自动旁路（共6篇）
自动旁路 篇1
0 引言
早在10 年前,国际上就已经产生了银行卡向金融IC卡迁移,以防范伪卡欺诈和实施多应用的现象。目前全球已有超过10 亿张银行卡采用金融IC卡标准,使用这一标准的国家和地区伪卡欺诈率大幅下降。金融IC卡属于智能卡的一种,目前国内智能卡的使用十分广泛。市场对智能卡安全性的要求日益迫切。因此,对智能卡芯片中密码算法理论、实现与应用的研究显得十分重要。
旁路攻击对承载密码算法的电路带来了威胁。由于芯片的物理特性,芯片表面仍然在内部密码运行时对外散发着旁路信息,而这些信息被攻击者利用后可能进行旁路攻击。大多数的旁路攻击把注意力放在执行时间[1]、能量消耗[2]或电磁辐射[3]上。对于无防护的密码电路,提取功耗进行旁路攻击是十分有效的手段[4]。然而,带有防护的密码电路能有效地抵御旁路攻击。因此,给密码电路添加防护显得十分重要。随着旁路攻击的不断发展,应对的抵御旁路攻击的防护方法也在不断加强。选择怎样的防护方案以及如何为密码电路添加防护已经成为一个科研人员广泛研究的重要领域。同时,密码电路自动防护技术的研究也越来越受到人们的重视。
安全系统的自动生成在安全和设计自动化领域越来越盛行。一开始,研究团体主要专注于硬件对策方面的自动化研究,体现在综合[5,6],布局和布线方面[7,8]。最近,自动化研究已经开始在软件对策方面开展。首先,文献[9]介绍了一种通过辨别敏感指令对抗功耗分析攻击的通用结构,同时这种通用结构可以通过最尖端的技术保护这些敏感指令。该论文使用了随机预充电。不久后,文献[10]提出了一种自动代码转换技术。这些工作主要关注于功耗分析攻击,即旁路攻击。
对于密码算法自动防护的研究,文献[11]介绍了一个简单的类型系统和利用静态分析来确定语句( 和相关的变量) 泄漏源的程序,它的目的是能把一个不安全的程序自动转换成能抵御一阶DPA攻击的安全程序。该方法的目标是对于一个源代码自动应用布尔掩蔽。由于该方法支持布尔掩码,因此可使任何程序( 例如AES、DES、Present等) 安全,它们可以用这种方法添加掩码。该方法应用于密码算法编码执行的较低层级,即编译器一级。
本文提出了一种抗旁路功耗攻击的分组密码电路的自动防护方法。该自动防护设计方法利用修改分组密码电路的Verilog硬件语言代码完成防护,且具有一定的通用性,能适用于DES、AES等多种分组密码算法。本文将介绍两种不同防护等级的自动防护方法,运用的防护使用了掩码和隐藏技术。本文的案例研究是针对DES密码算法的应用。为DES密码算法进行自动防护后,利用FPGA采集功耗曲线,而后经安全性测试证明使用该自动防护方法进行防护的密码电路具有较强的抗旁路功耗攻击的能力。
1 功耗差分攻击与密码电路的防护
在DPA( Differential Power Attack,差分功耗攻击) 里,攻击者试图利用在加密过程中正在对密钥进行操作的密码设备的功耗去恢复密钥的信息。为了完成这样的DPA攻击,攻击者会选择一个所谓的中间值。这个中间值只会取决于密钥的一小部分,这样的关系能让攻击者去预测这一小部分密钥所有可能的值对应的中间值。接下来,攻击者利用被攻击的设备对应的一个泄露模型把这些被预测的中间值映射给假设的功耗值: 假设泄露模型是合理且正确的,那么只有某组与正确密钥猜测相关的假设功耗值会与这些攻击者能够从设备本身观测到的功耗值匹配。攻击者可以利用一些统计工具去匹配假设值与真实值。因此,如果试图抵御这种攻击,就要降低甚至消除中间值与功耗值的依赖。有两种旁路功耗攻击的防护对策,一种是隐藏技术,另一种是掩码技术。
1. 1 隐藏技术
隐藏技术的目标即切断被处理的数据值与设备能量消耗之间的联系。所以,尽管采用了隐藏技术的密码设备与未加保护的设备均执行同样的操作,但是隐藏技术使攻击者难以从能力迹中获得可利用的信息。在现实中,实现掩藏技术可以通过三种方式。第一种方式是通过随机改变操作顺序使能力消耗呈现出随机特点,即乱序操作。第二种方式是通过执行与正常指令并行的随机转换活动来使得能力消耗随机化,即随机插入伪操作。第三种方式是使设备对于所有操作和所有操作数均具有相同的物理特征量,即使得设备在各个时钟周期消耗同等能量。文献[12]提出了一种在振幅维度和时间维度的隐藏方法。文献[13]提出了一种应用在AES上的信息隐藏技术。
1. 2 掩码技术
