文/寇喆

RFID系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用對象不同，其組成會有所不同，但基本都由射頻標(biāo)簽、讀寫終端和數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)三大部分組成。

互感器是電力行業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)不可缺少的重要計量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其安全性關(guān)系到計量的準(zhǔn)確性和電力公司的財產(chǎn)安全。

在智能電表普及后，竊電對象逐步從電表轉(zhuǎn)向互感器，通過偷換大變比互感器的竊電現(xiàn)象越來越多。

竊電者在偷換互感器的同時更換互感器銘牌，該類竊電手法一般比較隱蔽，難以被用電檢查人員發(fā)現(xiàn)。在用電檢查人員巡檢工作中，為了發(fā)現(xiàn)此類竊電行為，往往需要靠近互感器進(jìn)行仔細(xì)檢查，容易發(fā)生重大人身傷害事故。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，RFID( radio frequency identification，射頻識別) 技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展,通過在互感器本體內(nèi)加裝RFID電子標(biāo)簽,巡檢人員可以使用手持終端對互感器進(jìn)行識別，快速發(fā)現(xiàn)互感器被偷換等問題，防止竊電行為的發(fā)生。

鑒于低壓電流互感器防偽造、防觸電等安全方面的要求，國家電網(wǎng)計量中心修訂了《計量用低壓電流互感器技術(shù)規(guī)范》，新技術(shù)規(guī)范里提出了低壓電流互感器電子標(biāo)簽的技術(shù)要求：標(biāo)簽與銘牌合為一體注塑到互感器本體、標(biāo)簽采用SM1或SM7國密算法、所用密鑰應(yīng)納入用電信息密鑰管理體系的管理。本文介紹了一種符合新技術(shù)規(guī)范的低壓電流互感器電子標(biāo)簽制造及應(yīng)用方案。

RFID技術(shù)

國際電聯(lián)在2005年的報告中提出，物聯(lián)網(wǎng)主要有四個關(guān)鍵性的應(yīng)用技術(shù):RFID、傳感器、智能技術(shù)以及納米技術(shù)。射頻識別(RFID)技術(shù)，是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)。RFID電子標(biāo)簽?zāi)軌蛑С挚焖僮x寫、移動識別、多目標(biāo)識別、定位跟蹤管理，通過RFID技術(shù)可以實現(xiàn)物品跟蹤與信息共享，同時提高識別效率。

RFID系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用對象不同，其組成會有所不同，但基本都由射頻標(biāo)簽、讀寫終端和數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)三大部分組成。裝有射頻標(biāo)簽的計量設(shè)備與讀寫終端的作用距離在一定范圍相互感應(yīng)，實現(xiàn)非接觸自動識別。讀寫終端與數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)的交互則可以針對不同應(yīng)用對射頻標(biāo)簽內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

其中，射頻模塊包括電源模塊、時鐘模塊、諧振模塊、調(diào)制模塊、解調(diào)模塊和復(fù)位模塊。電源模塊為射頻電子標(biāo)簽供電；時鐘模塊為射頻電子標(biāo)簽提供時鐘；諧振模塊用于產(chǎn)生傳輸RFID射頻信號的基波；調(diào)制模塊用于將射頻電子標(biāo)簽發(fā)送給標(biāo)簽讀寫設(shè)備的射頻電子標(biāo)簽相關(guān)信息、低壓互感器相關(guān)信息、用于身份認(rèn)證和信息加密的隨機(jī)數(shù)與基波融合，調(diào)制成標(biāo)簽讀寫設(shè)備可接收頻率的RFID射頻信號；解調(diào)模塊用于將標(biāo)簽讀寫設(shè)備發(fā)送給射頻電子標(biāo)簽的執(zhí)行命令信息和射頻電子標(biāo)簽參數(shù)設(shè)置信息解調(diào)成射頻電子標(biāo)簽可接收頻率的RFID射頻信號；復(fù)位模塊用于實現(xiàn)射頻電子標(biāo)簽的上電復(fù)位和下電復(fù)位。

低壓電流互感器用電子標(biāo)簽

計量用低壓電流互感器的使用環(huán)境相對復(fù)雜，尤其是戶外使用環(huán)境更加惡劣，需要考慮的環(huán)境因素主要涉及：溫度、濕度、強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場、無源金屬屏蔽性等。

低壓電流互感器制造過程包括線圈繞制、裝配、壓制、噴塑、出廠測試、包裝等流程，用于互感器的電子標(biāo)簽需要具有制造全過程的信息追溯功能。同時考慮到互感器制造工藝中的極限環(huán)境（高溫、應(yīng)力）、互感器信息保密等環(huán)節(jié)，現(xiàn)有的RFID射頻標(biāo)簽已不能滿足當(dāng)前需求，需研制計量用低壓電流互感器專用的高性能、高保密性和高可靠性的電子標(biāo)簽。

