譚 義 夏圣峰 王 崗

（1. 珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000；2. 國網(wǎng)福州供電公司，福州 350009）

微小藍牙電腦鑰匙與手機APP在配網(wǎng)防誤系統(tǒng)中的應用

譚 義1夏圣峰2王 崗1

（1. 珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司，廣東 珠海 519000；2. 國網(wǎng)福州供電公司，福州 350009）

傳統(tǒng)的配網(wǎng)防誤電腦鑰匙存在體積笨重、攜帶不便、通信速度慢、成本高等缺點，本文提出了采用微小藍牙電腦鑰匙與手機APP的方案實現(xiàn)配網(wǎng)遠程在線閉鎖功能。將傳統(tǒng)電腦鑰匙中的自學、防誤操作票接收、匯報、語音提示等功能部署在手機APP上。微小藍牙鑰匙負責藍牙通信與解閉鎖，電腦鑰匙體積比傳統(tǒng)電腦鑰匙減少 80%，可掛在鑰匙串上隨身攜帶。同時本文描述微小藍牙鑰匙設計的關(guān)鍵技術(shù)、解鎖交互流程模型，經(jīng)過在多個配網(wǎng)工程的實施驗證，在滿足配網(wǎng)防誤系統(tǒng)技術(shù)指標的同時，降低了作業(yè)人員的勞動強度。

配網(wǎng)防誤；微小藍牙電腦鑰匙；手機APP；遠程在線閉鎖

目前，隨著電力生產(chǎn)單位對配電網(wǎng)安全生產(chǎn)的重視，以往只應用于主網(wǎng)的防誤閉鎖技術(shù)也被慢慢地引入到配電網(wǎng)中，但是基于配電網(wǎng)本身網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜、網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域廣闊、操作路程遠、操作周期長的特點，主網(wǎng)中已經(jīng)成熟使用的防誤閉鎖技術(shù)還不能照搬應用于配電網(wǎng)中。因此，在主網(wǎng)防誤閉鎖技術(shù)的基礎上，很多人提出了適合配電網(wǎng)特點的防誤閉鎖技術(shù)。

文獻[1]提出了基于風險分析的配網(wǎng)防誤分析，介紹了配網(wǎng)防誤的各種措施，并結(jié)合風險分析與風險控制，提出各種配網(wǎng)防誤的觀點，對配網(wǎng)防誤的設計、應用起到了一定的參考作用。文獻[2]描述了在高壓帶電顯示裝置在配網(wǎng)防誤系統(tǒng)應用，可有效防止帶電合地刀、誤入帶電間隔事故的發(fā)生。文獻[3]給出了開關(guān)柜的防誤閉鎖方案，該方案不僅滿足五防的技術(shù)要求，還對系統(tǒng)突然斷電又突然送電的情況下，也進行了有效的閉鎖，防止了誤操作而帶來的安全危險，確保了電力運行的安全。

上述文獻都是通過在配電網(wǎng)中引入各種防誤閉鎖技術(shù)提高配網(wǎng)調(diào)度、運行與檢修過程的安全等級，卻忽略了因為配電網(wǎng)自身網(wǎng)絡覆蓋范圍廣、電腦鑰匙不能在線操作所帶來的安全風險。文獻[4]雖提出基于 3G網(wǎng)絡電腦鑰匙的遠程在線閉鎖模式，但目前主要配網(wǎng)防誤廠家提供的電腦鑰匙存在僅覆蓋3G網(wǎng)絡、笨重，帶來了自學與接票速度慢、攜帶不方便等缺點。基于此，本文提出了利用微小藍牙電腦鑰匙與手機APP組合實現(xiàn)的配網(wǎng)在線閉鎖方案，此方案中把傳統(tǒng)電腦鑰匙的防誤閉鎖邏輯、數(shù)據(jù)引擎等功能部署在手機APP中，其他如操作提示、語音合成提示、遠程通信功能等可以直接利用手機內(nèi)嵌高速處理器來處理，微小藍牙電腦鑰匙只負責藍牙通信與鎖具的解閉鎖。因此，本文方案在實現(xiàn)文獻[4]所描述的配網(wǎng)遠程在線閉鎖功能外，由于采用4G通信網(wǎng)絡，其遠程通信速度可提高36倍，同時微小藍牙電腦鑰匙尺寸可以做到傳統(tǒng)電腦鑰匙的20%（與汽車鑰匙大小一致），可以直接掛在鑰匙扣上隨身攜帶（該技術(shù)已經(jīng)申請了一項國家發(fā)明專利（發(fā)明專利：《解鎖裝置及其解鎖方法》專利號：201510066843.6，申請人：珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司）與一項實用新型專利（實用新型專利：《解鎖裝置》專利號：ZL 2015 2 0090849.2，申請人：珠海優(yōu)特電力科技股份有限公司））。這樣在配網(wǎng)設備數(shù)量多、分布廣、協(xié)同作業(yè)多等特點下，可大大降低配網(wǎng)作業(yè)工作人員的勞動強度，提高配網(wǎng)作業(yè)效率。