掩码技术是通过随机化密码设备所处理的中间值来实现防护的。这种方法的优点是它可以在算法级实现,并且无需改变密码设备的能量消耗特性。其基本思想为: 在计算的开始,首先使用一些随机掩码对消息和密钥进行掩码操作,而其后所有操作则几乎与常规的计算过程完全相同。但是,在某些特定的步骤中,掩码的值必须是已知的,以便在计算执行结束时重新恢复出所期望的数据值。“复制方案”最早是在文献[6]中被提出的。该方案基本是用一种密码分享方案把在计算操作中的数据分离成一些部分,然后把计算后的每个部分重组成最终的结果。举个例子,可以选择某个随机数R,将X分离成随机数R和( XR) 。“变形方案”是在文献[7]中被提出的。其基本思想是在计算中把所有的数据都异或上一个随机掩码。通过利用合适的变化表( 例如DES算法中的S盒) ,输出的掩码很可能与输入的掩码相同。计算因此被分割成两个主要步骤:第一步是生成一些变化表,第二步是利用这些变化表实施计算( 初始的输入在开始计算时已经被掩码掩住,最后的输出在计算后不带掩码) 。
2 自动防护算法
首先,要使设计的自动防护尽量不改变分组密码算法原代码的结构,包括时序、模块以及语句等。然后,使设计的自动防护能尽量最大化地自动完成,需要人为配置的参数越少越好。
为了很好地实现设计要求与愿景,本文考虑到大部分分组密码算法都包含S盒运算,所以从S盒的运算单元入手解析分组密码算法代码的结构。本文把这一套解析代码结构的算法命名为“追踪算法”。
整个代码结构的解析过程如下: 首先,假设S盒运算被写在单独的模块里。通过人为配置,得到S盒运算的模块名或者文件名。然后,运用编写的代码自动找到S盒的输出变量。之后不断自动寻找后一级的输出变量,直到找到参与轮计算的寄存器变量。追踪算法示意图如图1 所示。
3 自动防护工作实例
在功耗分析和防护方案的应用领域,DES密码算法已经被广泛地研究。本文为DES设计了两种不同防护等级的自动防护方案。第一种是基于轮计算的寄存器的掩码防护方案,第二种是基于轮计算的寄存器和伪DES操作的隐藏与掩码结合的防护方案。
图2 给出了DES算法的示意图。DES算法的轮计算由异或、扩展、置换等线性逻辑和S盒等非线性逻辑组成。
第一种掩码防护方案: 该防护采用轮计算寄存器掩码方案。在轮计算时对寄存器赋值的过程中加入一个随机掩码,这样寄存器得到的值便不是真实的值而是带有掩码的值。自动完成该方案的流程如下: 首先找到S盒的输出变量,接下来根据“追踪算法”找到轮计算的寄存器变量,在赋值语句的右边加上异或掩码的操作。同时,在顶层模块加入掩码的输入端口以及分配每一轮掩码的操作。另外,需要加入去掩码的操作,因为在进行下一轮运算时需要去掉之前的掩码。
第二种隐藏和掩码结合的防护方案: 该防护采用轮计算寄存器掩码方案和伪DES操作结合的方案。在轮计算时对寄存器赋值的过程中加入一个随机掩码,同时加入一个伪DES运算的模块,使用一个随机数进行DES运算,这样会给真实的DES运算带来较强的噪声干扰,起到隐藏防护的效果。自动完成该方案的流程如下: 首先找到S盒的输出变量,接下来根据“追踪算法”找到轮计算的寄存器变量,在赋值语句的右边加上异或掩码的操作。同时,在顶层模块加入掩码的输入端口以及分配每一轮掩码的操作。另外,需要加入去掩码的操作。最后,在顶层模块例化出一个伪DES操作的模块以便达到隐藏防护的效果。
4 安全性测试
4. 1 实验平台
利用SASEBO评估板进行实验,该评估板是日本AIST的RCIS小组所研发的,并在学术界获得认可且大量使用的系列产品。
该评估板中搭载着两块FPGA芯片。Spartan XC3S400A作为控制芯片,负责与计算机进行通讯以及对其他模块进行控制,作为密码电路的计算芯片。Virtex - 5 LX50 具有强大的计算性能。
在实验过程中,将带防护的DES电路下载到V5 芯片中,并在Spartan芯片中加入了控制逻辑,同时提供了随机数。对于随机数的生成,本文采用了32 位线性反馈移位寄存器来完成。
功耗采集通过探头连接示波器完成,电路工作频率为2MHz,采集频率为250MHz。数据采集完成后做了对齐、重采样的数据预处理。
4. 2 功耗模型
主要采用的模型包括:
( 1) 对于安全S盒之后的数据采用汉明重量模型,即测出安全S盒的输出数据的汉明重量,假设能量消耗与被输出的数据中被置位的比特个数成正比,忽略在该输出数据之前和之后处理的值。
( 2) 对于轮计算结果采用汉明重量模型,即测出轮寄存器处数据的汉明重量并加以分析。
( 3) 对于轮计算结果采用汉明距离模型,即测出轮寄存器处数据的汉明距离,利用转换的总数来刻画电路在该时段内的能量消耗,把对整个电路的仿真划分为小段时间段,生成一种能量迹,这种能量迹中不包含具体的电压值,而是包含该时间段内电路发生转换的次数。
4. 3 攻击结果
本文按照第1 轮计算的寄存器翻转的功耗特征对齐采集到的1. 5 万条曲线后进行破解。曲线图如图3 所示,图中选中的尖峰便是在第一轮计算的寄存器处产生功耗的位置。本文只在第一个尖峰附近对电路进行攻击。在轮寄存器处利用汉明重量和汉明距离模型进行攻击,并在S盒处利用汉明重量模型进行攻击。本文研究发现在轮寄存器利用汉明距离模型进行攻击最有效。图4 是DES密码算法在已知密钥攻击模式下,分别对于8 个S盒的输入,真实密钥对应的假设值与功耗真值的相关系数在一共64 个假设密钥的相关系数中的排名形成的色块图。