目前市面上應(yīng)用較多的通用電子標(biāo)簽一般采用PET或吸波材料加工制成，通過粘貼方式附著于被標(biāo)識物表面，在遇到高溫、潮濕等特殊環(huán)境時，標(biāo)簽容易污損、脫落、失效；且容易被隨便篡改和仿制。

互感器專用電子標(biāo)簽針對互感器生產(chǎn)加工和使用環(huán)境的特殊情況進(jìn)行專用設(shè)計，使得互感器電子標(biāo)簽與普通電子標(biāo)簽相比具有許多特性。

低壓電流互感器電子標(biāo)簽采用超高頻RFID射頻芯片和可植入式標(biāo)簽天線，支持ISO/IEC 18000-6C通信協(xié)議。為保護(hù)電子標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)安全，標(biāo)簽芯片具備SM7安全算法的硬件加密模塊，在安全級別和硬件資源之間進(jìn)行折中，不但實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸過程中必要的加密操作，而且滿足了超高頻RFID標(biāo)簽芯片對功耗的苛刻要求?；ジ衅鲗Ｓ秒娮訕?biāo)簽設(shè)計為與銘牌合為一體的形式，表面為原有銘牌信息，內(nèi)部嵌入電子標(biāo)簽芯片和天線，注塑到互感器本體?；ジ衅鳂?biāo)簽結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用黑色包封膠將芯片包封在互感器標(biāo)簽背面，芯片所處位置有黑膠凸起，在互感器注塑過程中，將互感器專用射頻標(biāo)簽植入互感器本身，注塑完成后與互感器本體緊密結(jié)合，保證互感器被外力破壞后，芯片功能失效，不能再恢復(fù)，將有利于減少偷換互感器本體及更換銘牌的現(xiàn)象發(fā)生。

低壓電流互感器電子標(biāo)簽關(guān)鍵技術(shù)

超高頻無源RFID技術(shù)由于讀取距離較遠(yuǎn)、成本較低、讀取速率快等多種因素而被廣泛關(guān)注，但是，超高頻RFID技術(shù)目前許多應(yīng)用尚不成熟，其原因不完全在于稍高的成本，很大程度上在于標(biāo)簽對于不同商品應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性存在的技術(shù)問題造成的。在RFID領(lǐng)域沒有千篇一律的標(biāo)簽，所以開發(fā)和生產(chǎn)各個用途的標(biāo)簽是解決問題的關(guān)鍵。

其中，金屬物體對超高頻RFID標(biāo)簽性能的影響很大。超高頻抗金屬標(biāo)簽是一種針對金屬物體而使用的無源超高頻RFID標(biāo)簽，也稱為抗金屬標(biāo)簽，仿金屬標(biāo)簽或金屬附著型電子標(biāo)簽。

對于普通的無源電子標(biāo)簽，當(dāng)貼在金屬表面時，由于標(biāo)簽天線的阻抗匹配，輻射效率，方向性都發(fā)生了變化，標(biāo)簽的讀取距離迅速降低，甚至難以被讀取。因此，需要對其進(jìn)行特殊處理或采用特殊標(biāo)簽，以使其可以在金屬表面應(yīng)用。

一般有三種方法可以采用：

1.采用吸波材料貼于金屬表面克服金屬的反射效果。

2.將標(biāo)簽墊高一定的高度，減少金屬的邊界條件影響。

3.采用專門的抗金屬標(biāo)簽天線設(shè)計方法。針對以上方法分別對電子標(biāo)簽進(jìn)行了抗金屬設(shè)計。

1）電子標(biāo)簽的基板采用絕緣材料，基板的背面涂上金屬層，使其成為反射面，從而使得金屬不但不會影響標(biāo)簽的性能，反而使得金屬反射的電磁場與標(biāo)簽天線的場在垂直標(biāo)簽的遠(yuǎn)場實現(xiàn)疊加，達(dá)到使標(biāo)簽的讀出距離進(jìn)一步提高的效果，實現(xiàn)了電子標(biāo)簽可以直接貼裝在金屬表面使用的功能。

2）將標(biāo)簽中引入電磁帶隙EBG結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是一種周期性的結(jié)構(gòu)，可以控制電磁場的傳播，通過正確的選擇介質(zhì)的尺寸、材料和形狀，讓一種介質(zhì)在另一種介質(zhì)中周期排列組成周期結(jié)構(gòu)，可以使得電磁波在某些頻段不能傳播，并可以提升天線的效率和增益。

