国网上海市电力公司市南供电公司 陈张宇 乔亚兴 解智刚 侯宇轩 上海四量电子科技有限公司 贺润平 王水仙

自2009年国家电网公司提出建设统一坚强的智能电网战略发展目标以来，2010年“十二五规划”中又将智能电网的建设作为国家的发展策略。作为智能电网的重要组成部分，近几年，文献[1]智能变电站的建设已经从理论研究阶段、试点阶段进入到实质性的推广应用阶段，“十二五”将新建智能变电站5100座，改造1000座，智能变电站是变电站技术的发展方向。

经过多年的发展，变电站逐渐由常规走向智能，由有人值守走向无人值守，已基本实现全站重要环节设备的全面感知和后台在线监控，但对于如何保障变电站设备安全运行和规范作业人员行为却一直没有较好的解决方案，擅自变更工作地点或扩大工作范围所引起的安全事故时有发生。

目前在变电站内，出于安全运行和防盗的考虑，各个房间大门以及各类设备一直以来均是使用不同种类的传统锁具进行管理，随着电网设施的增建，锁的数量也随之增加，而这些锁具往往都有各自对应的钥匙，这就造成了大量的钥匙管理问题。各班组人员每次巡检、检修、倒闸操作或抄电表时，都得先从一大串钥匙中寻找对应钥匙开门解锁，费时费力，如果去现场带错了钥匙，不得不返回重新寻找钥匙。通用钥匙是一种常见的解决方案，即一把钥匙可以打开一个变电站的所有锁具，以减少钥匙的数量，方便现场工作，钥匙管理简单，但工作人员在现场的权限太大，存在管理失控的风险。存在误入其他危险区域的安全隐患，且如果钥匙外借给外来施工班组使用时，根本无法进行有效监管，失控风险很大。当前这两种锁具管理的方法，基本上都使用的是传统挂锁，锁鼻等部位防盗性能极差，容易被外力破坏，变电站内无人值守，存在设备被盗和人身触电的风险。此外在开操作票后，无法从数据信息上掌握现场工作人员所要操作的具体操作对象、操作时间、操作后的对象的状态等，对运维人员以及运维操作的管理存在。

锁具种类多针对不同的应用场合设计了不同的锁具，比如对断路器、电动刀闸等电气操作回路的闭锁采用电编码锁；对网门、端子箱、临时接地线、刀闸的就地操作机构等设备的闭锁采用机械编码锁。锁具种类繁多对管理带来困难。操作接口多现场一个间隔内往往安装有多套锁具，每套锁具均有独立的电脑钥匙操作接口，操作接口多增加了现场操作人员的工作量。锁具的非智能化除遥控闭锁和电磁锁这两种锁具能进行远方控制具有智能识别功能外，其他锁具都只能通过电脑钥匙来进行解闭锁，没有智能功能，无法反应自身的解闭锁状态及运行状态，可维护性差。锁具的兼容性差各厂家锁具接口规范不一致，无法做到统一兼容，互换性差。当前国内外对变电站智能化权限管控平台的研究处于起步阶段，现有论文和专利成果较少，多数以五防微机锁控系统为主。该系统仍然存在较多缺陷：

现场用锁还是传统的机械锁，只是将RFID 码片与机械锁相结合，取到信息识别，达到简单的管理作用，由于特殊的工作环境机械锁长期暴露在室外，阳光暴晒、风吹雨淋，面对如此恶劣环境机械锁锁孔极易受到腐蚀，生锈情况严重，现场运行没多久，就出现无法开锁的情况，同时，RFID 码片只是通过一颗螺丝固定，从外部就可轻易拆除或与别的设备上的锁的RFID 码片进行交互，想开哪把锁就开哪把锁，存在极大的安全隐患。

“一匙通”系统在后台与电脑钥匙数据传输过程中以及电脑钥匙发出解锁命令开锁时，所有数据都未经加密处理，并且是固定的密钥，无法保证数据传输时的数据安全，只需通过技术手段读取解锁命令的报文，加以分析，打开锁变得轻而易举。

现场为了开锁方便，锁留有万能钥匙解锁孔，万能钥匙结构简单，极易仿造，在淘宝上可以随处买到相关万能钥匙，前期实现的各种管理功能瞬间失效，长期运行整套系统“如同虚设”。

