异常改造（共4篇）
异常改造 篇1
经典箱形图因其简单方便,广泛应用于单变量数据的分析和探测中。利用对异常值有抵御能力的各类分位数(中位数、上4分位数、下4分位数)构成有抗差性能的“触须”区间,位于触须区间外的观测值视为异常值。经典箱形图作用于对称的正态分布数据时,正常值被错误地探测为异常值的风险仅为0.7%。
降雨数据作为洪水预报最重要的水情信息,其准确性严重制约着洪水预报的精度。随着自动化程度的不断提高,实时洪水预报的降雨资料大部分通过遥测系统获得。由于遥测设备存在不可避免的信号碰撞和信号干扰,使得遥测降雨资料中往往不可避免存在着异常值[1]。而对此类异常值的探测,经典箱形图也被尝试作为探测方法加以运用[2,3]。发现作用于降雨这类有偏数据时,“偏”的数据(正常值)被错误地探测为异常值的风险明显增大,即将“偏”的数据与异常值混为一谈,探测效果和风险大受影响。
引入降雨数据(有偏数据)偏态的抗差度量,对经典箱形图的触须区间进行改造,使得改造后的触须区间既具有抗差性能,又对偏态性敏感。本文的研究重点在于寻找偏态的抗差度量与经典触须区间的结合形式,使改造后的箱形图适用于降雨数据(有偏数据)的异常值探测,为洪水预报系统提供高质量的数据支持。
1偏态的抗差度量
经典箱形图的触须区间为[Q1-1.5 IQR, Q3+1.5 IQR]。其中Q1,Q3分别为数据序列的上、下4分位数,IQR=Q3-Q1。方法未使用易受异常值影响的均值和方差,而使用了能抵御异常值影响的各分位数,所以具有一定的抗差性。但方法对数据的偏态性不敏感,常常无法区别“偏”的数据和异常值。本文对经典箱形图进行改造,使其适用条件更广泛,能很好地运用到洪水预报的降雨资料(有偏数据)异常值探测中。
借鉴Brys[4]提出的偏态抗差度量参数MC,MC可对数据的偏态进行抗差性度量,抵御异常值对偏态估计的影响,并将其引入新的触须区间的构建。MC的定义如下:
式中:p为降雨数据,对降雨数据序列进行由小到大排序;i,j为排序后的序号;pm为降雨序列中位数。
当pi≠pj时,
当pi=pj=pm时,n1<n2<…<nk表示与中位数相等的序号,即pni=pm,l=1,2,…,k,则:
MC的函数形式借鉴了Hinkley[5]提出的4分位偏度(QS)和8分位偏度(OS)的形式,
式中:Q0.875和Q0.125分别表示数据序列的0.875和0.125分位数。
由式(1)、式(2)可知,h(pi,pj)和MC的分布区间为[-1,1]。式(2)表示pj和pi到中位数距离的差值。若pj离中位数较远,则h(pi,pj)>0;若pi离中位数较远,则h(pi,pj)<0;若距离相等(两数据对称,pj-pm=pm-pi),则h(pi,pj)=0。同理可知,当数据序列为右偏分布时,MC>0;当数据序列左偏时,MC<0;MC=0表示数据对称分布。Brys还在文献[4]中证明,参数MC既具有QS的抗差性,又具有OS的偏态敏感性。
2改造函数的选择
2.1函数形式的选择
为了使经典箱形图适用于有偏的降雨数据,必须对其触须区间加以改造,即将偏态的抗差度量参数MC引入触须区间,构造成新的触须区间:
式中:f1(MC),f2(MC)表示含MC的某种函数。
考虑到适用于对称数据序列,需要满足f1(0)=f2(0)=1.5。f1和f2函数的运用,在新的触须区间中追加体现了数据的偏态性。
具体哪种形式的f1和f2最适合降雨数据的异常值探测,是本文的研究重点。为了实际应用的简易、方便,选择如下3种函数形式加以比较分析。
(1)线性函数:
(2)二次函数:
(3)幂函数:
上述3种函数形式中的a,b,c1,c2,d1,d2,m,n均为参数。
对于所有的正常降雨值序列,定义位于式(6)区间外(探测为异常值)的概率为0.7%,以此来确定3种函数中的参数。
(1)线性函数:
式中:α=0.003 5;β=0.996 5;Qα,Qβ分别表示降雨序列的0.003 5和0.996 5分位数。