1 整體方案設計

基于微小藍牙電腦鑰匙與移動配網(wǎng)手機APP的配網(wǎng)防誤閉鎖系統(tǒng)由調(diào)度工作站、正反向物理隔離裝置、運行工作站、移動配網(wǎng)手機 APP、微小藍牙電腦鑰匙、閉鎖鎖具及其附件組成，其整體方案如圖1所示。

圖1 整體方案設計

如圖1所示，調(diào)度工作站開出調(diào)度票，通過正反向物理隔離后到達運行工作站，運行工作站根據(jù)調(diào)度票開出倒閘票，并對該票進行SM4加密，同時通過4G網(wǎng)絡推送到移動配網(wǎng)手機APP中，移動配網(wǎng)手機APP對倒閘操作票進行防誤邏輯管理，將藍牙電腦鑰匙插入鎖具后會向手機APP申請當前鎖具是否可以操作，如果當前插入鎖具符合配網(wǎng)防誤邏輯，則允許操作，否則進行“走錯間隔”報錯。不管是否“走錯間隔”，移動配網(wǎng)手機 APP都將操作結(jié)果通過 4G網(wǎng)絡上報給運行工作站，從而實現(xiàn)配網(wǎng)防誤實時在線操作，提高了防誤閉鎖操作的安全等級。

2 微小藍牙電腦鑰匙與智能鎖具的設計

區(qū)別于傳統(tǒng)電腦鑰匙利用解鎖桿進行解閉鎖的方式，本文中的微小藍牙電腦鑰匙的解鎖方案采用無孔的解鎖方式，不需要插入鎖具而是靠近鎖具就可以實現(xiàn)解閉鎖，不僅解決了傳統(tǒng)電腦鑰匙解閉鎖方式存在的被技術(shù)解鎖的風險，而且減小了電腦鑰匙的體積尺寸，便于操作人員攜帶。

2.1 微小藍牙電腦鑰匙與智能鎖具硬件總體方案設計

系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。由微小電腦鑰匙與智能鎖具（智能鎖具包括智能機械類鎖具、智能電氣類鎖具，鎖具類型較多，本文只以智能機械掛鎖為代表進行描述）兩部分組成，微小電腦鑰匙通過磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)[4-7]給智能鎖具提供能量，其核心在于無線供電發(fā)射模塊與接收模塊的設計。

微小藍牙電腦鑰匙由MCU、發(fā)射線圈及其驅(qū)動電路、2.4G短距離通信模塊、霍爾檢測模塊、電池，藍牙BLE4.0等模塊組成。MCU主要完成系統(tǒng)的調(diào)度、防誤閉鎖邏輯處理、磁耦合諧振方波產(chǎn)生等功能；線圈驅(qū)動電路與發(fā)射線圈構(gòu)成無線能量發(fā)射單元；2.4G短距離通信模塊作為與鎖具進行解鎖指令交互的通道；霍爾用于位置（磁鋼）檢測，當有鎖具靠近時通知 MCU進行無線供電；電池為可反復充電的鋰電池，藍牙模塊為BLE4.0，可實現(xiàn)與移動配網(wǎng)手機APP實時通信，支持所有的iOS操作系統(tǒng)以及Android4.1以上的版本。

