智能箱變藍(lán)牙鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張強(qiáng)忠 林凱迪 馬 杰 彭冠祺 黎宇騰

（南方電網(wǎng)廣東汕尾供電局，廣東汕尾 516600）

我國(guó)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展較完善，在保障電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。變電站整體數(shù)字化、信息化水平需要提高，以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化[1]。為了實(shí)現(xiàn)變電站向數(shù)字化邁進(jìn)，本研究設(shè)計(jì)了多功能、多適用場(chǎng)景的智能箱變藍(lán)牙鎖[2-3]。本研究將傳統(tǒng)鎖替換為基于藍(lán)牙連接技術(shù)的智能鎖，采用數(shù)字編碼技術(shù)及加密通信技術(shù)，提升安全性能；設(shè)計(jì)箱變管理系統(tǒng)監(jiān)管平臺(tái)，整合資源管理系統(tǒng)、線路保護(hù)系統(tǒng)、代維巡檢管理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)在網(wǎng)頁(yè)端、客戶端對(duì)箱式變壓器進(jìn)行監(jiān)管，靈活高效，廣泛適用于電力箱式變壓器、分電箱、高低壓配電柜、通信柜等場(chǎng)景[4-5]。

1 智能箱變藍(lán)牙鎖系統(tǒng)構(gòu)架

硬件方面，智能箱變藍(lán)牙鎖在傳統(tǒng)箱式變壓器的基礎(chǔ)上，增設(shè)供電單元、S751e系列管理單元，按需增加箱變電氣參數(shù)、溫濕度、觸頭溫度等檢測(cè)傳感器，將傳統(tǒng)門鎖替換為GDE-XB-BTL智能鎖。智能箱變藍(lán)牙鎖搭配箱變管理系統(tǒng)，箱式變壓器的開關(guān)門信息、傳感器狀態(tài)、電量、資源使用情況等信息通過無線網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)上傳至服務(wù)器，操作人員可以在網(wǎng)頁(yè)端或客戶端管理系統(tǒng)進(jìn)行門禁授權(quán)、遠(yuǎn)程開門、資源維護(hù)等操作，實(shí)現(xiàn)電子鑰匙開鎖、藍(lán)牙開鎖、FSUD電控開鎖、NB遠(yuǎn)程監(jiān)控開鎖或多種開鎖功能組合，使藍(lán)牙鎖的安裝、使用和管理簡(jiǎn)單、方便、高效。

智能箱變藍(lán)牙鎖設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 智能箱變藍(lán)牙鎖設(shè)計(jì)方案

2 實(shí)現(xiàn)流程

2.1 檢測(cè)模塊

為了實(shí)時(shí)監(jiān)控電力設(shè)備環(huán)境參數(shù)，使用S751e系列管理單元作為檢測(cè)模塊的主要單元。S751e系列管理單元是采用嵌入式高速ARM雙核處理器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的電氣智能終端，采用AC/DC 22 V供電，采用NB-LOT/4G與服務(wù)器通信，配備4.3寸彩色狀態(tài)顯示屏，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)箱變高低壓側(cè)電流/電壓、觸頭溫度、環(huán)境溫濕度、箱門開關(guān)等狀態(tài)量，實(shí)時(shí)上報(bào)告警。模塊可以實(shí)現(xiàn)電子鑰匙開門權(quán)限判斷、遠(yuǎn)程開門、藍(lán)牙開門檢測(cè)。不改變箱體外部構(gòu)造的情況下，開孔尺寸為92 mm×92 mm，工作溫度范圍為-20 ℃～+70 ℃（帶屏）、-40 ℃～+80 ℃（不帶屏），工作濕度為5%～95%（不結(jié)露）。

2.2 感應(yīng)模塊

選擇傳感器時(shí)，重點(diǎn)考慮S751e系列終端支持的傳感器。

門磁/行程開關(guān)傳感器用于檢測(cè)箱門的開關(guān)狀態(tài)，可以配合箱變操作規(guī)程指定箱門互鎖邏輯。電流電壓檢測(cè)傳感器用于檢測(cè)箱變高低壓兩側(cè)的電流電壓等電氣參數(shù)。溫度傳感器用于檢測(cè)箱變內(nèi)的電纜分接頭、開關(guān)觸頭等溫度參數(shù)。溫濕度傳感器用于測(cè)量箱變內(nèi)的溫、濕度信息。