(2)二次函数:
(3)幂函数:
式(11)、(12)、(13)中的参数可利用不同雨量站正常降雨资料(经过人工降雨测量值修正后的降雨资料,认为未含有异常值),采用最小二乘估计方法获得。
2.2函数拟合的效果比较
本文选用了闽江七里街流域1988-1998、陆水流域1988-1998,洈水流域1988-1998的洪水正常降雨资料。利用各流域1988-1996的洪水降雨资料分别计算3种函数中的参数。使用参数对1997-1998的降雨资料加以探测,评价各函数形式的探测风险。
考虑到降雨数值变幅范围较大,对所有的降雨资料按照时段面平均降雨(AMP)进行分级。分为(0,1 mm]、(1 mm,2 mm]、>2 mm 3级。
分析3种函数形式对1997-1998年正常降雨资料错误的探测比例(r):
其中大于触须区间的探测比例表示为r1,小于触须区间的探测比例为r2。
比较错误的探测比例(见表1):线性函数的r1较小,但是r2偏大,说明线性函数的触须区间下限偏小。二次函数的r2较小,但是r1偏大,说明二次函数的触须区间上限偏小。而幂函数的r1和r2均较小,且r1+r2=0.74%,说明幂函数的触须区间比较合理,且探测风险基本达到了预期的0.7%。此探测结果与文献[6]的结果基本相同。所以选用幂函数作为箱形图的改造函数,则式(6)确定为:
为简化模型,便于计算,同时考虑抗差性能,参数m,n取小于计算值的最大整数。因为这样的m,n取值相对于m,n计算值来说,触须区间更小,即更抗差。不同级别的参数取值见表2。
32种箱形图的效果比较
3.1无异常值的效果比较
将式(15)确定的改造箱形图和经典箱形图应用于各流域1988-1996的洪水降雨资料,判断2种箱形图错误地探测比例r1和r2,结果见表3。
2种箱形图应用到正常数据时,由于改造箱形图触须区间的上限随降雨数据分布的右偏特性向上偏移,使得r1较经典箱形图有较明显的减小。同时改造箱形图触须区间的下限也发生了向上偏移,但是偏移的程度相对较小。最终导致r2增大,但增大程度很小。
3.2有异常值的效果比较
将上述的降雨数据样本中5%的数据人工添加右偏异常误差,获得有异常值的降雨序列。比较改造箱形图和经典箱形图的探测效果,见表4。
由表4可知,改造箱形图的探测效果为5.0%,和添加的异常值比例相同,而经典箱形图的探测达到了7.7%,多探测了2.2%的假异常值。
4结论
针对降雨数据的右偏特性,引入偏态的抗差度量参数MC,构造新的箱形图触须区间,以获得符合偏态数据分布的新箱形图法。研究了将MC引入触须区间的3种改造形式(函数):线性函数、二次函数、幂函数。经过分析比较,幂函数的效果较好。且将经典箱形图和改造箱形图分别运用到正常数据序列和有异常值数据序列,结果显示改造箱形图的探测风险更小,探测效果良好。
参考文献
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异常改造 篇2
网络信息安全是一个企业信息化发展和进步的重要信息安全基础,也是国家信息安全等级保护基本要求的内容之一。浙江省电力试验研究院高度重视网络信息安全管理,把信息安全纳入电力生产安全同等管理。2010年,浙江省电力试验研究院依据国网公司“SG186工程安全防护总体方案”中的“双网双机、分区分域、等级保护、多层防护”基本要求,在企业原有网络安全防护基础上开展了网络二级域改造建设,以提升企业网络安全防护水平。
1 网络概况
浙江省电力试验研究院作为省电力公司直属企业,企业网络以局域网方式接入省公司骨干网为主,信息网的骨干数据交换通过3层主交换机Foundry BigIron 8000实现,各部门及其下属单位通过二层接入交换机或汇聚交换机接入企业信息网,实现用户终端接入企业办公信息网。企业信息网中的3层核心主交换机采用Foundry BigIron 8000设备(下称Foundry Big Iron 8000-1和Founcry Big Iron 8000-2)进行部署,采用静态路由方式与省公司对端设备进行静态路由相联。企业信息网网络拓扑示意图如图1所示。
