变电站锁具智能化与安全管理研究

唐达獒

（泰州供电公司，江苏 泰州 215300）

0 引言

泰州地区共有130座110kV及35 kV变电站，由于变电站建设周期不同，门锁、设备箱柜锁没有实现统一的规划，存在种类繁多、质量参差不齐、钥匙数量庞大的问题，变电站门锁和锁具的运行已给变电站的日常运行管理带来了众多不便。因此，实现变电站现场标准化、管理规范化以及保障变电站现场安全管理势在必行。

1 变电站锁具智能化必要性

随着智能电网建设步伐加快，泰州电网管理进入“三集五大”的新模式。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。同时，电网的各个变电站通道门、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调度人员、值班人员以及设备检修人员日常工作带来很大不便。

因此，对泰州所辖变电站现有的传统锁具进行整体优化，采用智能化、集控式、计算机远程网络控制技术实现整体安全控制，不但能够解决各类现场工作中使用钥匙繁乱无序的问题，而且简化为一把智能芯片授权钥匙可以依据具体情况进行现场授权许可和远方授权许可双结合许可方式，有效防止人员误入带电间隔和因误走错进而引发误操作的安全隐患，提高变电站安全生产管理水平。

2 变电站锁具实现智能化控制研究方向

（1）分析进入变电站管理和工作的权限，梳理、优化管理流程，确定各级人员权限。（2）研究变电站内各种锁具的授权控制技术，分析各类设备小室和各种设备的安全属性，设计安全控制管理的目标，实现变电站所有锁具的智能化集中控制管理。（3）研发专业化程序，实现对变电站出入、检修指定工作区域、运行巡视、解锁现场审批等工作授权，以流程和授权控制使工作人员明确工作范围和职责，以“事前出入授权，事后追踪记录”的技术手段杜绝“权限不清”的安全隐患。

3 变电站锁具实现智能化控制管理权限的主要内容

通过分析变电站各类小室和各种设备的安全属性可以将锁具划分为4大控制区域，各区域之间存在着梯级权限的逻辑关系，即：变电站大门（最低层）、站内建筑物房门（次低层）、设备箱柜（中间层）、解锁钥匙箱（最高层）。再进一步分析，设备箱柜（中间层）有部分设备箱存在机构操作，这部分设备箱可以划分为独立防误控制分区，即：每一个设备箱为一个独立的控制小区，对应该控制小区设计出一把独立的防误机械权限钥匙，是一一对应的逻辑关系，与其他设备无关。

日常工作中进入变电站的人员可以划分为4类：一般人员、检修人员、巡视人员、解锁人员。依据工作流程划分为4级管理控制权限：（1）一般人员：能被授权在指定时间内出入变电站大门，不能进入其他区域，主要指因工作需要进入变电站的本单位人员、经安监部培训且考试合格的外来工作人员。（2）检修人员：能被授权在指定时间内出入变电站大门和指定的建筑物房门，无权进入其他区域。检修人员当次检修工作需要开启指定的设备箱柜，由运行人员现场授权借出本次工作相对应的设备箱柜的独立防误钥匙。主要指因工作需要进入变电站的本单位人员、设备厂家维护人员、检修人员。（3）巡视人员：任何时间均可进入和开启变电站大门和指定的建筑物房门、设备箱柜，无权开启解锁钥匙箱。主要指公司领导、职能部室持有高压巡视权的人员、变电运行人员。（4）解锁人员：任何时间均可进入和开启变电站大门和指定的建筑物房门、开启设备箱柜和解锁钥匙箱。主要指具有解锁审批权的人员。

4 变电站锁具智能化系统结构

变电站锁具系统由智能控制锁、机械权限锁、智能芯片钥匙、智能授权中心、解锁钥匙专用箱等5部分组成。

4.1 智能卡电子门禁与机械权限控制技术进行有效整合

根据智能控制管理权限的要求，首先设计和制造四级多区机械权限控制系统，在智能控制锁和机械权限锁内置封装机械密码权限管理锁芯，在智能授权钥匙刻录固化密码权限信息。如图1所示。其次，设计和制造智能卡电子门禁系统，将系统的读卡器、CPU主控制存储器、电锁、通信接口电路进行微型集成化IC芯片设计，封装在智能控制锁内；将系统的读卡器、CPU主控制存储器、电源、通信接口电路微型集成化IC芯片设计，封装在智能钥匙上。智能控制锁和智能授权钥匙均设置唯一的ID识别码，当智能授权钥匙插入智能控制锁中，智能授权钥匙对智能控制锁内的芯片电路供电，双方自动通信双向识别；开闭门记录同步保存在双方的芯片里。智能授权钥匙开启机械权限锁时，仅需核对钥匙的密码权限信息。图2、图3分别是智能控制锁示意图与智能芯片钥匙示意图。