2.3 門鎖模塊

門鎖模塊設(shè)計(jì)采用專門用于箱變的電子柜鎖-GDE-XB-BTL智能鎖，防護(hù)等級(jí)為IP65，適用于室內(nèi)外箱變柜。鎖體內(nèi)含藍(lán)牙及電控電路，電控電路用于外部DI口監(jiān)測(cè)鎖、舌狀態(tài)信號(hào)及DO口控制開鎖。藍(lán)牙配合鎖具管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)鎖具的智能化管理，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙配對(duì)智能開鎖，智能鎖支持遠(yuǎn)程開門、手機(jī)藍(lán)牙開門、無源電子鑰匙開門，具有鎖柄閉合檢測(cè)功能。分析鎖具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，手柄90°旋轉(zhuǎn)時(shí)，單向鎖定行程25 mm，三點(diǎn)鎖定；在鎖體結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過調(diào)換定位件方向調(diào)節(jié)左右開門。工作電壓為DC12 V/3.7 V，工作溫度為-40 ℃～75 ℃，工作濕度為0～97%。

2.4 箱變管理系統(tǒng)

箱變管理系統(tǒng)整合了資源管理系統(tǒng)、線路保護(hù)系統(tǒng)、代維巡檢管理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)在網(wǎng)頁(yè)端、客戶端對(duì)箱式變壓器進(jìn)行監(jiān)管。管理系統(tǒng)的功能包含狀態(tài)統(tǒng)計(jì)、電子鑰匙管理、開關(guān)門記錄、遠(yuǎn)程開門、用戶/部門管理、當(dāng)前告警記錄等。

箱變管理系統(tǒng)APP界面如圖2所示。箱變管理系統(tǒng)后臺(tái)界面如圖3所示。

圖2 箱變管理系統(tǒng)APP界面

圖3 箱變管理系統(tǒng)后臺(tái)界面

智能箱變藍(lán)牙鎖系統(tǒng)功能如圖4所示。

圖4 智能箱變藍(lán)牙鎖系統(tǒng)功能

智能箱變藍(lán)牙鎖裝置通過鎖具的編碼技術(shù)、藍(lán)牙通信技術(shù)、遠(yuǎn)程遙控鎖具的技術(shù)、群鎖管理系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，結(jié)合可遠(yuǎn)程管理的智能箱變鎖及群鎖管理系統(tǒng)，有效解決配電系統(tǒng)中高低壓配電箱的開鎖操作權(quán)限問題，實(shí)現(xiàn)箱變內(nèi)的作業(yè)授權(quán)可控、操作記錄可以追溯等精細(xì)化管理功能。

3 應(yīng)用場(chǎng)景

智能箱變藍(lán)牙鎖可以識(shí)別設(shè)定的電子鑰匙的權(quán)限操作范圍、操作時(shí)限，防止越權(quán)操作；有效識(shí)別使用者身份，明確管理責(zé)任，防止鑰匙被盜，記錄鎖具操作信息，確保鑰匙使用安全；支持藍(lán)牙鑰匙就地開鎖、遠(yuǎn)程遙控開鎖，可擴(kuò)展移動(dòng)終端應(yīng)用程序開鎖；遠(yuǎn)程通信及報(bào)警功能，配合遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)上傳開關(guān)狀態(tài)、可執(zhí)行開鎖具操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、操作記錄追溯等精細(xì)化管理功能。

3.1 開鎖場(chǎng)景

開鎖是智能箱變藍(lán)牙鎖系統(tǒng)最重要、最核心的功能，開鎖方式多樣，支持電子鑰匙開鎖、藍(lán)牙開鎖、FSUD電控開鎖、NB遠(yuǎn)程監(jiān)控開鎖，或多種開鎖功能組合。