基于图1中的网络拓扑示意结构图,核心主交换机Foundry Big Iron 8000-1和Foundry BigIron 8000-2之间运行虚拟路由器冗余协议(VRRP:Virtual Router Redundancy Protocol),以达到路由备份冗余的目的。各楼层交换机亦采用双链路分别上联核心主交换机Foundry Big Iron 8000-1和Founcry BigIron 8000-2设备,达到网络链路及设备的热备份效果。但问题在于:企业信息网中所有应用服务器均直接接入到核心主交换机Foundry BigIron 8000设备上,均通过主交换机Foundry Big Iron 8000的物理端口实现数据包转发。基于图1网络架构示意图,网络架构主要缺陷在于,即本项目改造的主要出发点:是企业信息网无法定义结构化的路由域以及无法清晰地界定重要服务器与普通内网PC的之间的边界。因此,企业信息网络需要进行网络安全域改造,通过建设二级服务器域和桌面系统域,以划分清晰的二级服务器域和桌面终端域,实行边界安全防护。
2 改造方法及步骤
按照“三级系统独立成域、二级系统统一成域”的域划分原则,在本案中,应该为本企业信息网络系统划分一个统一的二级系统服务器域和桌面终端域,并分别进行安全防护和管理。二级系统服务器域与桌面终端域间实行横向域间的安全防护措施,以实现域间的安全防护。安全域划分示意图如图2所示。
因此,为建立二级系统服务器域,需新增加两台交换机(下称Cisco A和Cisco B)作为二级系统服务器域的接入交换机,并把原部属在核心主交换机Foundry Big Iron 8000设备上的所有应用服务器下移到新增的网络交换机Cisco设备上。同时,Cisco A和Cisco B将通过开放式最短路径优先协议(OSPF:Open Shortest Path)分别与两台核心主交换机Foundry Big Iron 8000互联,且原有在Founcry BigIron 8000设备上的服务器网段的网关将下移至Cisco A和Cisco B上,Cisco A和Cisco B之间将运行热备份路由器协议(HSRP),实现服务器网段网关、设备、链路冗余。据此,工程实施步骤需分三步进行:
(1)Cisco A和Cisco B路由设备配置服务器网段(Vlan),并与核心主交换机Foundry BigIron 8000进行Trunc连接。即:在Foundry BigIron 8000-1、Foundry BigIron 8000-2、Cisco A和Cisco B 4台设备间设置二层Trunc链路,形成环网。
(2)服务器链路按重要等级顺序迁移到Cisco A和Cisco B路由设备上,并测试所有应用系统网络及业务是否正常。
(3)将Foundry BigIron 8000-1设备与Cisco A设备互联接口由二层Trunc模式修改为三层模式,同样将Foundry Big Iron 8000-2设备与Cisco B设备的互联接口由二层Trunc模式修改为三层模式,并在此4台设备上分别启用OSPF协议,产生动态路由条目。
(4)实行vlan访问控制措施,实现横向域间边界防护。即在新增的服务器域交换机上,根据业务访问规则和安全需求,配置vlan ACL,达到桌面终端到服务器的横向访问控制。
3 异常情况分析与处理
3.1 异常情况描述