圖2 系統(tǒng)原理框圖

智能鎖具由接收線圈、全波整流與 DC-DC電路、MCU、2.4G短距離通信模塊，磁鋼，螺線管及其驅(qū)動電路組成。接收線圈、全波整流與DC-DC電路一起構(gòu)成無線能量接收單元。2.4G短距離通信模塊與電腦鑰匙中相同，磁鋼與電腦鑰匙中的霍爾檢測構(gòu)成位置檢測單元，螺線管及其驅(qū)動電路構(gòu)成鎖具解鎖機構(gòu)。

整個方案設計中電池能量通過上述路徑傳遞給鎖具，鎖具里面的螺線管在操作指令的控制下帶動鎖銷動作，實現(xiàn)解鎖。

2.2 微小藍牙電腦鑰匙解閉鎖軟件流程設計

電腦鑰匙解鎖控制流程如圖3所示。所有流程都是由霍爾檢測觸發(fā)開始的，無智能鎖具靠近時，霍爾檢測無輸出，電腦鑰匙處于睡眠狀態(tài)；當電腦鑰匙靠近智能鎖具時，霍爾檢測到磁鋼，激活電腦鑰匙開始給智能鎖具無線供電，再通過2.4G短距離通信獲取固化在智能鎖具內(nèi)的身份ID碼，然后通過藍牙上報給移動配網(wǎng)手機 APP并進行防誤操作判斷。符合防誤閉鎖邏輯的條件下，電腦鑰匙通過2.4G發(fā)送解鎖命令，并獲取解鎖狀態(tài)，將其解鎖結(jié)果上報給移動配網(wǎng)手機APP，保證防誤邏輯設備狀態(tài)的實時更新，具體如圖3所示。

3 移動配網(wǎng)手機APP的設計

在本文設計中，移動配網(wǎng)手機APP是最重要的組成部分，負責用戶權(quán)限管理、倒閘操作票的接收、防誤邏輯操作序列的管理、設備操作結(jié)果的實時匯報等工作。圖4所示為在設備操作過程中移動配網(wǎng)手機APP的操作流程示意圖。

圖3 微小藍牙電腦鑰匙解鎖流程

4 微小藍牙電腦鑰匙與手機APP之間的交互邏輯

由于防誤邏輯、操作票管理等主要功能部署在移動配網(wǎng)手機APP中，因此微小藍牙電腦鑰匙在進行設備操作時需要通過藍牙與移動配網(wǎng)手機APP進行交互，以獲取鎖具解閉鎖操作權(quán)限，如圖5所示。

圖4 移動配網(wǎng)手機APP操作流程圖

圖5 微小藍牙電腦鑰匙與移動配網(wǎng)手機APP交互邏輯

5 應用效果分析

項目實施單位：福州供電公司

閉鎖應用現(xiàn)場：倉山分局

設備配置情況：微小藍牙電腦鑰匙4把，移動配網(wǎng)手機APP安裝若干，并在倉山局大樓配電站，上三北#1—#3環(huán)網(wǎng)柜，蓋山糧食管理站配電室三個站房安裝智能鎖具，自從2015年6月8日投運來，一切運行正常。采用室外智能高壓帶電指示器、智能機械掛鎖、智能面板鎖、智能把手鎖作為環(huán)網(wǎng)柜與配電站門的閉鎖設備，圖6為現(xiàn)場閉鎖鎖具安裝示意圖。

圖6 工程安裝圖片

因為實現(xiàn)了移動配網(wǎng)手機 APP遠程倒閘票接收，所以操作人員無需到控制室進行接票操作，提高了操作人員的工作效率。另外，由可實現(xiàn)設備操作的遠程在線監(jiān)控，監(jiān)管人員可在控制室實時監(jiān)控設備操作過程，這樣的在線解閉鎖模式，保障了電力的安全生產(chǎn)，具有推廣價值，目前已經(jīng)在國網(wǎng)福建三明供電公司、南網(wǎng)廣州供電公司落地實施。

