：信息资产、 软件资产、物理资产、人员资产、应用资产、隐形资产( 公司形象和声誉、服务等) 。 资产的评估应当从关键业务开始，最终覆盖所有的关键资产。 ( 2 ) 资产的重要级别划分 9 华北电力火学硕士学位论文 4 v h ( v e 叫h i 曲)价值非常关键，具有致命的潜在影响 3 h ( h i g l l ) 价值较高，潜在影响严重，企业将蒙受严重损失，难以弥补 2m ( m e d i u m ) 价值中等，潜在影响重大，但可以弥补 l l ( l o w )价值较低，潜在影响可以忍受，较容易弥补 0 n ( n e 鲋西b l e )价值或潜在影响可忽略 2 3 2 2确定威胁 ( 1 ) 威胁分类 自然威胁：地震，洪水，飓风，火灾等； 环境威胁：污染，高温，潮湿，化学，液漏，电磁干扰等； 机械故障：硬件故障，网络中断； 人员威胁：人员威胁分为恶意人员威胁和非恶意人员威胁： 病毒：各类病毒，如邮件病毒、网络病毒、介质传播病毒等。 ( 2 ) 威胁行为的级别划分 表2 3 威胁的级别划分 2 3 2 3 确定脆弱性 脆弱性即安全漏洞是指资产的载体和环境存在着薄弱环节或缺陷，可能被威胁 所利用。脆弱性本身并不对资产造成损害，只有在一定条件得以满足时( 被威胁利 用) 才会对资产产生影响。 ( 1 ) 脆弱性分类。脆弱性存在于很多方面，如线路、设备、服务等。 ( 2 ) 根据被利用的难易程度进行脆弱性级别的划分。 l o 华北电力人学硕士学位论文 2 3 2 4 现有安全措施分析 在分析各种威胁及其发生可能性的基础上，研究消除减轻转移威胁风险的手 段。主要是对现有安全措施的有效性进行分析，并考虑可能采取的各种安全防范措 施和它们的实施成本。制定出的控制措施应当全面，在有针对性的同时，要考虑系 统地、根本性的解决方法。 2 3 3 风险评估 ( 1 ) 风险识别：找到存在着的风险以及原因。 ( 2 ) 评估风险发生的概率级别。 ( 3 ) 确定风险引起的损失，确定影响等级。 表2 5 影响级别的划分 2 3 4决策 这一阶段包括应对风险，制定决策，采取措施。应当从3 个方面来考虑最终的 1 1 华北电力大学硕士学位论文 决策：接受风险、避免风险、转移风险。确定对安全风险决策后，应明确系统所要 接受的残余风险。在决策和安全措施的实施过程中，要始终在监督下进行，以确保 决策能够贯穿于工作之中，并尽可能多地让更多的人参与进来。 2 4 实例分析 在结合华南地区某省局2 0 0 6 年光纤通信线路的运行统计数据进行风险评估前， 首先定义在威胁行为嗅探到资产的某种漏洞但尚未发生安全事件之前，威胁与漏洞 的组合称为资产的潜在损坏度，记为c = f l ( t ，v ) 。 当威胁行为在特定资产上发生作用之后，对资产及所附的业务造成了真正的影 响，其程度不仅取决于威胁和漏洞的大小，还取决于资产的价值，因此i = 2 ( c ，a ) = f 3 ( t ，v ，a ) 。 威胁行为一旦发生，资产的价值造成的影响与威胁事件发生的概率构成的函 数，给出了最终的风险值表达式r = f ( p i ) ，即风险( r i s k ) = 风险发生的概率 ( p r o b a b i l i t y ) 幸风险发生的影响，即：r = f ，( t ，v ，a ，p ) 。 2 4 1资产分类和业务重要级别划分 可简单将资产划分为a d s s 光缆，o p g w 光缆，管道光缆及普通架空线光缆。 其中o p g w 光缆主要在5 0 0 k v 、2 2 0 k v 、1 1 0 k v 电压等级线路上使用，受线路停 电、安全等因素影响，多在新建线路上应用。a d s s 光缆在2 2 0 k v 、“0 k v 、3 5 k v 电 压等级输电线路上广泛使用，特别是在已建线路上使用较多。 根据应用范围以及所承载的业务的重要性可以定义其重要级别：a d s s 光缆 ( v ) ，o p g w 光缆( v ) ，管道光缆及普通架空线光缆( m ) ，并分别赋值4 、4 、2 。 2 4 2 确定威胁 由表3 2 可以看出：a d s s 光缆故障主要受外力破坏和电腐蚀影响，o p g w 光缆 故障主要因雷击和外力破坏所致，管道光缆故障几乎全部为外力破坏引起的，架空 光缆发生故障1 次，由外力破坏引起的。 综上，可将威胁划分为外力破坏，电腐蚀影响，雷击，及其他。