基于物联网技术的变电站智能锁具管控系统

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·电力物联网·

基于物联网技术的变电站智能锁具管控系统

DevelopmentandApplicationofSubstationIntelligentLockControlSystemBased

onInternetofThingsTechnology

郭志张震张莹唐旭明吴小平

（国网淮南供电公司,安徽淮南232000）

摘要：针对目前变电站多为无人值守，对变电站的防盗、防误开设备箱、锁具高可靠性的运行安全管理提出更高的要求。研（NB-IoT）的变电站智能锁具管控系统，通过研制智能锁、NB-IoT集中器、手机APP及云端系统，发了一种基于窄带物联网

能够实时监测锁具状态、储存开锁信息，实现无钥匙开锁，解决锁具管理不便等问题。通过实践应用表明，该系统能够使所有开锁行为处于受控制状态，有效提升工作效率与安全管理水平，减少因误开电力箱柜等引起电力事故发生的可能。关键词：变电站；窄带物联网;智能锁;锁具管控系统

Abstract：Atpresent,mostofthesubstationsareunattended,whichputtingforwardhigherrequirementsfortheanti-theft,anti-missingequipmentboxesandhighreliabilityoperationalsafetymanagementofthesubstation.ThispaperproposesasubstationintelligentlockcontrolsystembasedonnarrowbandInternetofThings(NB-IoT).Bydevelopingsmartlock,NB-IoTconcentrator,mobileAPPandcloudsystem,whichcanmonitorlockstatusinrealtimeandstoreunlockinformation.Finally,keylessunlockingisachievedtosolveproblemssuchasinconvenientmanagementofthelock.Inpractice,thesystemcankeepallunlockingbehaviorundercontrol,whichcaneffectivelyimproveworkefficiencyandsafetymanagementlevel,andreducethepossibilityofelectricaccidentscausedbyaccidentalopeningofpowercabinets.

Keywords：substation;narrowbandInternetofThings(NB-IoT);intelligentlock;lockcontrolsystem

变电站高压室门、机房门、各类设备箱柜门等电力箱柜门锁数量多且类型繁杂，存在锁具防盗等级低、钥匙繁杂、管理不便且易丢失的问题，尤其在变电站全面无人值守模式下，跨地域的大区域化管理组织结构不仅对变电站所有区域通道门和设备箱门提出限时限定工作区的授权控制管理需求，而且对变电站的防盗、防误开设备箱、锁具高可靠性的运行安全管理也提出更高的标准[1]。

现有的智能防盗锁，主要包括磁控锁、声控红外线锁、电磁波锁、电子卡片锁等，它们广泛锁、

应用于各种场所[2]。这些智能锁基本上都是型的智能锁，主要存在以下几个问题：功能单一，单独工作只能被动地防盗，安全因素不高；不能实时上传数据以及实时报警，也不能实时监控所有锁具情况；不能互联统一管理，缺少同时兼顾远程和近端无线开锁功能[3]。目前，变电站通道门、设备箱柜门的传统锁具种类繁多、钥匙数量庞大以及锁具防盗等级低，给运维值班人员、设备检修人员及外包施工人员工作带来很大不便。随着智能电网

建设步伐加快，对变电站安全生产管理提出了更高的要求[4-5]；因此，对现有的传统锁具进行整体优采用智能化、集控式、计算机远程网络控制技化，

术实现整体安全控制变得尤为重要。

1系统设计

1.1总体设计方案

变电站智能锁具管控系统（以下简称管控系统）总体设计如图1所示，由智能锁、NB-IoT集中器、手机APP及云端系统4部分组成。智能锁执行并完成开锁指令并反馈锁具状态；NB-IoT集中器给锁具供电及完成锁具与云端系统之间的信息传输；手机APP下达开锁指令给云端系统并显示锁具状态、告警信息等；云端系统完成账号授权认证、智能锁状态、信息储存等的管理。1.2智能锁