图1 机械权限锁示意图

4.2 网络化分布式智能授权中心

图2 智能控制锁示意图

图3 智能芯片钥匙示意图

智能授权中心由网络版系统管理软件、智能编程器、编程管理钥匙组成。智能编程器是连接系统管理软件和编程管理钥匙、智能授权钥匙的智能读写装置。编程管理钥匙插入智能编程器后登录软件，软件能自动识别该钥匙在系统中的管理权力，仅允许其发布权力范围内的授权命令等管理工作。智能授权钥匙插入本地或远程智能编程器，能自动接收各项授权命令，以及自动向软件发送自己芯片内的记录等数据。由于通信协议采用极高安全的私有加密技术，因此通信数据不用担心被拦截和替换，保证高安全性。同时，即使网络中断，使用本地授权仍不影响工作。图4是智能授权中心示意图。

图4 智能授权中心示意图

4.3 带一次性防伪解锁钥匙封的解锁钥匙专用箱

解锁钥匙专用箱门的设计采用智能控制锁锁定，解锁审批人对解锁操作人发出批准授权许可后，解锁操作人方可在指定时间内开启解锁钥匙专用箱门。同时设计一次性专用解锁钥匙封，该专用解锁钥匙封具有一次封存不可逆的特殊结构，并激光刻录唯一编号。一个专用解锁钥匙封封存一把解锁钥匙。

5 变电站锁具智能化系统创新举措

（1）基于变电站数量增加的可扩展性架构。系统容量设计电子锁芯的唯一编码超过10万个以上，机械密码为19.7亿，两者相乘出的密码足以满足任何苛刻的授权管理。因此，系统可随变电站数量同步扩展。（2）系统管理控制信息实现钥匙与锁具一体化。采用了智能卡电子门禁系统和机械权限控制系统直接集成封装在钥匙和锁具的分布式控制方式，突破机械锁与智能卡电控锁互不兼容的鸿沟，实现了有机结合。通过这种方式，既解决了机械锁门禁技术的授权相对固定不灵活、授权钥匙遗失带来系统安全性下降的缺点，又解决了智能卡电子门禁需要布线和电源导致控制地点受限、层级不多、电控锁易出故障、后期维修成本很高的缺点。（3）化繁为简，对所有变电站进行灵活的本地授权和远方授权。通过一把智能钥匙即可控制全部的变电站，简单便捷。本地和远方授权方式不仅实现了多张工作票的预先授权或实时授权，而且可以让监控工作人员缩短其抵达变电所的时间。（4）技术性杜绝和防范因走错进而引发误操作事故的安全隐患，事后追踪有据可查。通过事前管理和控制各类身份人员出入变电站指定区域，防止误走错区域；通过事后追踪钥匙和锁芯中的出入记录对各类身份人员进行监督与控制。（5）系统软件具有完善的管理功能和友好的人机界面。系统成功地实现了变电站所有锁具统一纳入标准化、规范化的集中控制管理程序，具备身份验证、双限工作（限定时间、限定区域）、记录归档、远方许可等功能。当钥匙遗失，管理员可以删除。当有事件发生时，管理员可查询事件发生地智能控制锁内的详细记录，作为证据。（6）具有良好的防盗性能，可靠性高且施工方便。智能控制锁内置微电子芯片和机械密码权限锁芯，独特的合二为一，保证了必须是电子密码授权和机械密码权限双重认证成功，才能开启智能门锁，保安性能远远超越了现有的锁具。即使是机械权限锁，独特的旋转式齿轮密码扣盘锁芯技术，真正地具有防技术性攻击能力，且锁芯无弹子和弹簧，可靠性极高。同时系统管理锁安装便捷，无须布线、无需电源，即装即控。（7）解锁钥匙箱具有解锁审批、启用、封存的一体化功能，使用快捷方便、成本低。其有详细的开启和关闭箱门记录、授权批准命令发布详细记录，可事后查证。同时解锁专用封具有唯一性和防伪特点，且只能被物理破坏，事后监督简单可行，是一种创新的技术性管理手段。

6 结语

锁具管理是泰州供电公司贯彻推行标准化变电站建设的一项重要实践成果，通过研制锁具智能化集中控制管理系统，构建运行安全控制管理流程，实现了泰州变电站传统的锁具向智能化授权控制管理系统的升级，满足了现场安全生产工作的需要，有力地保障了泰州电网的安全运行。

［1］国家电网公司.防止电气误操作安全管理规定［M］.中国电力出版社，2006

［2］黄少雄，李斌.传统变电站分阶段实施数字化改造方案探讨［J］.安徽电力，2009（4）

［4］孙谦.数字化变电站在济南电网的应用研究［D］.山东大学，2009（8）