图4 中灰度越高表示相关性系数越大。从图4 可以看出,中间的区域有一列连续的灰度较高的色块,表示该时刻设备有严重泄漏,即可以被攻破。
图5 是带掩码防护的DES功耗曲线图,本文分析了3 万条曲线,通过图6 可以看出设备在3万条曲线下能够被攻破。可以看到,带掩码防护的设备比没有任何防护的设备需要多出一倍的曲线条数才能被攻破,说明该防护方案具有一定的防护效果。
图7 是带混合防护的DES功耗曲线图,本文分析了4 万条曲线,通过图8 可以看出设备在4 万条曲线下能够被攻破。可以看到,带混合防护的设备比带掩码防护的设备需要多出1 万条曲线才能被攻破,说明该防护方案具有一定的防护效果。
5 结束语
本文提出了一种分组密码防护电路的自动化实现手段,其核心思想是基于追踪算法,找到源代码中寄存器位置,并施加合适的掩码。经实验验证,经过自动化防护添加后,较原始电路具备了一定的防护能力。后续将针对仍然存在的泄漏展开研究,以期继续通过自动化的手段进行电路修正。
摘要：文中提出了一种抗旁路功耗攻击的分组密码电路的自动防护方法,重点介绍了密码电路防护和自动防护方法,如隐藏技术、掩码技术、追踪算法等。通过修改高级程序语言代码实现自动防护,给出了应用于DES密码算法的两种防护方案且具有较好的防护效果。
关键词：分组密码,自动防护,功耗攻击
带负荷作业中旁路开关的应用 篇2
带负荷作业作为10KV配网带电作业的一种先进作业法，真正意义上实现带电作业的全覆盖，无论是主线还是支线，都不会受到停电的影响。然而带负荷作业作为一种较高技术含量的项目，一直以来由于：工作危险点预控难、作业难度高、工作量大、工作强度大、地形装置限制多等问题制约了此类项目的开展。本文就是通过采用旁路开关带负荷更换熔断器，来体现带负荷作业中旁路开关的应用。有效借助的旁路开关的特性、降低带负荷作业难度、强度。提高了作业的安全性。有利于该项目的常态化、普及化发展。
【关键词】
带电作业；带负荷作业；旁路开关； 作业安全
0 前言
近年来，随着地方经济不断发展，特别是高温天气的持续加剧，电力供需矛盾依旧严峻，可持续供电更显的尤为重要。新形势下的电力发展对10千伏配网带电作业提出了更高的要求。2012年，浙江省电力公司配网带电作业工作会议中强调：要努力提升技术水平和作业次数，积极拓展作业项目和范围，积极推进第三类作业项目的开展。在这样的背景下，我供电公司经过不断的时间总结，创新性提出《采用旁路开关带负荷更换刀闸、熔断器的建议》。该项目申报后，即被评为年度国家电网公司优秀合理化建议。随后，经过半年多的准备和模拟训练，最终完成了从理论到实践的蜕变。本文主要以带负荷更换跌落式熔断器为实操范例，分析采用旁路开关带负荷作业的特点、优点、技术难点以及作业步骤。以此拓展旁路开关应用，推进三类项目开展。
1 旁路作业介绍
旁路作业法是采用专用设备将待检修或施工的设备进行旁路分流继续向用户供电的一种作业方法。旁路作业时先将旁路设备接入线路，使之与待检修设备并列运行，然后将待检修色别从线路中脱离进行作业，此时由旁路设备继续向用户供电，检修完毕后将设备重新接入线路中，再将旁路设备撤除。（图1）
2 旁路作业优点
2.1传统带负荷作业存在的问题
2.1.1 工作危险点较多，如过电流保护、不同相位搭接误操作、引流线拆装过程中对人员应同步同相操作配合要求高。造成危险点预控难度较大，安全隐患多。
2.1.2 由于传统作业需2辆绝缘斗臂车配合。工作具有较大局限性、如线路装置，地形等因素。
2.1.3 作业难度高，作业人员劳动强度大，对人员配置数量较多也是造成此类工作不能常态化开展的重要约束。
2.2使用旁路开关带负荷作业的优点
2.2.1 由于旁路开关具有核相和分、合功能。避免了传统作业中安装搭接引流线时，两边相位不一致引起的相间短路。
2.2.2 避免传统作业中引流线一端已搭接（此时引流线带电）的情况下另一组作业人员操作不当，导致引流线失去控制，从而引发接地短路或相间短路。
2.2.3 避免当被更换的刀闸（熔断器）在断开引流线瞬间损坏的情况下，会引起作业人员带负荷断引流线，从而引起强烈电弧造成人员伤亡、发生电网设备事故。
2.2.4 使用旁路开关，避免了带负荷搭接引流线。在更换完毕后断开旁路开关，在保证被更换刀闸（熔断器）运行良好的情况下，拆除旁路设备
2.2.5 避免传统方法，2组作业人员在安装或拆除措施时、作业动作过大，引起不同相导线异向晃动引发短路，或与异电位作业的人员接触引发事故。