（1）将不同类型的电力箱门锁具汇总并分类设计、安装，取代传统锁具。考虑到开锁功耗及取电

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息信态状息1.具信锁警令23.上告..1.2开锁指上上1传传.下达2身开.告锁传锁警具具份锁信状信信请求息息NB-IOT集中器模块息态信息1.锁具状态信息下达开锁指令2.告警信息二维码扫描收获取锁具信息图1系统总体设计图

等问题，本设计采用窄带物联网（NB-IoT）集中器与智能锁有线连接，为锁具提供电源和传送开锁指令。在锁具制造期对锁具进行全局唯一编码并固化，能够被手机APP识别，获取该锁具信息。锁具本体采用锌合金+不锈钢+ABS（电子），配有备用钥匙，以实现在网络故障等极端情况下紧急开锁。

（2）智能锁具装置原理如图2所示，在开锁时由电机驱动齿轮进行驱动，其标准电压为DC3.7V，标准电流60mA。若锁具未收到开锁指令被打开后，将会发送告警信息至NB-IoT集中器。

锁具状态

NB-IOT复位电路

告警信息集中C服时钟电路PU开锁指令务电器电机驱动电路路唯一二维码识别用智能锁控制电路紧急解锁钥匙户电机锁图2智能锁装置原理图

1.3NB-IoT集中器

NB-IoT集中器主要为智能锁提供电源，并完成锁具与云端系统之间的信息传输，单个NB-IoT集中器可同时最大连接80个智能锁。NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，具有覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点[6]。NB-IoT集中器通过NB网与云端系统进行通信，在接收到云端系统发送的开锁指令后，通过NB-IoT集中器传递至智能锁，实现锁具的开启，同时将锁具状态、告警等信息反馈至云端系统，并在手机APP上显示。

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1.4手机APP

为满足运维人员远程开锁的需求，开发了基

于Android系统的手机APP应用软件。智能手机安装该APP应用，提供陆窗口，登陆到云端管理系统，账号由供电公司统一管理。登录相应的账号后，进入主页面，秉着分权分域的原则，每个设备管理员只能看到自己管辖的基站数目和位置等信息，并实现对该部分锁具就地开锁和远程开锁；同时，可实时查看所辖站各锁具状态信息，并显示相关告警信息，手机APP应用软件界面如图3所示。

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图3手机APP应用软件界面

1.5云端管理系统

（1）为解决变电站内锁具管理困难的问题，方便锁具的统一管理，在本设计中采用云端管理系统将所辖站内的智能锁具全部关联起来，实现分权分域、区域化管理。通过对相应账号分权授权管理，能够更加有序管理锁具，减少系统产生的数据混乱，同时也有利于降低服务器数据的承载压力，提升管理效率及设备的安全性。

（2）云端系统采用客户机/服务器架构，应用服务器和客户端直接通过WebService方式进行通信，数据库管理系统可采用MSSQLServer2005或Oracle8.17以上[7]。云端管理系统实时刷新账号登陆情况及对应的开关锁信息，可进行远程开启锁具。根据实际需要实现管理智能锁信息、开锁人、开锁信息、告警信息等，管理开锁人账号密码、设置账号权限，可以对锁具信息进行查询和统计、生成报表等功能。

2授权流程及开闭锁过程

2.1系统授权流程

（1）首先通过注册验证身份合法性，若合法则能够登陆客户端。运维人员在首次注册登录后，进入主页面，按照分权分域、区域化管理的原则，须填写所辖变电站信息，经人员信息审核后具备所辖变电站锁具开锁权限，下次登录后可直接进行

开锁。

（2）而针对外来作业人员，每次在登录APP时均需填写工作地点、作业时间等信息，经信息审核后方具备工作地点所涉及锁具的开锁权限，而不具备开启其他箱柜门智能锁权限，在超出作业时间时云端系统将自动收回相应开锁权限。在工作过程中如遇到需开启除工作地点所涉及以外的箱柜门时，则需要联系当值运维人员，经确认后由运维人员远方开启锁具。系统授权流程如图4所示。