在实施了第1步、第2步后,所有应用服务器均平滑下移到新增的Cisco A和Cisco B路由设备上,但当实施了第3步后,即当把Foundry Big Iron 8000-1与Cisco A,Foundry Big Iron 8000-2与Cisco B之间由二层Trunc链路修改为物理三层接口互联,并启用Cisco A、Cisco B与2台Foundry BigIron8000设备的OSPF路由动态协议,产生动态路由条目信息后,我们经过测试发现:4台设备路由表信息建立正常,用户终端到服务器端设备的PING包正常,客户端到服务器端TELNET端口正常,但是存在部分7层应用服务出现异常现象。如远程桌面只能连通一次就无法再连接,部分服务器的WEB应用服务只能个别终端能访问,大部分终端无法正常访问等异常现象。
3.2 异常情况分析
当网络遇到异常时,技术人员首先关心的是如何确定并修复异常,使网络快速恢复正常运行。因此,必须及时收集有关信息,并对所发生的问题进行仔细分析,通常从以下3个方面进行分析。
(1)应用程序问题:部分应用可能出现网络中断后,应用服务需要重启才能正常提供服务的情况。
(2)网络硬件问题:如设备连接、硬件、线路问题而引发网络不稳定或网路异常问题。
(3)网络配置问题:如网络协议、配置问题造成网络不稳定异常。
3.3 异常情况处理
(1)应用程序问题排查:针对部分应用服务器的远程桌面无法正常连接的问题,我们通过与业务部门联系,采用应用程序重启的方式。重启后,经过测试,我们发现故障仍然存在。因此,排除了应用服务本身问题的可能性。
(2)网络硬件问题排查:我们从网络设备及硬件基础设施着手,逐步更换了网络设备的尾纤、光模块(SFP)、设备接入板卡槽位。通过测试发现,问题依然无法解决。故也排除了硬件引发故障的可能性。
(3)网络配置问题排查:首先,我们怀疑可能是网络数据包收和发的网络路径不一致而引发网络的不稳定。因此,我们上调了主交换设备Foundry Big Iron 8000-1和主交换Foundry BigIron 8000-2之间、路由器Cisco A和路由器Cisco B之间的路由成本值(cost),进一步确保网络数据包收和发能使用同一路径。但测试表明,cost值调整后,问题依然存在。然后,我们将Foundry Big Iron 8000-2与CiscoB之间的链路断开后,经过测试,问题仍然存在;但是当断开Foundry Big Iron 8000-1与Cisco A链路(保留Foundry BigIron 8000-2与Cisco B的链路),我们测试发现:7层应用恢复正常,远程桌面等问题也得到正常恢复。所以,我们确定了是Foundry Big Iron 8000-1和Cisco A之间链路配置的问题。
明确问题所在后,我们通过分析,核心主交换机Foundry Big Iron 8000与Cisco A或Cisco B路由器的网络互连可以有3种方式(三层物理接口互连、网段Vlan接口的Trunc互连、网段Vlan接口的Access互连),为实现Foundry BigIron-1与Cisco A的正常连接,如表1所示,我们对各种可能性进行了测试,结果我们发现,若Foundry BigIron 8000-1使用物理3层接口,无论Cicso A设备采用3种方式(三层物理接口互连、网段Vlan接口的Trunc互连、网段Vlan接口的Access互连)的任何一种,网络异常将存在。而当Foundry Big Iron8000-1采用基于Trunc链路模式的Vlan接口,或基于Access的Vlan接口,则网络恢复正常。
注:“√”表示可行,网络无异常;“×”表示存在网络异常;“○”表示不存在此方式。
因此,为加强安全性,我们将Foundry BigIron 8000-1的互联接口设置为基于Access的Vlan接口,Cisco A采用物理三层接口,网络及应用均恢复了正常。通过网络异常的分析与处理,我们发现问题主要在于不同网络厂家设备之间三层互联方式问题上,通过转换互连方式,网络异常最终得以解决。
4 结语