6 結(jié)論

微小藍牙電腦鑰匙與移動配網(wǎng)手機APP組合方式在配網(wǎng)防誤系統(tǒng)中的應用尚屬首次，它巧妙的利用手機現(xiàn)有成熟的平臺，包括 4G通信網(wǎng)絡、藍牙短距離通信通道等功能模塊，不僅解決了配網(wǎng)防誤系統(tǒng)不能遠程倒閘票接收、不能遠程在線解閉鎖監(jiān)控的技術(shù)難題，提高了配網(wǎng)倒閘操作的安全性，而且還實現(xiàn)了電腦鑰匙的小型化，提高了操作人員設備操作時的方便性。

[1] 翁治江. 基于風險評估的配網(wǎng)防誤分析[J]. 電氣技術(shù), 2011, 12(5)： 47-50, 62.

[2] 周谷亮. 高壓帶電顯示裝置在配網(wǎng)中的應用[J]. 電工技術(shù), 2015, 16(3)： 37, 50.

[3] 黨麗敏. 關(guān)于開關(guān)柜五防閉鎖的分析及解決方案[J].電氣技術(shù), 2015, 16(7)： 121-125.

[4] 陳輝. 配電網(wǎng)防誤系統(tǒng)技術(shù)探討[J]. 云南電力技術(shù),2012, 40(6)： 70-71.

[5] 盧文成, 丘小輝, 毛行奎. 磁諧振無線電能傳輸系統(tǒng)的最大效率分析[J]. 電氣技術(shù), 2015, 16(4)： 14-17, 21.

[6] 祁文婷, 閆瑞煊, 雷飛, 等. 一種簡易無線充電系統(tǒng)設計[J]. 電氣技術(shù), 2017, 18(2)： 102-105.

[7] 趙爭鳴, 張藝明, 陳凱楠. 磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)新進展[J]. 中國電機工程學報, 2013, 33(3)：1-13, 前插 1.

[8] 李長生, 張合, 曹娟, 等. 磁共振耦合電能傳輸系統(tǒng)功率與效率傳輸特性分析與優(yōu)化[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2015, 39(8)： 92-97.

[9] 謝文燕, 林蘇斌. 無線電能傳輸磁耦合結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化[J]. 電氣技術(shù), 2014, 15(9)： 27-31.

[10] 朱忠尼, 林潔, 宋慶國, 等. 磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)發(fā)展和應用研究[J]. 空軍預警學院學報,2014, 28(1)： 37-43.

[11] 李煒昕, 王炅, 張合, 等. 基于磁耦合諧振的無線能量傳輸系統(tǒng)[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2014, 36(4)：637-642.

Application of Micro Bluetooth Computer Key and Mobile Phone APP in Power Grid Distribution Anti-misoperate

Tan Yi1Xia Shengfeng2Wang Gang1
(1. Zhuhai UNITECH, Zhuhai Guangdong 519000;2. Fuzhou Power Supply Company, Fuzhou 350009)

In the traditional power grid distribution Anti-misoperate system ,the computer key are bulky,inconvenient to carry, communication is slow, high cost. This paper presents the use of micro Bluetooth computer key and mobile phone APP to implement remote online network blocking function.The traditional computer key in self-study, misoperation, ticket receiving report, voice prompt function deployment in the mobile phone APP. Micro Bluetooth computer key and Bluetooth communication solutions for unlocking, reduce computer key volume than traditional computer keys 80%, can be hung on the keys to carry. At the same time this paper describe micro Bluetooth computer key technologies,the interaction process model of unlocking, after verification in the implementation of multiple power grid diestribution Anti-misoperate project, meeting the requirement of power grid diestribution Anti-misoperate , reduce the labor intensity of workers.

power grid distribution anti-misoperation; micro bluetooth computer key; mobile phone APP; remote online locking

譚 義（1981-），男，廣東珠海人，碩士，工程師，主要研究方向為配網(wǎng)自動化。