2.2.6 采用旁路开关带负荷更换刀闸、熔断器作业。只需要一辆作业斗臂车，使该项工作更加清晰便捷，不存在同步同相要求。从而减少装置、场地等各类制约因素，且提高作业安全性
2.2.7 旁路开关具有过电流保护装置，使用过程中避免了过电流超出引流线额定限度。造成设备烧毁，人身伤亡事故的发生。
采用旁路开关带负荷更换刀闸、熔断器大大降低了该项目的作业难度、强度。并且提高了作业的安全性。有利于该项目的常态化、普及化发展。同时提高工作效率，减少用户停电，提高电力企业供电可靠性。
3 旁路作业所需工器具
工器具出库时应进行外观检查，并确定是在合格的试验周期内。
个人安全防护用具包括：绝缘安全帽、绝缘披肩（或绝缘服）、绝缘手套（防护手套）等；
常备器具包括：防潮垫、绝缘电阻测试仪、风速仪、温、湿度计、对讲机、安全遮栏、标示牌、干燥清洁布、电流测量仪等；
绝缘遮蔽工具包括：绝缘毯、绝缘跳线管、导线绝缘遮蔽罩、绝缘挡板、熔断器挡板、电杆遮蔽罩、绝缘操作杆等；
其他工具设备包括：绝缘斗臂车、旁路开关、旁路引线电缆、个人工具、跌落式熔断器、接地线等。
4 旁路作业简要流程分析
4.1设置绝缘遮蔽、安装旁路开关及附件
此过程需要注意的事项有：
4.1.1 旁路开关必须处于断开状态，旁路开关需接地、接地棒埋深必须满足0.6m；
4.1.2 绝缘电缆引线挂设施应该保持合适的距离，给后面更换跌落式熔断器留下充分的作业空间。
4.1.3绝缘电缆引线搭接时线夹必须拧紧，使用后备保护绳。
4.1.4 测流及核相。测流的主要时段和目的有；装设开关前支线测流，确保该线路电流是旁路开关允许承受范围内、相位核对无误后合上旁路开关后再次测流，确保旁路设备已分流。
4.1.5 采用导线遮蔽罩，不要采用套管。这样在遮蔽、拆搭头过程中可以更加简便、安全。
4.2更换跌落式熔断器
此过程需要注意的事项有：
4.2.1用绝缘操作杆拉开三相跌落式熔断器，此时跌落式熔断器上、下桩头依然都带电。避免工作人员在作业过程中由于思维定势，认为熔断器下桩头不带电。
4.2.2 测流：三相跌落式熔断器更换完毕后，用绝缘操作杆合上三相跌落式熔断器。然后进行测流，确保支线分流正常
4.3拆除遮蔽、撤离杆塔
5 总结
通过理论分析和实际操作。采用旁路开关带负荷作业的特点、优点比较显而易见。同理，旁路开关也适用于带负荷更换隔离刀闸，真空开关。采用旁路开关带负荷作业的推广，可以拓展旁路开关应用，推进三类项目开展。
同时可以尝试把旁路开关放到地面，将绝缘电缆引线加长。这样在开展此类工作中又可以大幅度降低工作人员作业强度。当然此时需要验证，导线承重力是否足够。
【参考文献】
[1]史兴华.配电线路带电作业技术与管理.中国电力出版社， 2010.
[2]王嘉明.10KV线路带电作业及发展方向[R].输配电线路技术论文选编，2001.
自动旁路 篇3
随着我国电网的不断发展及运行管理方式逐渐向商业化管理的转换, 电能量计量计费系统 (TMR) 已成为电网电能结算的重要系统。作为走向市场的重要技术保障之一, TMR已不再局限于传统的采集、计量、计费、考核功能。
电网运行设备在定期检修、故障处理或运行方式改变时, 经常会遇到用旁路开关或备用开关替代某路开关送电的情况, 这就是旁路代的问题。该问题在TMR中会经常出现, 因此建立一套完善的旁路自动识别并有效准确处理的系统是电网逐渐向商业化管理转换的重要技术保障, 也是TMR稳定运行的重要技术基础。
电能量计量系统具备旁路替代功能, 实现在旁路代路时将旁路电量加入被取代线路电量, 旁路代路信息的获得一般有以下几种方式:
(1) 人工方式:依靠人工录入旁路代信息, 录入即确认生效。
(2) 根据YX变位信息判断:要求电能量计量系统与EMS/SCADA接口或采集终端具备YX功能, 获得旁路开关YX信息, 并根据YX变位情况自动判断发生旁路代、进行告警, 确认后生效。
(3) 根据EMS/SCADA旁路事件处理:要求电能量计量系统与EMS/SCADA接口, 获得旁路信息、进行告警, 确认后生效。
人工方式处理旁路代路电量十分繁琐, 但由于电能计量的严肃性, 旁路替代一般不采用全自动方式, 虽然系统互联获得旁路信息是旁路代半自动化处理的一种方式, 但却导致系统间依赖性增加, 所以应该致力于技术挖掘, 实现电能量计量系统自我功能完善。
1 原TMR系统存在的问题
系统原有的判断依据及方法为:旁路开关开始走字或停止走字来给出告警事件提示, 且不告之被代线路。
存在问题:对于母联兼旁路的开关, 随着方式的变化, 表计会出现频繁的走、停, 依据原有判据系统会不断提示旁路事件的发生, 造成每天会出现大量的事件信息, 容易误导运行维护人员, 在实际过程中几乎没能起到太大实际作用。
2 旁路代自动化处理解决方案
旁路代半自动化处理流程如图1所示。