变电站与变电站之间，存在文献[2]“信息孤岛”，运维人员无法实时了解变电站内各设备箱柜门的状态，更无法通过远程授权的方式管控下属变电站。

针对以上不足，本项目将开发一款变电站智能化权限管控平台，基于物联网云技术，以智能硬件（无源智能锁+智能钥匙）和管理软件（管理平台+手机APP）为载体实现对变电站设备人员运维管理、设备在无电源情况监控门、锁的状态，以提高设备安全、运维效率、节省成本的目的。

1 研究内容

研究内容主要包括四个方面，智能化权限管控平台、智能无源锁具、蓝牙钥匙、手机APP 为一体的变电站智能管控系统。

变电站智能化权限管控平台采用多级管理模式，通过该模式实现对人员和装置管理、授权管理、各装置的操作控制和记录分析管控，把电力系统的工作票制度智能化

智能蓝牙钥匙是综合考虑电源信息、使用场所、权限识别、群识别、身份绑定和通信监控等功能于一身，设计一套与无源锁具相对应的智能蓝牙钥匙，同时结合防控管理系统内台帐信息，建立智能蓝牙用户权限分配机制，智能实现蓝牙钥匙的使用精确化、合理化、透明化。

设计一套无源锁芯+锁体结构的无源锁具，基于复合载波供电通信技术，建立无源锁具和蓝牙钥匙权限鉴别机制，确保开关锁记录功能和告警功能的准确性。

变电站内存有大量的机械钥匙，因此给钥匙管理带来一定的困难。大部分变电站采用钥匙盘或者钥匙箱的方式存储钥匙，钥匙的借用归还采用手工记录的方式，很容易造成钥匙的遗失，且无据可查，带来很大的安全隐患。

普通钥匙不具备智能化、电子化的特点，因此对闭锁设备的操作记录缺乏信息化管理，监督与管理运行人员日常操作成为设备管理工作的盲点，一旦出现问题，无法进行有效的追溯。

2 理论依据

智能化权限管控平台通过远程授权，信息记录对比得出需要的数据进行参考决断，通过饼状图的型式来反映对比数据，查看一段时间内某个区域的开锁情况，进而知道哪里的电站检修维护频繁，从而查找事故原因综合性进行布局，当运行人员需进站进行解锁时，需在客户端电脑选择解锁范围并输入解锁原因后，经相关领导或负责人进行网络授权后，将需解锁的设备内容发送至一智能蓝牙钥匙，由智能蓝牙钥匙根据操作内容进行解锁操作，操作完毕后将信息回传至使用端主机，生成可供查询的操作记录。智能蓝牙钥匙生成的解锁任务，授权后能够根据任务圈定的锁具范围打开设备的锁具，从而进行操作检修等工作。当运行人员在传送了解锁任务后拿电脑钥匙去现场进行操作，到现场后由于某种原因取消本次操作，而通知操作另一条线路，此时运行人员再拿电脑钥匙回去传送任务便浪费了时间，降低了工作效率。手机APP 的使用能够应付操作多变，地域广阔带来的紧急问题。

智能锁具系统是面向集控型变电站安防层面的智能锁控系统，对站内安全生产及管理所需的设备、通道门等进行改造配置适合各自需求的智能化锁具，并对锁具、钥匙等进行统一控制管理。系统将检测钥匙状态、与钥匙进行通讯传输数据、对钥匙下达指令、记录操作内容等。

集控一匙通主机：设计在集控中心站，软件内涵盖了整个集控系统包括主站和子站的所有一匙通锁具信息。一匙通电脑钥匙：电脑钥匙为系统的执行机构，通过射频识别进行开锁。智能解锁钥匙：每个子站都配备一把智能解锁钥匙，每把智能解锁钥匙通过运行人员的授权，只能打开该站的一匙通锁具，无法操作其他子站的锁具。移动操作终端（手机APP）为防止突发情况操作队可携带移动终端与电脑钥匙通过蓝牙进行实时的解锁任务操作。

蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet 之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。文献[3]蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。

