田瑞，劉朋遠，金旭榮，周媛奉，胡婷婷

(國網(wǎng)寧夏電力有限公司營銷服務中心，寧夏 銀川 750011)

自國家電網(wǎng)公司建設堅強智能電網(wǎng)以來，電網(wǎng)變化日新月異[1]。隨著供、輸、配、用電等設備的造價和運維成本不斷提高，電網(wǎng)公司對安全防盜、資產精細化管理及智能化管控的要求也隨之提高。在營銷計量領域，每年因用戶竊電給電網(wǎng)公司造成了巨大經(jīng)濟損失，部分電力設備也遭到了損壞，增加了安全隱患和用電事故[2]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術、無線通信技術及云計算技術發(fā)展日趨成熟，給電能計量資產的運維和管理帶來了先進的理念與方法。

1 存在問題

電能計量資產[3](包括電能表、互感器、采集終端、電能計量箱、通信單元、封印等)具有數(shù)量龐大、涉及面廣、可靠性要求高等特點。作為尺寸最大的電能計量附屬設備，電能計量箱內主要安裝有電能表、互感器、采集終端等電能計量設備以及空氣開關、斷路器等，電能計量箱外安裝有鎖具以便對各計量設備進行保護。隨著供電網(wǎng)絡不斷延伸，電力客戶數(shù)量不斷增加，傳統(tǒng)電能計量箱用機械鎖具對電能計量箱的開閉時間信息、解鎖人員信息、業(yè)務巡檢信息等無法做到有跡可循，這制約了企業(yè)經(jīng)濟效益的提高和優(yōu)質服務工作的開展，主要表現(xiàn)在：

(1)在資產管理方面，因分布廣泛，難以統(tǒng)計現(xiàn)場運行電能計量箱鎖具的安裝數(shù)量及現(xiàn)狀，對鎖具的缺陷只能發(fā)現(xiàn)一只，整改一只，資產精細化管理難度大。

(2)在安全管理方面，因電能計量箱鎖具的使用環(huán)境復雜、點多面廣，鑰匙存在易私配以及萬能鑰匙的問題，一旦被非法分子拿到鑰匙，將會造成很大的經(jīng)濟損失。

(3)在業(yè)務管理方面，對鎖具的開啟、關閉情況缺乏有效的監(jiān)控手段，無法實時掌握人員、設備的狀態(tài)信息，業(yè)務精細化難度大。

面對資產管理、安全管理、業(yè)務管理方面的問題，本文基于研發(fā)全新的智能鎖具及管理方式，從而實現(xiàn)電能計量箱鎖具的智能化和信息化，使電能計量設備資產管理更加安全、可靠和便捷。

2 總體方案設計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術、無線傳輸技術和云計算技術，設計并研發(fā)了一種電能計量箱用智能鎖具,提出了整體架構由感知層、傳輸層、平臺層和應用層構成的方案，如圖1所示。

圖1 電能計量箱用智能鎖具整體方案

其中，感知層的智能鎖具可用于低壓居民計量箱、專變用戶、分界室等設備門禁管理。同時移動作業(yè)終端通過與智能鎖具之間的交互保存數(shù)據(jù)信息，通過網(wǎng)絡上傳數(shù)據(jù)至云平臺。云平臺對各類數(shù)據(jù)進行存儲、分析、計算，支撐各類業(yè)務功能的運用。電能計量箱用智能鎖具應用方案是由云平臺、APP和智能鎖具建立的立體化管理方式，通過密鑰動態(tài)生成、人員操作過程管控、遠程無線授權開鎖等方式，實現(xiàn)對智能鎖具從開鎖到閉鎖的全過程可視化管理，為提升電能計量設備資產精細化和智能化水平起到支撐作用。

2.1 應用技術實現(xiàn)