本文探讨了电力直属企业基于等级保护的网络安全防护改造方法,提出了通过新增加网络设备,构建服务器二级域,以清晰划分企业信息网的服务器域与桌面终端域,通过配置Vlan ACL措施实现安全域安全防护的基本措施和基本步骤,并在浙江省电力试验研究院具体案例中加以实践。实践表明:该方法简单、有效,能够达到国家等级保护基本要求,达到国网公司SG186工程安全总体防护的要求。在工程实施中,也遇到了不同厂家设备之间在启用3层接口互联上,由于技术人员对设备性能及配置不够熟悉等原因产生网络异常现象。技术人员通过多种方法测试、验证、排错,最终采用了安全性较高一种互联配置模式,恢复正常网络。因此,本文中基于等级保护的网络安全防护改造方法及网络改造中网络异常的分析排查处理经验对同类型企业网络改造具有一定的参考和借鉴意义。
摘要：本文介绍了在电力企业信息网中基于等级保护的网络安全防护改造方法。在具体案例中,针对网络改造过程中遇到的网络异常情况,技术人员通过逐一分析、排查,最终恢复正常网络,达到企业信息网络二级域改造的目的。网络安全防护改造方法以及异常情况分析排查案例对同类型企业在网络改造及异常排查工作中具有一定借鉴和指导意义。
关键词：等级保护,网络安全,安全域,网络异常
参考文献
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异常改造 篇3
改造前,站用变接线方式如图1所示,正常运行时,#1站用变为主电源,#2站用变为备用电源。改造后,站用变接线方式如图2所示,正常运行时,#1站用变带380VI段母线,#2站用变带II段母线。
2 核相异常情况
站用变改造完成后,外来电源带电与#1站用变进行第1次核相。核相时,#1站用变低压侧相电压Ua1为230V,Ub1为229V,Uc1为228V;外来电源低压侧相电压Ua2为228V,Ub2为230V,Uc2为230V。核相测试数据见表1。
由表1可知,核相结果异常。检查#1站用变和外来电源配变高压侧接线正确,怀疑外来电源配变低压侧相序接错。停电,对调外来电源低压侧A、C相,进行第2次核相。核相时,#1站用变低压侧相电压Ua1为232V,Ub1为231V,Ue1为230V;外来电源低压侧相电压Ua2为231V,Ub2为230V,Uc2为230V。核相测试数据见表2。
由表2可知,#1站用变和外来电源配变相序一致,但存在相角差,故两电源间存在电压差。
3 原因分析
改造前,#1、#2站用变相序、相位正确,因此核相时,以#1站用变低压侧电压为基准。
1#站用变(D,yn11)和配变(Y,yn12)的绕组联接图和电压相量图如图3、图4所示。
从图3、图4可知,Ua1超前Ua 230°,Ub1超前30°,Uc1超前Uc2 30°。
第1次核相相量图如图5所示。
从图5可知,外接电源配变低压侧相序接反,相位相差30°。调整外来电源配变低压侧A、C相序,进行第2次核相,测量结果如图6所示。
取Ua1为230V,角度为0°,则:
同理,可计算出Ub1-a2、Ub1-b2、Ub1-C2、Uc1-a2、Uc1-b2、Uc1-c2,结果与核相测试相符。
4 解决办法
针对核相异常原因,可采取以下解决办法。
(1)在条件允许的情况下,将外来电源配变联接组别Y,yn12更换成D,yn11,使2台变压器联接组别相同。
(2)若不更换变压器继续运行,则在#1或#2站用变检修时,自动切换装置将外来电源投运时,应禁止380VⅠ、Ⅱ段母线并列运行。
(3)如果2台变压器均为干式变压器且联接组别都是D,yn接线或Y,yn接线,只因时钟点数不同,不能并列运行,那么可通过改变变压器高压绕组极性端或在保证相序不变情况下改变高压绕组端头标记,从而得到1、3、5、7、9、11奇数组别号或2、4、6、8、10、12偶数组别号,使2台变压器联接组别相同。
5 结束语
异常改造 篇4
1 断路器本体机构防跳回路