并根据数据定 义其级别：外力破坏( v ) ，电腐蚀影响( h ) ，雷击( m ) ，及其他( l ) 。 2 4 3 确定脆弱性 针对光缆线路本身，其脆弱性即安全漏洞主要指线路长度以及光缆投入运行的 使用时间( 老化程度) 。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 参考华南某省供电局电网光纤通道的配置方案，对于架设有光纤通道的，线路 长度 5 k m 定义脆弱性为o 。线路长度 3 5 k m ，定义脆弱性为l ( 1 ) ，线路长度 1 0 0 k m 的线路，定义 脆弱性为h ( 3 ) 。 根据光纤的动态疲劳指数n d = 2 0 ，可以得到正常光缆在正常使用条件下寿命为 2 5 年。( 各著名厂家的普通光缆n d = 2 0 2 1 ，对应寿命为2 5 3 0 年。在具体施工设计中， a d s s 光缆工作年限为2 0 年，o p g w 光缆为3 0 年) 故可粗略定义光缆使用年限低于8 年脆弱性为低( 1 ) ，8 1 0 年为中( 2 ) ，1 0 年以 上为高( 3 ) 。 2 4 4 确定资产潜在损坏度 资产潜在损坏度是指一旦发生风险事件，资产所遭受到的可能的损坏度。资产 潜在损坏度= 威胁与漏洞的组合，参照i s o i e c1 3 3 3 5 ，定义c = t + v 1 。 定义损坏度系数为损坏度对应的百分比，如o 2 ( 1 ) 、0 4 ( 2 ) 、o 6 ( 3 ) 、o 8 ( 4 ) 、1 o ( 5 ) ， 括号内为潜在损坏度级别。 定义影响( o 一1 0 ) = 资产业务重要性系数损坏度系数。 2 4 5 确定风险发生概率级别 以0 6 年平均每千公里光缆故障次数为参考值，可划分风险发生概率级别如下。 表2 62 0 0 6 年广东每千公里光缆影响业务中断的光缆故障次数分析 编号光缆名称未影响业务中断( 次)影响业务中断( 次)合计 p l a d s s 光缆 1 1 4 22 6 9 3 7 3 2m 20 p g w 光缆o 9 4 lo 7 l 1 6 5 ll 3 管道光缆 9 2 2 85 8 3 1 5 1 5 8h 4 普通架空线 0 1 0 73 3 3 3 4 3 7m 5 所有光缆 o 7 0 93 1 2 3 8 3 2 4 6 风险分析 2 4 6 1 威胁一风险分析 可以评估每种威胁可能引起的风险，该风险值为某种威胁利用各种存在的漏洞 可能引起的风险值之和，即某个威胁可能引起的风险r = 漏洞i 该威胁利用漏洞i 引 发的风险。 1 3 华北l u 力人学硕上学位论文 图2 3 各种威胁带来的风险总值 可画图帮助分析，如图2 3 所示，电力光纤线路所面临的主要威胁为外力威胁， 但同时电腐蚀和雷击的因素也不可小觑。 24 62 单个资产分析 对于单个资产，同样可以罗列出其风险状况、主要面临的威胁以及何种威胁为 主要防范对象等。同时还可以计算出单个资产的总体风险值。 单个资产的总体风险值r = 威胁l 引起的风险+ w i ( 其中，w i 为威胁的权值， w i = 威胁级别。) 图2 4a d s s 光缆线路风险状况分析 华北电力人学硬_ i = 学位论文 图2 5o p o w 光缆线路风险状况分析 华北电力大学硕十学位论文 第三章电力系统光纤通信线路运行数据统计分析 随着通信网络光纤化趋势进程的加速，我国电力专用通信网在很多地区已经基 本完成了从主干线到接入网向光纤过渡的过程。电力特种光缆应用技术日趋成熟， 最近几年电力特种光缆在我国电力通信网中的应用逐渐出现了高潮，其生产也形成 了相当规模。截至2 0 0 3 年底，电力通信网运行光纤电路已达7 5 万公里，通信站 8 5 5 8 个，2 4 4 万纤芯公里，9 2 万路端电路。其中长途光纤干线4 2 万公里；通信 站8 5 4 个，1 1 1 万纤芯公里，3 6 万路端电路。随着a d s s 和o p g w 电力特种光缆 的大规模使用和运行时间的延长，光缆线路故障已成为影响电力通信系统业务安全 最大的因素【5 5 】。 3 1光缆在电力通信系统中的应用 目前电力特殊光缆制造及工程设计已经成熟，特别是o p g w 和a d s s 技术， 在国内电力特殊光缆已经开始大规模的应用。特种光纤依托于电力系统自己的线路 资源，避免了在频率资源、路由协调、电磁兼容等方面与外界的矛盾和纠葛，有很 大的主动权和灵活性。 