基于移頻鍵控的無(wú)源智能鎖研究應(yīng)用提升配網(wǎng)設(shè)備安全防控水平

陸爽 金琪 王夢(mèng)溪 周宇星

摘? ?要：隨著社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)電力的需求度也越來(lái)越高，配網(wǎng)的穩(wěn)定和安全是保障人們工作生活的基本要求，這也給供電公司的配網(wǎng)安全運(yùn)維工作帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，供電公司的配網(wǎng)設(shè)備還在使用機(jī)械鎖具，由于設(shè)備點(diǎn)多面廣用鎖量大，產(chǎn)生了數(shù)量多、種類雜的鑰匙，導(dǎo)致難記錄、難追溯、難管控。為了解決上述問(wèn)題，提出了基于移頻鍵控的無(wú)源智能鎖研究應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)智能鎖的無(wú)孔無(wú)源化，還建立了一套管控體系，輔助配網(wǎng)運(yùn)維工作的安全防控優(yōu)化。這順應(yīng)了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在配網(wǎng)建設(shè)的方向要求，讓配電網(wǎng)運(yùn)維更加穩(wěn)定安全。

關(guān)鍵詞：移頻鍵控? 無(wú)緣智能鎖? 配網(wǎng)安全

本文首先介紹了配網(wǎng)用鎖及管控過(guò)程存在的痛點(diǎn)問(wèn)題，然后對(duì)痛點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的方法分析，提出了基于移頻鍵控結(jié)合無(wú)線供電的無(wú)源智能鎖研究和應(yīng)用，最后闡述了建立鎖具的安全防控體系，融合配網(wǎng)日常運(yùn)維，提升配網(wǎng)的安全防控水平。

1? 配網(wǎng)用鎖的痛點(diǎn)和技術(shù)性解決方法

1.1 電力配網(wǎng)用鎖、鑰匙和安全防控的痛點(diǎn)

目前配網(wǎng)用鎖中機(jī)械掛鎖、防誤掛鎖等易生銹無(wú)法滿足防撬防盜要求，機(jī)械鎖無(wú)開關(guān)記錄，編碼鎖也僅記錄開鎖卻無(wú)關(guān)鎖的真實(shí)數(shù)據(jù)。有內(nèi)置電池的電子鎖試點(diǎn)，卻產(chǎn)生了一系列維護(hù)問(wèn)題，因電池?zé)o法長(zhǎng)期滿足戶外的溫變環(huán)境（例如共享單車）。采用接觸供電的電子鎖，接口易被破壞，使用壽命得不到保障。

配網(wǎng)同樣存在鑰匙的管理痛點(diǎn)，機(jī)械鑰匙繁多雜亂。一匙通電腦鑰匙體積偏大，又無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程授權(quán)，存在仿制鑰匙頭的簡(jiǎn)單工具輕易開鎖的安全隱患。

一是鎖與設(shè)備的對(duì)應(yīng)位置不清晰，無(wú)法遠(yuǎn)程授權(quán)快速尋址找到對(duì)應(yīng)的設(shè)備;二是鎖具智能化后與鑰匙的控制交互難題，都是安全防控的痛點(diǎn)。

1.2 配網(wǎng)用鎖痛點(diǎn)的技術(shù)性解決方法

針對(duì)上述痛點(diǎn)，首先采集配網(wǎng)設(shè)備門柜和鎖槽尺寸，對(duì)鎖進(jìn)行結(jié)構(gòu)的通用性設(shè)計(jì)。結(jié)合機(jī)械與電子電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出滿足嵌入式安裝的多種結(jié)構(gòu)鎖具。設(shè)計(jì)智能鎖的開閉動(dòng)作檢測(cè)、狀態(tài)檢測(cè)與記錄功能。從安全防控角度考慮，取消機(jī)械解鎖孔，從而確保從外部無(wú)法撬開。從便捷性考慮，閉鎖機(jī)構(gòu)應(yīng)能夠自動(dòng)彈開開鎖，提高智能操作體驗(yàn)。