依据旁路表走字及线路表走字情况的综合分析, 并结合TMR运行事项信息, 综合判断旁路代线路及时间信息, 为旁路代处理提供自动化解决方案。
3 应用实例
以湖北黄冈电力公司一条实际线路、旁路的数据为例, 进行实例分析:
(1) 旁路表走字情况。
表1为“路13-110kV旁路”表计2008年7月30日的走字启动变化情况;表2为“路13-110kV旁路”表计2008年7月30日的走字停止变化情况。
(2) 线路表走字情况。
表3为“路16-路港线”表计2008年7月30日的走字停止变化情况;表4为“路16-路港线”表计2008年7月30日的走字启动变化情况。
(3) 系统检测旁路事件。
综合表1、表2、表3、表4信息, 系统分析到表1“路13-110kV旁路”在2008-7-30 7:55发生走字变化, 立即搜索被代线路列表, 并分析每个线路表的走字变化情况, 经过分析找到了“路16-路港线”于2008-7-30 07:55时刻走字停止, 系统持续跟踪判断“路13-110kV旁路”走字变化情况, 其走字于2008-7-30 13:15时刻停止, 同时线路“路16-路港线”开始走字, 根据TMR运行信息及相关事项, 可以判断旁路“路13-110kV旁路”于2008-7-30 07:55到2008-7-30 0755时间段代路线路“路16-路港线”, 此时便通过窗口提示, 告警用户确认该旁路事项, 从而将本时间段的旁路电量加到线路表上, 完成旁路代的自动化处理。
(4) 系统自动判断旁路事件与人工录入事件的比对。
经过一段时间运行, 系统自动判断旁路事件不仅准确、及时, 而且大大提高旁路的自动化处理水平, 为旁路电量自动化处理提供了重要的技术方案, 相比以前的人工录入旁路事件方式, 大大提升了工作效率。
4 结语
(1) 存在一定盲区, 如特殊情况下旁路代时间小于3个数据密度周期的情况下, 此判据无法自动进行判断。
(2) 对于旁路代事件过程中旁路代不经过开关只是通过旁路刀闸类的旁路事件, 系统无法进行判断。需要进一步对被代线路对侧表计是否走字 (对于被代线路上存在T接情况下无法判断) 或本站同一电压等级电量平衡等信息进行判断。
(3) 对于旁路兼母联开关的情况会存在误判, 根据电网运行方式, 需找判据进一层过滤。
参考文献
[1]单渊达.电能系统基础[M].2001
[2]赵元杰.Oracle10g系统管理员简明教程[M].北京:人民邮电出版社, 2006
[3]张荣梅, 梁晓林.Visual C++实用教程[M].北京:冶金工业出版社, 2004
[4]郑阿奇.Visual C++实用教程 (第2版) [M].北京:电子工业出版社, 2003
[5]龚成明, 於益军, 梁小鹏.旁路代的识别算法[J].江苏机电工程, 2004, 23 (4) :10-12
自动旁路 篇4
【关键词】阻塞滤波器；双线圈；旁路开关；防跳
引言
我厂阻塞滤波器是由电容器、电抗器、电阻器以及MOV非线性电阻构成的一次设备。其中MOV非线性电阻是用于过电压保护，电容器和电抗器经过串并联构成高阶的带通、带阻滤波器，电阻器是用于提高滤波器的阻尼。阻塞滤波器分相安装在主变高压侧的中性点处。正常运行的时候，静态阻塞滤波器是对工频呈现低阻抗状态，但是对特定的次同步频率呈现高阻抗状态，可以有效阻塞次同步得电流，减小次同步电流对发电机的影响。此外阻塞滤波器装设了旁路开关，当阻塞滤波器一次设备出现异常时，旁路开关闭合，阻塞滤波器退出运行。
1.改造背景
按照国标《GBT14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程》第6.6.1条之规定：220kV及以上电压的断路器应具有双跳闸线圈。对合闸线圈无要求。由于阻塞滤波器运行方式的特殊性，其保护动作后要求对旁路开关进行合闸以确保阻塞滤波器一次设备不损坏。在阻塞滤波器旁路开关的二次操作回路中发现合、分闸线圈分别各有一套。因此需要在阻塞滤波器旁路开关中新增一套完整的合闸回路（合闸为阻塞滤波器设备退出运行），包括旁路开关本体控制箱及保护相关的出口回路。
2.改造前阻塞滤波器旁路开关控制原理
1）阻塞滤波器保护装置的构成及配置的保护功能
阻塞滤波器保护配置为双重化，配置完全相同的A、B两套保护屏，每套保护中有阻塞滤波器差动、引线零序差动保护、阻塞滤波器0-3阶电抗器保护、阻塞滤波器0-3阶电容器保护、阻塞滤波器0-3阶MOV保护、阻塞滤波器电容器不平衡、熔丝保护、失谐保护。保护装置主要采用了美国GE 公司生产的UR系列保护装置和PACRx3i可编程控制器构成。
2）阻塞滤波器保护装置的出口方式