3 1 1 光纤复合架空地线( 0 p g w ) o p g w ( o p t i c a lg r o u n dw i r e ) 的全名为光纤复合架空地线光缆，是在电力传输 线路的地线中含有供通信用的光纤单元。它兼具地线和通信光缆双重功能，是将通 信光缆和高压输电线上架空地线的结合体，将光缆技术和输电线技术相融合，成为 多功能的架空地线，o p g w 光缆既是避雷线，又是架空光缆，同时还是屏蔽线。其 安装十分便捷，在完成高压输电线路施工的同时，也完成了通信线路的建设【s 6 1 。 o p g w 光缆主要在5 0 0 k v 、2 2 0 k v 、l1 0 k v 电压等级线路上使用，受线路停电、 安全等因素影响，多在新建线路上应用。o p g w 的适用特点是： ( 1 ) 高压超过1 1 0 k v 的线路，档距较大( 般都在2 5 0 m 以上) 。 ( 2 ) 易于维护，对于线路跨越问题易解决，其机械特性可满足线路大跨越。 ( 3 ) o p g w 外层为金属铠装，对高压电蚀及降解无影响。 ( 4 ) o p g w 在施工时必须停电，停电损失较大，所以在新建1lo k v 以上高压 线路中应该使用o p g w 。 ( 5 ) o p g w 的性能指标中，短路电流越大，越需要用良导体做铠装，则相应 降低了抗拉强度，而在抗拉强度一定的情况下，要提高短路电流容量，只有增大金 1 6 华北电力大学硕士学位论文 属截面积，从而导致缆径和缆重增加，这样就对线路杆塔强度提出了安全问题。 3 1 2全介质自承式光缆( a d s s ) 全介质自承式光缆a d s s ( a l ld i e l e c t r i cs e l fs u p p o r t i n g ) 。全介质即光缆所 用的是全介质材料。自承式是指光缆自身加强构件能承受自重及外界负荷【5 7 1 。这一 名称就点明了这种光缆的使用环境及其关键技术：因为是自承式，所以其机械强度 举足轻重；使用全介质材料是因为光缆处于高压强电环境中，必须能耐受强电的影 响；由于是在电力杆塔上架空使用，所以必须有配套的挂件将光缆固定在杆塔上。 a d s s 光缆在2 2 0 k v 、1 1 0 k v 、3 5 k v 电压等级输电线路上广泛使用，特别是在 已建线路上使用较多。它能满足电力输电线跨度大、垂度大的要求。标准的a d s s 设计可达1 4 4 芯。其特点是： ( 1 ) a d s s 内光纤张力理论值为零。 ( 2 ) a d s s 光缆为全绝缘结构，安装及线路维护时可带电作业，这样可大大减 少停电损失。 ( 3 ) a d s s 的伸缩率在温差很大的范围内可保持不变，而且其在极限温度下， 具有稳定的光学特性。 ( 4 ) a d s s 光缆直径小、质量轻，可以减少冰和风对光缆的影响，其对杆塔强 度的影响也很小。 ( 5 ) a d s s 采用了新型材料及光滑外形设计，使其具有优越的空气动力特性。 3 2电力通信系统光缆故障分析 3 2 1电力通信系统光缆故障类型 在电网中，光缆线路故障主要是有以下两个方面： ( 1 ) 光缆老化。造成光缆老化的主要因素有电腐蚀、电压等级、档距、材料、 张力、覆冰、风速、防潮防水、温差变化、环境( 土壤、水) 腐蚀性等。 ( 2 ) 外力损伤。虫蚁鼠咬、雷击灾害、挂断、剪断、火烧、枪击等。 3 2 1 1 o p g w 遭受雷击的主要原因 一般输电线路走廊经过的地形地貌、气象条件都比较复杂。o p g w 是与输电导 线同塔架设，处于架空线路的最顶部，作为避雷线和线路发生故障短路时接地线使用， 因此设计地线的最初目的之一，就是避免雷击对相线的伤害，因此o p g w 遭受雷击是 不可避免的。 1 7 华北电力人学硕士学位论文 雷电损伤的机理是【2 1 】：首先瞬间大电流闪击，造成千度以上熔融区，周围由大 到小散布气泡；紧跟持续电流扩展熔融区，造成高温熔断，熔断形成较圆头，半熔 态形成较平较斜断头；最后还会快速并发多次雷电冲击造成更多处熔伤和溅伤累 积。 分析断股情况，可总结出断股的一些规律： 断股基本由雷击造成； o p g w 架设较多的地区断股故障较多； 断股大多数出现在档距中： 断股大多数未对光纤通信造成影响； 外层为铝合金绞线或单丝直径较小绞线的o p g w 更易