摘要:当前人为违规解锁是造成变电站安全事故的主要原因。提出一种变电站设备动态安全智能管控系统研究方案，管理进出变电站的各类人员和运行人员对各类设备锁具的使用。本方案可为类似项目技术研究及应用提供参考。
【关键词】变电站； 智能锁；出入管理终端；远程开锁；蓝牙开锁
1 引言
变电站承担着电能汇集分配的重要任务。为保证变电站安全，站内设备设置了各类锁具，但由于现有锁具智能化水平低，给违规解锁提供可乘之机，造成安全生产事故累禁不止。因此提出研究一种有效可靠、多方参与、全过程跟踪监视操作的设备动态安全智能管控系统，以提高目前对变电站设备管控的安全能力水平，并为智能变电站提供智能锁应用解决方案。
2 系统组成方案和技术路线
2.1 系统组成
变电站设备动态安全智能管控系统采用所图1所示的组成方案。系统由管理中心、人员出入管理授权终端、锁控集中器（FSU控制器）、钥匙适配器、蓝牙电子钥匙、移动App 客户管理终端、独立智能电子钥匙、电子身份卡、各类智能电子锁具等装置设备构成。对设备的开锁方式采用管理中心远程开锁和现场手机蓝牙开锁2种方式，对现场管理适应好。
图1 系统组成
图2 智能锁开锁方式
2.2 技术路线
针对组成方案，采用如图3所示的技术路线开展系统研究。系统基于智能锁技术和变电站管理模式分析，重点对系统的驱动控制机构、蓝牙技术和加密技术进行研究，在完成系统硬件、结构件和软件设计后开展加工生产，并对产品开展出厂和第三方测试，最后在实际变电站内安装系统进行现场应用。
图3 研究技术路线
3 主要研究内容
3.1 系统硬件平台的搭建和功能实现
根据系统的功能需求选择硬件平台、根据应用环境需求选择器件的型号及电气指标；根据系统的原理设计硬件原理图、硬件PCB图；根据系统的功能动作要求设计产品的内部驱动结构、根据产品的外部安装环境设计产品的外部安装结构。硬件平台和硬件器件的选择主要是依据实际生产的要求和电力环境的要求，选择温度范围宽、性能好，可满足电力10年以上使用要求，性能指标稳定的器件。
硬件电路的设计主要利用M0+核的处理器为智能锁中的核心控制器件，来负责系统传输数据的加密、解密、协议解析、协议组建、数据信息存储、驱动结构的驱动控制、通信数据的转换等，其中传输数据的加密和解密可以通过软件方式来实现、也可以通过硬件方式来实现，产品在设计时根据需求做兼容两方面的设计。
硬件的结构设计是产品实现的基础，本硬件产品将采用满足国际和国内市场需求、经过长久验证的、满足高低温、高电磁场干扰、高盐雾、高湿度环境的电机作为驱动器件，同时经过多次论证、不断改进驱动结构，使驱动机构稳定性更强、驱动自我防护能力更好、驱动电流更小、驱动机构更灵活、安装要求更低、加工成本更低、内部机构可重复利用性更强等优点。
3.2 系统软件功能的设计研究
主要包含智能锁中处理器的软件实现、手机app应用功能实现、管理主站的功能实现。其中智能锁中的处理器采用串行任务运行方式，将关键信息存入存储器中，对通过串口进入到处理器中的数据根据存储器中存的信息进行解密处理，并进行协议解析分析判断数据正确性，尽而完成相应的动作和处理；对通过串口要发送的数据进行加密处理，并将数据进行协议组帧，尽而将数据帧发送；处理器根据接收到的数据解析完成后根据需要发送驱动指令和驱动控制，来完成电机的运作及内部结构的驱动。
手机app软件基于Android主流平台进行开发，采用并行任务和多线程模式，利用手机的蓝牙功能与钥匙中的蓝牙模块进行数据交互，并通过钥匙中的通信模块实现与锁头数据进行交互；利用手机的移动互联网功能，采用SRP6的登陆主站方式与主站管理系统进行登陆数据交互完成登陆验证，并且利用手机联网功能将锁头中的信息和数据与主站管理系统中进行交互和验证，此需要对手机蓝牙模块和数据联网等功能进行很好的调用和管理，减少手机内存资源占用。
管理主站软件，主站由前台操作界面、后台网络服务程序和MySQL数据库三部分组成。前台程序是由QT编写的用户交互界面，用于参数的设置，权限控制，用户管理，数据库管理等操作。用户界面直观操作简单，内容简洁明了。后台服务一个基于现代C++的高性能多线程并发网络服务器程序,采用IO多路复用的多事件循环多线程并发模型，支持大并发量连接。可同时处理10K以上连接数。程序以Windows后台服务的方式运行，集成OpenSSL库，确保通行安全。本系统采用国际高性能的M0+处理器作为核心处理器进行锁头的管理和数据处理，利用Android主流开发平台进行手机app应用的开发，用安全可靠的数据库管理模式，采用128bit长度加密密钥进行加密和SRP6加密登陆方式来实现数据的加密传输，保证整个系统的安全稳定可靠。利用此系统解决目前电力系统中开操作票后，无法掌握现场工作人员的具体操作对象、操作时间、完成后或者下班后的箱柜的状态；解决目前五防锁容易被撬开，并且成本偏高，体积偏大；解决普通锁对应钥匙多且管理复杂，钥匙丢后有被误使用的风险的问题。
3.3 系统在变电站的集成应用研究
在完成上述研究内容的基础上，选择一座变电站安装调试研究的系统，以检验其应用效果。同时编制系统现场应用技术规范，为项目成果推广应用提供技术文件支持。
4 研究目标和技术创新
（1） 预期目标
研发一套用于变电站设备动态安全智能管控的系统，以补充完善现有五防系统存在的因解锁不当造成的安全生产事故，从而实现变电站设备安全可控在控。
（2） 技术创新
①研发一套用于变电站设备动态安全智能管控的系统并与现有五防系统进行深度融合。
②研制的新系统投入变电站设备安全智能管控，可扭转目前存在的因解锁不当可能造成的设备与人身伤亡事故的被动局面。
③研制的系统硬件及结构件性能优异，可满足高低温、高电磁场干扰、高盐雾、高湿度环境下的正常使用，且工作稳定可靠寿命长。
④研制的系统软件采用智能锁驱动机构的精密控制及信息安全防护技术，并能保证运行性能稳定可靠；手机app在尽可能少占用内存的前提下，完成网络通信功能和蓝牙通信功能，同时保证登陆及数据传输的防破解性及运行稳定性问题；主站软件完成登录验证及数据传输的隐私性管理，同时兼有保证海量数据存储安全性、大数据分析问题及运行稳定可靠性等优点。
5 预期成果和主要技术经济指标
（1） 成果
①技术研究报告、专利论文等技术文件；②系统样机和软件1套；③不少于4类的智能锁具。
（2） 主要技术经济指标
参考文献：
[1] 刘雪飞,刘国亮.关于变电站五防闭锁装置的探讨.电力系统保护与控制.2008年 10月第 36卷，第19期.
[2]. 张庭亮,杨志杰，赵宾杰.基于STM32的远程实景智能门锁的设计.无线互联科技.2017,第22期.
论文作者:李江,李荣贵,李金哲,施秀本,杨晶
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：变电站论文; 系统论文; 智能论文; 数据论文; 设备论文; 蓝牙论文; 硬件论文; 《电力设备》2018年第24期论文;