3）加入人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，可在某些頻段呈現(xiàn)高阻抗特性，這種結(jié)構(gòu)由一個方形貼片和連接貼片與地板的過孔或者導(dǎo)線組成。此結(jié)構(gòu)應(yīng)用于縫耦合微帶天線，可以使得天線的背瓣降低，增益上升。

互感器標(biāo)簽基板材料選用硬質(zhì)的環(huán)氧樹脂基PE-3材料，采用SOT的形式封裝到基板表面，并使用黑膠進(jìn)行保護(hù)。該標(biāo)簽具有抗金屬特性，能夠滿足二次加工、運(yùn)輸?shù)冗^程的要求；同時具備能夠耐受高溫，滿足一體化注塑的要求；能夠滿足銘牌的基本特征要求：承載可視化信息、加工靈活等方面可靠性高。

低壓電流互感器電子標(biāo)簽安全防偽設(shè)計

1.標(biāo)簽基材、天線、黑膠的材質(zhì)和尺寸已多次試驗和天線阻抗相匹配，保證標(biāo)簽整體的電特性。

2.在標(biāo)簽的注塑過程中，互感器的紅色樹脂澆筑至標(biāo)簽黑膠樹脂表面時，其液體狀態(tài)的紅色樹脂會滲透到黑膠的表面分子空隙中，在固化過程中便形成了一種機(jī)械結(jié)合的錨固力。在受熱的環(huán)境下，樹脂內(nèi)由于羥基和醚基的極性，使得環(huán)氧樹脂分子和相鄰表面之間產(chǎn)生電磁吸力，而且環(huán)氧基與含有活潑氫的金屬表面起反應(yīng)而生成化學(xué)勾健，即在膠層間產(chǎn)生分子結(jié)合，形成共滲膠膜，且黑膠屬于環(huán)氧樹脂，屬于一次固化成型，不會隨著溫度的增加而變軟溶解等。

3.如果互感器標(biāo)簽被施加外力，直接從標(biāo)簽表面進(jìn)行破壞，則會對標(biāo)簽造成直接性破壞。而試圖將互感器標(biāo)簽從互感器上取下時，由于共滲層膜的機(jī)械拉力將造成互感器標(biāo)簽黑膠樹脂的破壞，凸起脫落，從而造成芯片損毀，功能失效。該標(biāo)簽將不會再被非法冒用，在物理特性上保障了安全防偽。

4.低壓電流互感器電子標(biāo)簽內(nèi)置國密加密認(rèn)證算法，標(biāo)簽與閱讀器雙向認(rèn)證流程符合《采用SM7密碼算法的電子標(biāo)簽芯片規(guī)范》，在認(rèn)證過程中采用分組加密算法SM7來完成鑒別報文數(shù)據(jù)的加密與解密，SM7模塊同時支持加密和解密功能。

低壓電流互感器電子標(biāo)簽應(yīng)用設(shè)計

低壓電流互感器電子標(biāo)簽伴隨互感器注塑、入庫、檢定、出庫、現(xiàn)場安裝、巡檢、拆除、報廢等全壽命周期管理環(huán)節(jié)，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集的電子化、智能化。

在現(xiàn)場用電檢查環(huán)節(jié)，通過使用互感器電子標(biāo)簽，使相關(guān)工作人員不用靠近配電箱、開關(guān)柜等帶電設(shè)備，就可實現(xiàn)互感器變比等設(shè)備信息的遠(yuǎn)距離識別，保證工作人員安全。

由于互感器標(biāo)簽的防拆設(shè)計，當(dāng)互感器被破壞或銘牌被拆除時，標(biāo)簽即自動失效。用電檢查人員可及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場互感器異常現(xiàn)象，達(dá)到防竊電的目的。

在互感器銘牌內(nèi)放置RFID電子標(biāo)簽，內(nèi)置國密加密算法。在互感器生產(chǎn)時將銘牌標(biāo)簽與互感器注塑在一起，拆卸銘牌將破壞電子標(biāo)簽，使得標(biāo)簽不可讀取，實現(xiàn)互感器的防拆換，起到防竊電的作用。通過帶有防偽功能電子標(biāo)簽的互感器，可以大幅度降低電力公司因竊電造成的經(jīng)濟(jì)損失。

互感器電子標(biāo)簽具有遠(yuǎn)距離識讀的特性，可在1米的距離內(nèi)進(jìn)行識讀，使巡檢人員遠(yuǎn)離帶電設(shè)備，保護(hù)工作人員人身安全，提高工作效率。

在互感器銘牌內(nèi)植入電子標(biāo)簽，使得互感器具有了物聯(lián)網(wǎng)感知特性，可實現(xiàn)互感器的智能化檢定與出入庫管理，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。