設(shè)計(jì)搭載無(wú)線供電模塊的智能鑰匙，這樣可取消智能鎖的內(nèi)置電池，通過(guò)統(tǒng)一鎖的接口或模塊，實(shí)現(xiàn)鑰匙的通開性。智能鎖與智能鑰匙間采用穿透性強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)的移頻鍵控（FSK）來(lái)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)通信，解決了鑰匙與鎖的通信的問(wèn)題即可建立安全防控體系。

2? 基于移頻鍵控的無(wú)源智能鎖設(shè)計(jì)與研究

2.1 實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電的無(wú)孔無(wú)源智能鎖

配網(wǎng)設(shè)備基本位于戶外，只有設(shè)計(jì)成無(wú)孔（無(wú)機(jī)械解鎖孔）才可滿足高防盜級(jí)別的要求，無(wú)孔無(wú)源就必須采用無(wú)線供電技術(shù)，且無(wú)線供電的過(guò)程不存在直接連接，避免了裸露導(dǎo)體和接觸火花，具有使用安全、方便的優(yōu)點(diǎn)。選用基于電磁感應(yīng)原理的從電源發(fā)射線圈到接收線圈的電能無(wú)線傳輸，它主要由能量發(fā)送端、無(wú)接觸變壓器和能量接收端組成。

為了獲得能量發(fā)送端與能量接受端的最佳匹配設(shè)計(jì)方案，確定傳輸效率區(qū)間，關(guān)鍵在于測(cè)算與調(diào)整能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素互感系數(shù)和共振頻率。

能量發(fā)送端主要由整流濾波電路、高頻逆變裝置和控制電路構(gòu)成，其主要功能是產(chǎn)生交流能力并使之通過(guò)分離功率變壓器傳輸?shù)侥芰拷邮掌鳌Ｄ芰拷邮芏伺c變壓器次級(jí)連接，具有可靈活移動(dòng)特點(diǎn)，由輸出整流濾波環(huán)節(jié)和控制電路構(gòu)成，提供負(fù)載所需的電能量。發(fā)送器和接收器之間相對(duì)獨(dú)立但又通過(guò)無(wú)接觸變壓器的磁場(chǎng)耦合具有能量相關(guān)性。

無(wú)線供電的最終設(shè)計(jì)方案，滿足5W的功率要求，高達(dá)84%的峰值效率。同時(shí)增加外來(lái)物體檢測(cè)（FOD）和增強(qiáng)型寄生金屬檢測(cè)（PMOD），從而防止由于無(wú)線電源傳輸場(chǎng)中錯(cuò)誤放置金屬物體而導(dǎo)致電源丟失在超負(fù)荷運(yùn)行，降低功率損耗。

2.2 基于移頻鍵控（FSK）通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)鎖的信息交互

對(duì)于已實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電的無(wú)源智能鎖，在鑰匙與鎖間沒(méi)有直接接觸的前提下，宜采用移頻鍵控（FSK）的通信技術(shù)來(lái)進(jìn)行信息交互。

移頻鍵控通信基于調(diào)制解調(diào)技術(shù)。調(diào)制方式按照調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩類，而數(shù)字調(diào)制有振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）、移相鍵控（PSK）和差分移相鍵控 （DPSK）等。數(shù)字調(diào)制相對(duì)模擬調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，中繼時(shí)噪聲及色散的影響不積累，因此可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸。

移頻鍵控（FSK）：用數(shù)字調(diào)制信號(hào)的正負(fù)控制載波的頻率。當(dāng)數(shù)字信號(hào)的振幅為正時(shí)載波頻率為f1，當(dāng)數(shù)字信號(hào)的振幅為負(fù)時(shí)載波頻率為f2。把代表兩個(gè)以上符號(hào)的多進(jìn)制頻率調(diào)制稱為移頻鍵控。移頻鍵控能區(qū)分通路，但抗干擾能力不如移相鍵控和差分移相鍵控。

綜合考慮信息的傳輸有效性和可靠性，頻譜利用率，帶外輻射，對(duì)鄰近波道的干擾等方面，采用移頻鍵控（FSK）作為無(wú)源智能鎖與鑰匙的無(wú)線通信調(diào)制方式，根據(jù)ISM頻段，選擇430MHz頻率，將足夠滿足配網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。

2.3 配網(wǎng)用鎖的安全防控架構(gòu)