阿尔斯通GL312-F1型断路器本机机构防跳回路如图1所示。该防跳回路采用防跳继电器K11实现并联防跳功能。K11的电压线圈与断路器的合闸回路并联, 其常开辅助接点K11 (21~22) 串接于合闸回路中。二次回路图的分析分为以下2方面: (1) 如果取消防跳继电器K11和相关回路, 则在合闸发生永久性故障时, 合闸后保护动作会跳开断路器, 而手动合闸脉冲并未消失 (通常需要1~2 s) , 必然会产生跳跃分合的现象, 进而损坏设备。 (2) 当断路器处于跳位时, 断路器辅助触点S1.1 (11~12) 闭合, 跳位监视回路接通, 跳位灯亮;当存在持久的合闸命令 (手动合闸未复位或自动装置合闸接点卡死) 时, 合闸回路经S3 (1~2) 、K11 (21~22) 、S2 (9~10) 、K14 (21~22) 、S1.1 (11~12) 、Y4和S3 (5~6) 接通。断路器合闸后, 断路器辅助接点S1.1 (5~6) 闭合, 启动防跳继电器K11且自保持, 防跳继电器常闭辅助接点K11 (21~22) 断开, 切断合闸回路通过辅助接点K11 (13~14) 自保持。此时, 如果发生永久性故障, 继电保护动作跳闸, 由于合闸回路已经断开, 所以, 只会发生1次分闸操作, 而不会在分闸后再次合闸, 从而避免了开关跳跃。
2 问题分析和回路改造
2.1 存在的问题
在保护装置校验合格后进行了整组试验。具体过程为:使断路器处于跳位, 操作箱面板上只有跳位灯亮;在控制屏上将KK把手打移至“合闸”位置, 断路器合闸, 操作箱面板上的跳位灯、合位灯都亮;给保护装置加故障电流, 使保护动作跳闸, 断路器进行分闸操作、合闸操作各1次, 跳位灯、合位灯都亮。
2.2 防跳回路改造
将KK把手打移至“合闸”位置, 断路器处于合位时, 打开断路器机构箱, 仔细检查回路后发现, 防跳继电器常闭触点K11 (21~22) 存在卡滞现象, 即在防跳继电器通电情况下处于闭合状态, 没有起到切断合闸回路、防止跳跃的作用。因此, 对防跳回路进行了改造, 在断路器辅助触点S1.1 (11~12) 与合闸继电器Y4之间接入了1对防跳继电器K11的备用常闭辅助触点K11 (29~30) , 具体如图2中的虚线框所示。
改造后, 再次进行了防跳试验。将KK把手打到并保持在合闸位置, 断路器合闸, 在保护装置中增加故障电流, 使其动作分闸。此时, 断路器只进行了1次分闸操作, 这说明接入K11 (29~30) 后, 已经起到了切断合闸回路、断路器防跳的作用。此外, 当断路器处于合闸位置时, 跳位灯、合位灯同时亮起。因此, 对防跳回路进行了更加仔细的检查和分析后发现, 防跳继电器辅助触点K11 (21~22) 的卡滞造成跳位监视的寄生回路, 具体如图3所示。
当断路器处于合闸位置时, 负电经此寄生回路送至TWJ的负端。因此, 参照该变电站220 k V620断路器 (西门子生产, 型号为3AP-1FG, 252 k V) 防跳回路的设计, 进一步对该防跳回路进行了改造。在跳位监视回路接入了防跳继电器的常闭辅助接点K11 (23~24) 和断路器位置常闭辅助接点S1.1 (9~10) , 并将跳位监视回路与合闸回路的交点移至S3 (1~2) 与K11 (21~22) 之间, 具体如图4所示。
对该防跳回路进行了防跳试验:断路器处于跳位时, 跳位灯亮;将KK把手移动并保持在合闸位置, 开关合闸, 跳位灯灭, 合位灯亮;由保护动作跳闸, 断路器只进行1次分闸操作。由此可见, 防跳回路改造方案具有可行性。经竣工送电后, 该变电站几个月的运行表明, 该防跳回路改造方案正确可行, 保证了变电站的正常运行。
3 结束语
综上所述, 断路器是电力系统中的重要设备之一, 为了保障电力系统的正常运作和安全运行, 我们应重视断路器中出现的防跳回路异常现象, 并采取有效的解决措施做好防跳回路的改造, 以保证断路器设备的可靠运行, 从而促进我国电力系统的发展。
参考文献
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