阻塞滤波器出口方式共有2种，分别为合阻塞滤波器旁路开关和跳机。其中阻塞滤波器差动、0阶MOV一段时限过流保护、0-3阶电抗器过流保护、0-3阶电容器过流保护、0-3阶MOV过流保护、电容器不平衡、熔丝保护、失谐保护出口方式为合对应相的阻塞滤波器旁路开关。电缆差动保护、阻塞滤波器两相旁路、旁路开关失灵保护、0阶MOV二段段时限过流保护出口方式为动作于跳机。
3）阻塞滤波器旁路开关回路中存在的问题
当阻塞滤波器某相发生电气设备故障，需要将阻塞滤波器故障相退出运行，就要求合上该故障相旁路开关。此时如果旁路开关的合闸回路或合闸线圈有问题，则旁路开关无法合闸，使阻塞滤波器一次设备无法退出带故障运行的状态，将造成电气设备的严重损坏，机组后备保护动作跳机、甚至可能危及系统的安全。所以需要对旁路开关的合闸回路进行改造，以保证开关合闸的可靠性。
3.双合闸线圈二次回路的设计与改造
托克托发电公司阻塞滤波器旁路开关合闸方式有四种：DCS远方操作合闸、就地端子箱及机构箱就地合闸、阻塞滤波器保护A屏保护动作合闸、阻塞滤波器保护B屏保护动作合闸。
阻塞滤波器保护A屏、阻塞滤波器保护B屏都通过接口屏对旁路开关发出合闸命令，且合闸回路只有一套。旁路开关的合闸回路或合闸线圈有问题，则旁路开关无法合闸，无法将阻塞滤波器一次故障设备隔离，将造成电气设备的严重损坏。
改造后新增一套合闸线圈，按照国标《GBT14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程》第4.2.21条之规定：对于100MW及以上容量的发电机变压器组装设数字式保护时，除非电量保护外，应双重化配置。当断路器具有两组跳闸线圈时，两套保护宜分别动作于断路器的一组跳闸线圈。因此设计由阻塞滤波器保护B屏单独启动新增的合闸线圈，本次改造需要增加一套独立的直流电源，原阻塞滤波器保护A屏的出口回路不变。
通过这个改造后阻塞滤波器旁路开关有两套完整的合闸线圈，防止了在电气设备故障合旁路开关时，由于旁路开关单套合闸线圈故障拒合，而造成阻塞滤波器一次设备损坏或危及电网安全事故的发生，大大提高开关合闸回路的可靠性，提高了阻塞滤波器设备运行的安全性。
4.旁路开关防跳回路的改造
阻塞滤波器工程中所使用的旁路开关，其就地控制箱内所设计的防跳回路为跳优先，即在合闸指令保持的情况下保护跳闸，则防跳回路启动，使开关保持在分闸状态。而托克托发电公司阻塞滤波器的运行方式为旁路开关断开时，一次设备投入运行，旁路开关合闸后，设备退出运行；因此当分闸指令回路存在问题，指令长发时，若此时阻塞滤波器设备出现故障，保护动作要求旁路开关合闸时，旁路开关会先合闸，再次分闸并保持在分闸状态。使阻塞滤波器一次设备无法隔离，进而扩大事故范围。
因此阻塞滤波器旁路开关的控制回路应改为合闸优先，即防跳回路应为：分闸指令保持的情况下，保护动作启动合闸回路，此时防跳回路启动，保证开关保持在合闸状态并将分闸指令隔离。
按照合优先的原则对阻塞滤波器旁路开关控制回路进行改造，要求当分合闸命令同时出现时，开关必须保持在合闸状态。该要求也同样适用于新增的合闸回路中。由于新增的合闸回路接线未通过接口屏（防跳继电器位于接口屏内），直接接至旁路开关机构箱，所以新增合闸回路在二次回路中没有防跳措施，为防止由于新增合闸回路的原因导致开关出现跳跃现象，因此需在旁路开关机构箱内采取防跳措施，即在其机构箱内加装防跳继电器，取消接口屏的防跳继电器回路，当分合闸指令同时出现时，开关保持在合位。
5.阻塞滤波器旁路开关双线圈改造工作展望
我厂阻塞滤波器旁路开关双线圈改造虽然完善了单合闸线圈上的不足，但是由于本次改造的局限性，回路中还存在一些不足之处需要后续进行完善，托克托发电公司阻塞滤波器旁路开关是六氟化硫断路器，电机储能方式是合后储能，储能电机电源与阻塞滤波器保护A屏合闸线圈直流电源共用一路，未单独接引，如果一合闸线圈电源断开后，单独由新增合闸线圈存在的情况下，阻塞滤波器保护B屏保护动作合旁路开关后，会有旁路开关未储能报警发生，在日后工作中需增加独立的储能电源；另外阻塞滤波器旁路开关的六氟化硫压力低节点没有备用节点，当六氟化硫压力低时需要闭锁旁路开关分、合闸回路，因此本次改造中是增加了扩展继电器进行扩展，当继电器电源失去或者继电器故障，将无法闭锁旁路开关，增加了回路中的危险点，以后工作中需联系断路器厂家增加六氟化硫压力低节点进行回路闭锁。
6.阻塞滤波器双合闸线圈改造后的意义
通过对旁路开关双合闸线圈的改造，有效防止了在电气设备故障合旁路开关时，由于旁路开关单套合闸线圈故障拒合造成阻塞滤波器一次设备损坏或危及电网安全的事故，大大提高开关合闸回路的可靠性，提高了阻塞滤波器设备运行的安全性。目前我厂已完成八台机组的阻塞滤波器旁路开关双合闸线圈改造工作，并进行了相关传动试验等检验工作，二次回路及出口方式配置正确，动作可靠.