基于移頻鍵控（FSK）的無(wú)源智能鎖加上智能鑰匙，結(jié)合安全管控終端軟件和后臺(tái)管理主站，建立一套配網(wǎng)智能鎖的安全防控體系。

后臺(tái)管理主站為統(tǒng)一的調(diào)度監(jiān)控指揮平臺(tái)，對(duì)智能鎖的權(quán)限實(shí)施集約化的管理，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、分析和監(jiān)控。而智能鎖作為體系中最根基的一環(huán)，對(duì)智能鑰匙的控制指令進(jìn)行交互與認(rèn)證。

體系的安全在于無(wú)源智能鎖的結(jié)構(gòu)、性能以及內(nèi)部邏輯實(shí)現(xiàn)流程;體系的防控在于管控終端軟件、主站數(shù)據(jù)架構(gòu)、流程、執(zhí)行邏輯四個(gè)環(huán)節(jié)間的交互實(shí)施。安全防控體系的目標(biāo)在于提升配網(wǎng)設(shè)備鎖具的精益化管控。

3? 應(yīng)用無(wú)源智能鎖提升配網(wǎng)安全防控水平

3.1 遠(yuǎn)程授權(quán)模式的應(yīng)用

用戶登入、權(quán)限管理、操作記錄的邏輯判斷過(guò)程，滿足配網(wǎng)的常規(guī)流程。

當(dāng)配網(wǎng)作業(yè)人員搶修，或需要臨時(shí)增加作業(yè)范圍時(shí)，可對(duì)設(shè)備用鎖申請(qǐng)臨時(shí)權(quán)限，管理員可在管理界面遠(yuǎn)程許可該權(quán)限，這樣就縮短了作業(yè)人員回程取鑰匙的時(shí)間，提高了效率。

3.2 輔助配網(wǎng)的精益管理

安全管控終端應(yīng)用和后臺(tái)獲取以下數(shù)據(jù)：

（1）鎖體故障：包括開關(guān)鎖失敗、模塊故障、鎖機(jī)械故障等;

（2）操作記錄：鎖具的操作人、操作時(shí)間和操作頻度;

（3）巡檢記錄：設(shè)計(jì)有巡檢模式，鎖信息與終端獲得的地理信息進(jìn)行核定，匹配后方存儲(chǔ)到位記錄，主站可很據(jù)時(shí)間先后順序查詢配網(wǎng)設(shè)備巡檢情況。

（4）位置尋址：通過(guò)終端軟件，可快速地對(duì)計(jì)劃操作的鎖具進(jìn)行定位尋址，縮短找尋時(shí)間。

以上數(shù)據(jù)，不僅對(duì)配網(wǎng)運(yùn)維提供精益化輔助，更為工作核查提供了可靠依據(jù)。

3.3 建立配網(wǎng)智能鎖及鑰匙的管理模式

基于移頻鍵控的無(wú)源智能鎖適用包括配電站房、環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、JP柜等配網(wǎng)電氣設(shè)備，供電公司可以根據(jù)各部門、班組的工作要求和現(xiàn)場(chǎng)情況，與有關(guān)調(diào)度規(guī)程、運(yùn)行規(guī)程、反事故措施結(jié)合起來(lái)，對(duì)智能鎖進(jìn)行試驗(yàn)、檢查、維護(hù)，通過(guò)對(duì)鑰匙實(shí)行統(tǒng)一管理、分級(jí)負(fù)責(zé)的原則，制定一套配網(wǎng)智能鎖及鑰匙的管理辦法或?qū)嵤┘?xì)則。

4? 結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)的可靠運(yùn)行是電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本要求。因此，基于移頻鍵控的無(wú)源智能鎖在配網(wǎng)的應(yīng)用符合發(fā)展趨勢(shì)，基于無(wú)源智能鎖作為物聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn)，將來(lái)可融合配電物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的運(yùn)維優(yōu)化工作，為配網(wǎng)的安全高質(zhì)量生產(chǎn)運(yùn)行提供保障，服務(wù)電網(wǎng)服務(wù)社會(huì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈保鎖，侯春萍.現(xiàn)代通信原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社2002.

[2] 晁冰，李東生，雍愛霞.最小頻移鍵控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的仿真研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2002（12）：88-89.

[3] 李東升.信號(hào)與電子系統(tǒng)原理及EDA仿真[M].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000.