图4系统授权流程图

2.2开闭锁过程

2.2.1手机APP软件实现就地开闭锁过程

（1）手机登录：当工作人员进入变电站需解锁电力箱柜时，打开手机APP应用软件，填写工作涉及锁具及工作时间等信息申请开锁，经云端系统验证相应信息后自动权限，然后点击二维码扫描按钮，扫描锁具上方二维码，获取该箱柜门锁信息。

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（2）开锁请求：手机通过GPRS网络向云端服务器发送开锁请求，请求信息包括：人员资料，请求操作，箱柜编号ID。

（3）权限认证：云端系统接收用户开锁信息，进行权限信息认证，经对比认证确认具备开锁条件后，通过NB网络向该锁具所在的NB-IoT集中器下达开锁指令，NB-IoT集中器向对应锁具传达开锁指令进行就地开锁。

（4）信息记录：在实现锁具正常开启后将锁具状态、锁具开启时间等相关信息经NB通信发送至云端服务器并储存，开锁人员信息则在由手机上传开锁请求时云端系统储存。

（5）锁具关闭：箱柜开启进行相关工作，完成后将箱柜门上锁，同时将锁具状态、锁具关闭时间经NB通信发送至云端服务器并储存，锁具开闭流程结束。

2.2.2云端管理系统远方开锁

针对供电公司外部进变电站的作业人员，在需要开锁时，应先向运维人员提出申请，等运维人员确认开锁任务时，可以在集控中心PC机或手机APP上登录相应账号并通过NB通信网络直接将开锁指令下达到锁具所在的集中服务器，进行远方直接开锁。

3效益分析

（1）通过研制的管控系统，能够有效降低现场监督管理难度，可以随时掌握现场人员进出情况。管控系统基于物联网技术的远程智能锁具控制，通过手机APP远程开锁，告别钥匙多、杂、乱，管理和查找困难的状态；减少相关人员数小时来回路途获取钥匙的时间，极大的减少了工作人员的人力成本和时间成本，

经济效益可观。（2）可快速定位到开锁现场、及时掌握锁具当前状态，提高变电站现场的安全管理水平；当出现非法开锁情况时能够及时作出反应，避免非法进入造成事故；还可以更快更准确的通过历史开锁记录统计分析出被开启设备的信息数据，实现跨部门的资源信息共享。

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4结语

目前，基于物联网技术的管控系统开发试点工作开展顺利，系统运行可靠，效果显著，能够切实提高变电站安全管理水平。根据目前运行情况，管控系统存在以下几点不足。

（1）相对于普通机械锁具造价较高，且集中器于锁具采用有线连接方式，不利于现场布局；

（2）未能与生产管理系统对接，外来作业人员需开锁时，需要先在手机APP上申请开锁权限，增加了作业人员工作负担。随着科研项目的推进，将开发出成本低的智能锁，管控系统能够与生产管理系统对接，通过读取两票内容，真正实现自动授权管理与无感开锁。

（收稿日期：2019-10-16）

参考文献：

[1]唐达獒.变电站锁具智能化与安全管理研究[J].电气工

程与自动化,2013,6:5-6.

[2]贾璇.基于用户体验的智能门锁设计研究[M].山东大

学,2017(4).

[3]王安义,杨长江.一种新型智能安全锁系统的设计[J].

网络与通信,2017,22(36):93-95.

[4]徐街明,李长宇,朱岩.变电站锁控管理技术[J].农网智

能化,2014,11:33-34.

[5]钱平,乔敏,蔡剑,刘晋武.变电站锁具授权管理与安全

控制的探讨[J].中国电业(技术版),2013,12:93-95.[6]王旭,魏文勇.基于窄带物联网技术的发展及典型应用

研究[J].电信网技术,2017,11(11):55-60.

[7]巫志平.应用于电力箱柜的电子式智能锁系统[J].农网

智能化,2016,3:45-46.

作者简介:

郭志(1990-)，男，硕士研究生，工程师，主要从事变电运检工作。