電能計量箱用智能鎖具應用方案主要基于物聯(lián)網(wǎng)技術[4]，建立云、管、端的應用方案。在端側，通過智能鎖具和設備的綁定，形成底層設備感知網(wǎng)絡，通過與APP交互，實時上傳鎖具、設備等狀態(tài)信息。在平臺側，通過廣泛覆蓋的移動通信網(wǎng)絡接入智能鎖具云平臺，平臺對海量數(shù)據(jù)進行存貯，并經(jīng)過數(shù)據(jù)篩選、處理，為業(yè)務應用做數(shù)據(jù)支撐。在云端，通過在垂直細分領域的業(yè)務沉淀，為用戶提供專業(yè)的業(yè)務應用及云計算服務，同時滿足用戶的定制化需求。

智能鎖具采用NFC技術在改變解鎖方式的同時，有效控制了智能鎖具的成本。智能鎖具通過業(yè)務上云的方式，能夠為用戶提供快速、便捷、專業(yè)的服務。

2.2 智能鎖具性能要求

智能鎖具內置NFC芯片，工作人員可使用移動作業(yè)終端[5]通過NFC技術進行解鎖。每把智能鎖具都存有獨立密鑰，且具備運算功能。解鎖時，智能鎖具通過與云平臺下發(fā)的動態(tài)密鑰驗證開鎖，整個密鑰傳輸過程加密,計算機制復雜，實現(xiàn)了一密一鑰的解鎖方式，但整體開鎖時間與機械鑰匙無異，真正做到了安全便捷;同時，智能鎖具需要適用于各種復雜的環(huán)境，因此對智能鎖具的性能也有著較高的要求，本文研制的智能鎖具滿足以下性能要求：

(1)建立連接速度。智能鎖具采用NFC通訊方式，具有高速率、高帶寬和低功耗的特點，且與移動作業(yè)終端建立連接速度在3 s之內。

(2)工作溫度。智能鎖具工作溫度具備工業(yè)級產品條件，適用于各種復雜環(huán)境中。

(3)防護等級。智能鎖具防護等級為IP67，具備在室內外使用的條件。

(4)待機壽命。內置一次性鋰亞電池，采用低功耗設計，待機壽命大于5年。

(5)開閉次數(shù)。智能鎖具設計開鎖次數(shù)大于10 000次。

2.3 云平臺功能實現(xiàn)

云平臺基于云存儲技術[6]，主要用于海量的終端數(shù)據(jù)存儲維護和基礎設置，同時，云平臺基于典型的物聯(lián)網(wǎng)架構，對下為APP和智能鎖具的使用提供數(shù)據(jù)和功能上的支撐，對上支撐各業(yè)務應用的有效開展。云平臺通過與APP的信息交互共享，實現(xiàn)解鎖權限有效管控，工作人員和移動作業(yè)終端可靠綁定，解鎖密鑰動態(tài)生成，作業(yè)過程可視化管理等功能，幫助電網(wǎng)公司實現(xiàn)電能計量資產的閉環(huán)管理，提升精細化管控水平。云平臺主要功能如下：

(1)人機綁定。云平臺可對工作人員、APP賬號、移動作業(yè)終端進行同步綁定，每次登陸時驗證相關權限，確保解鎖的安全性。

(2)權限管理。云平臺可根據(jù)業(yè)務需求、職權進行分級授權，實現(xiàn)審核、開鎖權限的逐級管控。工作人員可申請轄區(qū)外的解鎖權限，通過自動審批，可更加有效、便捷地處理應急事件。

(3)作業(yè)過程管控。平臺可與巡檢任務相關聯(lián)，通過實時記錄解鎖人員、時間、工作記錄等信息，實現(xiàn)人員信息與解鎖信息綁定，操作行為與操作地點綁定，作業(yè)過程可視化管理的同時，實現(xiàn)業(yè)務巡檢相關考核。

(4)密鑰動態(tài)生成。通過隨機生成的動態(tài)密鑰，確保同一把智能鎖具每次開鎖密鑰的不同，防止盜竊開啟、隨意開啟，保證解鎖安全性。

(5)資產復核。智能鎖具安裝時與設備同步綁定，對上傳的鎖具位置信息、設備異常信息和表計異常信息與系統(tǒng)(營銷業(yè)務應用系統(tǒng))內的資產進行校核，每次開鎖過程實現(xiàn)營配貫通數(shù)據(jù)復核。