智能锁具面向间隔设计，完成单间隔内断路器、隔离开关、接地刀闸/临时接地线、网门等设备的手动及远方操作的强制闭锁功能，能实时反映闭锁对象的闭锁状态；智能锁具内置单间隔内的闭锁逻辑，在站控层、过程网络失效的情况下能自动的完成本间隔内设备操作的防误逻辑判断。对断路器、隔离开关、接地刀闸操作的闭锁通过在操作回路中串联智能锁具闭锁接点的方式实现，对临时接地线、网门的闭锁通过智能锁具闭锁接点控制电磁锁的方式实现。组网方面，站控层防误工作站和间隔层智能防误电子装置接入智能变电站综合自动化系统站控层网络，达到与智能变电站综合自动化系统数据信息的共享，与综合自动化系统实时交互防误闭锁信息。文献[4]间隔层的智能防误电子装置与过程层的智能锁具既可以单独组成GOOSE 网，也可以接入智能变电站综合自动化系统过程层GOOSE 网，智能锁具一方面接收智能防误电子装置的解闭锁命令，另一方面将综合自动化系统不能采集的网门、地线等闭锁状态上传给智能防误电子装置；从冗余设计的角度考虑，智能锁具也能采集本间隔内断路器、刀闸的状态，保证在站控层、过程层网络失效时能自动完成本间隔的防误逻辑判断功能。

智能锁具建模IEC61850标准的核心内容包括：采用面向对象建模技术对变电站功能和智能电子设备建模为实现应用与通信分离，文献[5]采用抽象通信服务接口映射到具体通信协议栈；基于扩展标识语言（xML）的变电站配置语言（SCL）对系统和智能设备进行配置。其中，利用面向对象的统一建模技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口（ACSI）对实际IED 进行建模是IEC61850标准应用的关键。

智能蓝牙锁具是基于蓝牙连接技术进行短距离开锁的技术解决方案，大大提高了锁具的安全性和智能程度，通过蓝牙识别可以进行非接触式开锁和远程授权开锁，非常方便，目前非常流行的共享单车扫码开锁大多就是应用蓝牙开锁技术，只需通过手机APP 扫码操作即可随时取用，十分方便，厂商已经完全设置好，无需用户在使用时另行设置，操作方法简单。

3 装置及系统的创新点

为促进变电管理成为国际一流管理水平，在总结以往管理经验的基础上，做好变电站管理精益化的特点，改造站内传统锁具，进行全面优化升级，并采用远程网络授权控制等技术，以达到新的管理标准要求。

变电站一匙通就是根据变电站各类设备的特点，研制出各自相应的智能锁具。使用智能锁具系统操作后，实现管理的规范化，所有的开锁操作都有详细的跟踪记录。

智能锁具主要特点：安装简单、操作方便；全密封磁编码锁芯，可有效防止雨水、沙尘进入锁芯内部；锁具结构简单，主要部件采用不锈钢或铜质材料制造，具有较好的耐腐蚀性；独有防尘帽设计，能有效防止异物进入，保证锁具在恶劣条件下正常应用。

为了满足电网的安全发展需求，提高电网设备本质安全和人员行为安全管理，亟需提出一系列的创新管理思路和实施举措，针对现有变电站权限管理体系制度研制出一套解决变电站权限管理问题的智能安全防控系统，持续提升精益化管理水平，推进多维精益化管理体系变革，为智能电网建设助力。

4 装置及系统的优势

为促进变电管理成为国际一流管理水平，在总结以往管理经验的基础上，做好变电站管理精益化的特点，改造站内传统锁具，进行全面优化升级，并采用远程网络授权控制等技术，以达到新的管理标准要求。变电站一匙通就是根据变电站各类设备的特点，研制出各自相应的智能锁具。使用智能锁具系统操作后，实现管理的规范化，所有的开锁操作都有详细的跟踪记录。

总之，在变电站权限管理方面，变电站智能化权限管控平台与智能锁具装置发挥着至关重要的作用，它的运用使变电站安全得到保障，不仅处于有序的运行之中，使安全事故的发生得以降低，还使电力企业的管理成本得以降低，有利于国民经济利益最大化，从长远角度来说，它是智能化变电建设中一个重要组成部分，也是电力企业走上长远发展之道的必经之路，最终走上可持续发展之路。

通过变电站智能化权限管控平台与智能锁具的应用节省了各个锁具钥匙的管理成本，降低了因为钥匙导致的延误错误等风险的几率，为现场运维人员提供了很大的方便，带一把钥匙就可以去到所有的站点，不用带很多把钥匙，也避免临时更换站点来回开具工作票的麻烦，远程授权可以直接进行必要的操作，手机APP 方便处理临时性的突发事件，后台会对锁具的开关状态时间节点事情过程进行记录，方便后期的查则处理。