自动旁路 篇5
我厂一次风机日常运行分为工频和变频两种方式运行。工频和变频切换采用手动旁路方式。正常运行, 一次风机采用变频运行。但是这种运行方式存在以下缺陷, 当发生变频器发生故障 (例如变频器超温) 只能停止一次风机运行进行变频-工频刀闸手动切换操作, 一次风机停用将使机组出力受阻, 影响机组发电, 使我厂经济效益受损。为切实发挥变频器的节能效应, 同时保障一次风机运行的可靠性, 将一次风机变频器改为自动旁路方式, 当变频器正常运行中出现重故障跳闸时, 可自动切至工频运行, 实现一次风机的平稳可靠运行。
2 改造差异
2.1 改造前的系统
如下图:
改造前一次风机变频器旁路装置为隔离刀闸式手动“一拖一”方式, 正常运行时Q S1刀闸合上、Q S2刀闸合至变频回路, 然后合上厂用开关Q F1变频器运行。当一次风机变频器有故障或检修工作需要退出时, 变频器停电就要先断开Q F1开关, 然后断开回路刀闸Q S1, 并将回路刀闸Q S2合至旁路回路, 合上厂用开关Q F1, 重新启动一次风机使其工频运行。这要整个操作过程需要将近20分钟。这期间如果机组满负荷运行需要机组降负荷约150M W。
2.2 改造后的系统
改造后一次风机变频器主回路自动旁路在原来手动旁路增加了三个真空断路器 (KM 1、KM 2和KM 3) , 取消了回路Q S1、Q S2刀闸。如下图:
2.2.1 其操作说明
1) 变频启动:
a.变频器KM 1, KM 2, KM 3断路器在分闸位置, Q F1断路器在分闸位置。
b.将Q F1断路器合闸。
c.待D C S收到变频器请求运行, 启动变频器运行, 充电5S后, 变频器会自动合上KM 1, KM 2断路器。一次风机变频运行。
2) 工频启动:
a.变频器KM 1、KM 2、KM 3断路器在分闸位置, Q F1断路器在分闸位置
b.D C S启动KM 3断路器合闸。
c.启动Q F1断路器合闸, 一次风机工频运行。
3) 变频器工频运行切换变频运行。
a.变频器在工频运行中, Q F1断路器在合闸位置, KM 1、KM 2断路器在分闸位置, KM 3断路器在合闸位置。
b.在D C S收到变频器发出的请求运行信号。D C S (就地) 启动变频器工频切换变频指令。
c.变频器接收到“工频切变频”指令后, 变频器开始充电, 充电完成后, 断开充电电源, 合上KM 1断路器。变频器自动运行至5H z时, 断开KM 3断路器, 延时2秒合上KM 2断路器。变频器运行至给定频率。
4) 变频器变频运行切换工频运行。
a.变频器在变频运行中, Q F1断路器在合闸位置, KM 1、KM 2断路器在合闸位置, KM 3断路器在分闸位置。
b.变频器接收到“变频切工频”指令, 变频器先断开KM 1, KM 2断路器, 在KM 2分断3至8秒后变频器启动KM 3断路器合闸。一次风机工频运行。
5) 当变频器变频运行重故障自动切换工频。
a.变频器在变频运行, Q F1断路器在合闸位置, KM 1、KM 2断路器在合闸位置。KM 3断路器在分闸位置。
b.变频器运行中出现变频器重故障。
c.变频器发出重故障信号后变频器立即分断KM 1、KM 2断路器。KM 3断路器在KM 2断路器分闸后3至8秒后, 变频器启动KM 3断路器合闸。一次风机工频运行。
2.2.2 注意事项
1) KM 1、KM 2、KM 3断路器严禁合闸时抽出至实验位置或合闸时摇进至工作位置。
2) KM 2断路器和KM 3断路器互锁, KM 1断路器和KM 3断路器不互锁。
3) 变频器检修时, KM 1断路器和KM 2断路器手车均置于试验位置状态。
3 结论
经过此次改造, 一次风机运行可靠性得到完善, 几次变频器超温故障, 运行人员都可靠的进行切换, 没有因为一次风机停运而限电。保证了机组经济可靠运行。为我厂实现全年任务提供可靠保证。
参考文献
[1]包头第一热电厂运行规程.
[2]电机学.吉林大学出版社, 1999.
脱硫无旁路启动运行 篇6
1.1 锅炉投油启动过程
锅炉的点火启动流程是:锅炉投油启动，锅炉稳定负荷后，改变燃料，进入煤、油混燃阶段，逐步增大燃煤的加入量，减少投油量，待锅炉稳定后，进入燃煤阶段，并逐步提升机组负荷，进入正常运行阶段。
当锅炉降负荷时，为维持锅炉的稳定、正常运行，通常会采取投油助燃的方式，维持锅炉的稳定燃烧。
1.2 对脱硫系统的影响及危害
锅炉在启动及运行中需投油助燃，其未燃尽的成分会随锅炉烟气进入FGD的吸收塔，在与浆液接触洗涤的过程中，烟气中的油污被洗涤到吸收塔浆液中，使得吸收塔浆液中的有机物含量增加，由此，会造成以下不利影响:
1) 浆液中油污的增加，油污在吸收塔循环泵、浆液喷淋装置、搅拌器及鼓入的氧化空气的共同扰动作用下，容易形成泡沫。由于吸收塔液位的测量一般是采用安装在吸收塔底部的压差式液位计，在DCS上显示的液位是根据测得的差压与吸收塔内浆液密度计算所得来的值，而吸收塔内真实液位则会由于气泡或泡沫的原因而远高于显示液位，从而导致吸收塔间歇性溢流。当吸收塔浆液起泡溢流严重时，如果DCS上无法及时监测并采取有效措施就会导致事故发生。正常情况下，吸收塔浆液溢流后通过吸收塔溢流管进入吸收塔区排水坑，再经由地坑泵打回吸收塔重复使用。但是，当吸收塔浆液溢流量较大时，浆液不能通过溢流管及时排放，就会从吸收塔入口烟道流向原烟气烟道中，从而引发各种事故或影响正常运行，主要危害如下:
a.溢流浆液进入烟道中，浆液中的硫酸盐和亚硫酸盐随浆液渗入到防腐内衬内，在干湿交替的作用下，体积膨胀，应力增大，导致防腐层的严重剥离损坏。浆液还会沉积在未做防腐的原烟道中，造成烟道的腐蚀，降低装置的使用寿命。
b.溢流浆液通过烟道，到达引风机出口，溢流浆液会猛烈冲击正在运行的风机叶片，甚至造成叶片断裂，导致引风机停运，脱硫系统被迫退出运行。由于未设置烟气旁路，主机也将被迫停运。
c.浆液溢流到烟道后，烟道积灰增加严重，流通截面减少，使烟道阻力增加。
d.吸收塔出现起泡溢流后，吸收塔运行液位被迫降低，浆液中亚硫酸盐含量逐渐增高，将导致浆液品质恶化。
e.浆液起泡严重时，循环浆液泵将吸入大量的气泡，容易造成泵的“气敷”和“汽蚀”。
2) 油污在吸收塔内与浆液的接触中，会在石灰石、亚硫酸钙等固相颗粒的表面形成一层薄薄的油膜。油膜将石灰石与液相隔离，阻止了石灰石的溶解，从而导致了脱硫效率和pH的降低;另外，亚硫酸钙表面的油膜还阻止了亚硫酸盐的氧化，将难以形成石膏晶体，严重时还会造成脱硫装置内设备管道的结垢、堵塞，以及真空皮带机的滤布堵塞。
由以上分析可见，无旁路的脱硫系统，吸收塔属于锅炉烟风道的一部分，是锅炉烟气排放的唯一通道，油污污染如得不到及时解决，不仅会使浆液品质恶化，影响FGD的脱硫效率，还将影响脱硫设备和系统的稳定及运行的安全。
2 油污解决方法
2.1 解决方案
1) 设置事故烟气降温系统:在引风机出口与吸收塔入口之间的烟道上设置两级事故烟气降温系统，事故烟气降温水来源有两路，一路由工艺水泵提供，脱硫系统正常运行时，采用工艺水泵提供的水源;另一路由除雾器水泵提供，且除雾器水泵接保安电源，当脱硫系统因事故断电时，采用除雾器水泵向事故烟气降温系统供水。事故烟气降温系统是设置在烟道内部的管网式喷淋装置，喷淋装置外部供水总管上设置电动门，可通过DCS系统实现在控制室进行远程操作。电动门与锅炉启停信号、烟气温度等参数信号联锁，将根据这些参数信号实现电动门的自动开关。
2) 吸收塔浆液区设置高位溢流口:在吸收塔浆液池的上部设置高位溢流口，当浆液池液位超过吸收塔正常运行的最高液位时，浆液将通过高位溢流管排至吸收塔排水坑，防止浆液溢涨进入吸收塔入口烟道内。
3) 设置烟道排水口:在引风机出口与吸收塔入口之间的烟道最低点位置设置烟道疏排水管道。如果发生塔内浆液向烟道溢流的现象，则溢流的浆液可通过烟道的疏排水管道排至脱硫岛内的排水坑，避免溢流液冲击运行中的引风机叶片。
4) 加大废水的排放量:通过石膏一级脱水系统的溢流，以排放废水的方式，将塔内富集的油污强制排出系统。脱硫废水可以直接排放至电厂冲灰系统，用作冲灰用水，也可以输送至脱硫废水处理系统进行集中处理。
5) 设置消泡剂添加系统:在锅炉长时间低负荷投油稳燃运行时，除采用增加废水排放量的方式外，还可采用添加消泡剂的方式，利用化学方法，使消泡剂与油污发生化学反应，将有机物质分解，一般在吸收塔的最高液位以上设置两个消泡剂加药管口。另外，也可以在吸收塔排水坑中加药，通过排水坑搅拌器混合均匀后，由排水坑泵输送至吸收塔内。消泡剂一般可与增加废水排放的措施配合使用。
2.2 启动阶段运行措施
1) 锅炉在冷态启动时，将电除尘器提前投运，除尘器运行正常后，锅炉可以进入允许启动状态。同时，投运脱硫装置的工艺水泵及除雾器水泵。在DCS上设定好事故烟气降温系统投运与锅炉启动的间隔时间。含油污的高温烟气经两级事故烟气降温系统降温后，经吸收塔排放至烟囱，喷淋水在降低烟气温度的过程中升温汽化，以水蒸汽的形式随烟气排放至烟囱。
2) 锅炉投油稳燃后，改变燃料，同时逐步减少投油量，待锅炉的燃油装置退出系统，锅炉完全处在燃煤运行时，脱硫系统进入顺启程序。启动一台循环浆液泵，根据锅炉负荷的提升，随后逐步启动其它几台循环浆液泵，另外，脱硫系统的其它设备按程序顺启、投运。在第一台循环浆液泵投运后，事故烟气降温系统顺停，锅炉主机及烟气脱硫装置进入正常运行阶段。
2.3 低负荷运行措施
1) 锅炉在低负荷投油运行时，根据负荷的变化在确保脱硫效率及塔内件安全的前提下，可适当停运部分循环浆液泵。减少循环泵和喷淋层的运行数量可降低浆液的扰动，从而减少浆液起泡情况。
2) 如果锅炉是短时间低负荷投油运行，则可向吸收塔内添加消泡剂，以减少油污，确保系统正常运行。
3) 如果锅炉是较长时间低负荷投油运行，一方面，可向吸收塔内添加消泡剂，同时，加大废水的排放量;另一方面，可加大石膏浆液的排放量，适当降低吸收塔的运行液位。
4) 如果锅炉负荷低、投油量大，电除尘器又出现故障，则投运两级事故烟气降温系统，同时停运循环浆液泵，烟气经降温后直接排放至烟囱。
3 结束语
目前，国内已投运的无烟气旁路的脱硫装置数量还比较有限，在设计和运行经验上都处于一个探索和积累的阶段，各方面有待进一步完善和改进，需要在运行维护中积累经验，使脱硫装置能达到与主机同步运行的水平，实现国家节能减排的相关目标。
摘要：介绍锅炉投油对脱硫系统的影响, 提出改进建议。
关键词：解决方案,锅炉,脱硫系统,锅炉投油
参考文献
[1]国华三河电厂脱硫装置取消烟气旁路技术[J].中国电力.
[2]国华三河电厂脱硫装置取消烟气旁路的研究[J].电力建设.
[3]关于脱硫无旁路机组运行的探讨[J].电力技术.
[4]脱硫机组取消旁路烟道的技术经济分析[J].中国电力.