2.4 APP功能實現(xiàn)

根據(jù)總體方案，移動作業(yè)終端需具備NFC功能。通過內置的NFC功能，實現(xiàn)與智能鎖具的交互解鎖操作，通過移動互聯(lián)網(wǎng)[7]，實現(xiàn)與云平臺的數(shù)據(jù)交互。

用戶還可通過APP進行權限申請審核、開鎖記錄查詢、密鑰下裝等操作，實現(xiàn)便捷高效的體驗。APP具備以下主要功能：

(1)開鎖。用于解鎖操作，有正常和離線兩種解鎖模式：正常模式下解鎖，APP自動記錄解鎖時間、解鎖人員等信息并同步至云平臺；離線模式下解鎖，需提前將設備解鎖密鑰下載到APP，即可進行解鎖操作，密鑰有效時長為8 h。

(2)鎖具管理。通過移動作業(yè)終端實現(xiàn)對鎖具的管理操作，可完成密鑰下裝、鎖具安裝、鎖具更換和鎖具解綁操作。

(3)記錄查詢。通過記錄查詢，可實時掌控解鎖人員 、解鎖時間、解鎖類型等信息，可實現(xiàn)遠程移動辦公，方便快捷。

3 智能鎖具應用場景

3.1 低壓居民用戶的應用

電能計量箱用智能鎖具可應用在低壓居民用戶的計量箱中，有效實現(xiàn)對智能鎖具以及設備開啟、關閉過程的掌控，并準確了解到每個設備的詳細解鎖信息，提升了業(yè)務管理水平。

3.2 專變用戶的應用

專變用戶因用電量大，發(fā)生竊電現(xiàn)象較多，在電能計量箱用智能鎖具的基礎上加裝物聯(lián)網(wǎng)卡可實現(xiàn)異常狀態(tài)的實時報警(如：暴力撬鎖、剪斷鎖鉤等)，當發(fā)生異常報警時，工作人員可及時收到報警信息并處理，有效地提升了鎖具、設備的安全水平。

3.3 特點及優(yōu)點

(1)智能性。通過APP智能高效地實現(xiàn)開鎖、鎖具管理、記錄查詢等功能。

(2)可靠性。通過云平臺、APP的信息交互共享，能夠實現(xiàn)對人員、終端和過程的可靠閉環(huán)管控。

(3)安全性。通過權限和密鑰管理，有效防止了違規(guī)操作和盜竊開啟，保證了鎖具使用的安全性。

經(jīng)過理論分析和實踐驗證，所設計的電能計量箱用智能鎖具能夠實現(xiàn)安全、可靠、便于使用的目的。

4 效益分析

通過從智能鎖具性能以及管理模式的改進，防止了低壓計量箱等設備的隨意開啟，有效保障了電網(wǎng)的設備安全及用戶的用電安全，同時也減少了電網(wǎng)企業(yè)因竊電造成的經(jīng)濟損失。

通過系統(tǒng)運行鎖具統(tǒng)計功能，查看鎖具缺失和鎖具故障數(shù)量，有效地堵絕了鎖具管理混亂，私自拆挪鎖具，減少鎖具遺失造成的損失。

通過智能鎖具與設備的相互綁定，每次工作人員開啟鎖具的過程就是對營配數(shù)據(jù)同步校核的過程，不必再為了提高營配數(shù)據(jù)的準確性而單獨派出隊伍巡查，既降低了成本，又提高了工作效率。

5 結 論

本文研制的電能計量箱用智能鎖具以機械鎖具所面臨的問題為出發(fā)點，以當前迅速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術、無線傳輸技術和云存儲技術為基礎，開發(fā)設計了智能鎖具、云平臺和APP，實現(xiàn)了電能計量箱的精準開鎖、閉鎖、周期巡視、資產管理，提高了電能計量設備的現(xiàn)場安全運行水平，提升了電能計量設備的精益化管控水平，為電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展打下了堅實基礎。