（1）電子鑰匙開關(guān)鎖。

智能箱變藍(lán)牙鎖能夠?qū)﹄娍劓i的無源鎖芯進(jìn)行編碼；通過后臺(tái)管理平臺(tái)對(duì)鑰匙分配開鎖權(quán)限；工作人員通過個(gè)人賬戶，鑰匙與手機(jī)藍(lán)牙連接，下載開鎖任務(wù)；將電控機(jī)柜鎖的鎖芯蓋板用特殊工具起開；鑰匙插入鎖芯，“嘀”一聲響和鑰匙指示燈變成綠色，旋轉(zhuǎn)鑰匙，進(jìn)行開鎖；手柄彈起，旋轉(zhuǎn)90°外拉手柄，機(jī)柜門打開。

其中，電子鑰匙的工作電壓為4.2 V，充電電壓為5 V，工作溫度為-40 ℃～+80 ℃，外殼材質(zhì)為鋅合金+ABS，鑰匙頭材質(zhì)為不銹鋼304。

（2）藍(lán)牙開關(guān)鎖。

打開手機(jī)APP，設(shè)置登錄網(wǎng)絡(luò)地址和網(wǎng)絡(luò)端口，登錄用戶；連接藍(lán)牙配對(duì)，連接藍(lán)牙標(biāo)志顯示綠色表示藍(lán)牙連接成功；點(diǎn)擊開鎖，蜂鳴器響指示燈亮用手輕按把手，把手自動(dòng)彈起，鎖具打開，旋轉(zhuǎn)把手將門打開。

（3）電控開關(guān)鎖。

通過DO端口直連控制XB-BTL箱變鎖，根據(jù)遙控下發(fā)開鎖指令，把手上指示燈點(diǎn)亮，輕按把手，把手自動(dòng)彈起，鎖具打開，旋轉(zhuǎn)把手將門打開；將電控鎖把手按下，把手自動(dòng)上鎖，上傳把手信號(hào)和門磁信號(hào)至遠(yuǎn)程平臺(tái)，通過對(duì)比分析確認(rèn)機(jī)柜門是否上鎖。

（4）485開鎖。

遠(yuǎn)程控制終端發(fā)送485開鎖指令；鎖具接收指令，蜂鳴器響指示燈亮，用手輕按把手，把手自動(dòng)彈起，鎖具打開，旋轉(zhuǎn)把手將門打開。

（5）對(duì)比分析。

與傳統(tǒng)箱變門鎖相比，智能箱變藍(lán)牙鎖采用無鎖孔設(shè)計(jì)，杜絕技術(shù)開啟，采用80位隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生編碼，零互開率。管理中心呈現(xiàn)數(shù)字化特點(diǎn)，開關(guān)鎖信息記錄清晰，安全性高。開鎖方式可由操作人員組合設(shè)定，鑰匙丟失后只需重新編碼，無須更換鎖芯，靈活性高。

3.2 遠(yuǎn)程開門場(chǎng)景

操作人員預(yù)先在管理中心制定遠(yuǎn)程開門計(jì)劃，并按照計(jì)劃時(shí)間到達(dá)箱變，S751e檢測(cè)電子鑰匙/手機(jī)客戶端藍(lán)牙并配對(duì)，配對(duì)成功可以完成遠(yuǎn)程開鎖，將開關(guān)門信息傳回管理中心。

3.3 告警實(shí)時(shí)上報(bào)場(chǎng)景

箱變出現(xiàn)非法開門、電量不足、通信異常等告警時(shí)，告警信息會(huì)回傳至管理中心，并展現(xiàn)在操作人員的網(wǎng)頁(yè)端/客戶端管理中心。

4 結(jié)語

智能箱變藍(lán)牙鎖系統(tǒng)是基于藍(lán)牙連接技術(shù)的智能鎖，實(shí)現(xiàn)無鎖孔設(shè)計(jì)，杜絕技術(shù)開啟；采用數(shù)字編碼技術(shù)及加密通信技術(shù)，80位隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生編碼，實(shí)現(xiàn)零互開率，將開鎖記錄及箱變參數(shù)數(shù)字化，明確管理責(zé)任，安全性高，靈活性好。