微小蓝牙电脑钥匙与手机APP在配网防误系统中的应用
珠海优特电力科技股份有限公司、国网福州供电公司的研究人员谭义、夏圣峰、王岗，在2017年第12期《电气技术》杂志上撰文指出，传统的配网防误电脑钥匙存在体积笨重、携带不方便、通信速度慢、成本高等缺点。
本文提出了采用微小蓝牙电脑钥匙与手机APP的方案实现配网远程在线闭锁功能，将传统电脑钥匙中的自学、防误操作票接收、汇报、语音提示等功能部署在手机APP上，微小蓝牙钥匙负责蓝牙通信与解闭锁，电脑钥匙体积比传统电脑钥匙减少80%，可挂在钥匙串上随身携带。
同时本文描述微小蓝牙钥匙设计的关键技术、解锁交互流程模型，经过在多个配网工程的实施验证，在满足配网防误系统技术指标的同时，降低了作业人员的劳动强度。
目前，随着电力生产单位对配电网安全生产的重视，以往只应用于主网的防误闭锁技术也被慢慢地引入到配电网中，但是基于配电网本身网络结构复杂、网络覆盖区域广阔、操作路程远、操作周期长的特点，主网中已经成熟使用的防误闭锁技术还不能照搬应用于配电网中。因此，在主网防误闭锁技术的基础上，很多人提出了适合配电网特点的防误闭锁技术。
文献[1]提出了基于风险分析的配网防误分析，介绍了配网防误的各种措施，并结合风险分析与风险控制，提出各种配网防误的观点，对配网防误的设计、应用起到了一定的参考作用；文献[2]描述了在高压带电显示装置在配网防误系统应用，可有效防止带电合地刀、误入带电间隔事故的发生。
文献[3]给出了开关柜的防误闭锁方案，该方案不仅满足五防的技术要求，还对系统突然断电又突然送电的情况下,也进行了有效的闭锁,防止了误操作而带来的安全危险,确保了电力运行的安全。
上述文献都是通过在配电网中引入各种防误闭锁技术提高配网调度、运行与检修过程的安全等级，却忽略了因为配电网自身网络覆盖范围广、电脑钥匙不能在线操作所带来的安全风险。
文献[4]虽提出基于3G网络电脑钥匙的远程在线闭锁模式，但目前主要配网防误厂家提供的电脑钥匙存在仅覆盖3G网络、笨重，带来了自学与接票速度慢、携带不方便等缺点。
基于此，本文提出了利用微小蓝牙电脑钥匙与手机APP组合实现的配网在线闭锁方案，此方案中把传统电脑钥匙的防误闭锁逻辑、数据引擎等功能部署在手机APP中，其他如操作提示、语音合成提示、远程通信功能等可以直接利用手机内嵌高速处理器来处理，微小蓝牙电脑钥匙只负责蓝牙通信与锁具的解闭锁。
因此本文方案在实现文献[4]所描述的配网远程在线闭锁功能外，由于采用4G通信网络，其远程通信速度可提高36倍，同时微小蓝牙电脑钥匙尺寸可以做到传统电脑钥匙的20%(与汽车钥匙大小一致)，可以直接挂在钥匙扣上随身携带(该技术已经申请了一项国家发明专利[1]与一项实用新型专利2 )。这样在配网设备数量多、分布广、协同作业多等特点下，可大大降低配网作业工作人员的劳动强度，提高配网作业效率。
1整体方案设计
基于微小蓝牙电脑钥匙与移动配网手机APP的配网防误闭锁系统由调度工作站、正反向物理隔离装置、运行工作站、移动配网手机APP、微小蓝牙电脑钥匙、闭锁锁具及其附件组成，如图1所示：
图1 整体方案设计
如上图所示，调度工作站开出调度票，通过正反向物理隔离后到达运行工作站，运行工作站根据调度票开出倒闸票，并对该票进行SM4加密，同时通过4G网络推送到移动配网手机APP中，移动配网手机APP对倒闸操作票进行防误逻辑管理，蓝牙电脑钥匙插入锁具后会向手机APP申请当前锁具是否可以操作。
如果当前插入锁具符合配网防误逻辑，则允许操作，否则进行“走错间隔”报错。不管是否“走错间隔”，移动配网手机APP都将操作结果通过4G网络上报给运行工作站，从而实现配网防误实时在线操作，这样大大提高了防误闭锁操作的安全等级。
2微小蓝牙电脑钥匙与智能锁具的设计
区别于传统电脑钥匙利用解锁杆进行解闭锁的方式，本文中的微小蓝牙电脑钥匙的解锁方案采用无孔的解锁方式，不需要插入锁具而是靠近锁具就可以实现解闭锁，不仅解决了传统电脑钥匙解闭锁方式存在的被技术解锁的风险，而且减小了电脑钥匙的体积尺寸，可方便的被操作人员携带。
2.1微小蓝牙电脑钥匙与智能锁具硬件总体方案设计
方案框图如图2所示，由微小电脑钥匙与智能锁具(智能锁具包括智能机械类锁具、智能电气类锁具，由于锁具类型较多，本文只以智能机械挂锁为代表进行描述)两部分组成，微小电脑钥匙通过磁耦合谐振式无线能量传输技术[4-7]给智能锁具提供能量，其核心在于无线供电发射模块与接收模块的设计。
图2 系统原理框图
微小蓝牙电脑钥匙由MCU、发射线圈及其驱动电路、2.4G短距离通信模块、霍尔检测模块、电池，蓝牙BLE4.0等模块组成。MCU主要完成系统的调度、防误闭锁逻辑处理、磁耦合谐振方波产生等功能；线圈驱动电路与发射线圈构成无线能量发射单元；2.4G短距离通信模块作为与锁具进行解锁指令交互的通道；霍尔用于位置(磁钢)检测，当有锁具靠近时通知MCU进行无线供电；电池为可反复充电的锂电池，蓝牙模块为BLE4.0，可实现与移动配网手机APP实时通信，支持所有的iOS操作系统以及Android4.1以上的版本。
智能锁具由接收线圈、全波整流与DC-DC电路、MCU、2.4G短距离通信模块，磁钢，螺线管及其驱动电路组成。接收线圈、全波整流与DC-DC电路一起构成无线能量接收单元。2.4G短距离通信模块与电脑钥匙中相同，磁钢与电脑钥匙中的霍尔检测构成位置检测单元，螺线管及其驱动电路构成锁具解锁机构。
整个方案设计中电池能量通过上述路径传递给锁具，锁具里面的螺线管在操作指令的控制下带动锁销动作，从而实现解锁。
2.2微小蓝牙电脑钥匙解闭锁软件流程设计
电脑钥匙解锁控制流程如图3所示，所有流程都是由霍尔检测触发开始的，无智能锁具靠近时，霍尔检测无输出，电脑钥匙处于睡眠状态；当电脑钥匙靠近智能锁具时，霍尔检测到磁钢，激活电脑钥匙开始给智能锁具无线供电，再通过2.4G短距离通信获取固化在智能锁具内的身份ID码，然后通过蓝牙上报给移动配网手机APP并进行防误操作判断。
符合防误闭锁逻辑的条件下，电脑钥匙通过2.4G发送解锁命令，并获取解锁状态，将其解锁结果上报给移动配网手机APP，保证防误逻辑设备状态的实时更新，具体如下图所示：
图3 微小蓝牙电脑钥匙解锁流程
3移动配网手机APP的设计
在本文设计中，移动配网手机APP是最重要的组成部分，负责用户权限管理、倒闸操作票的接收、防误逻辑操作序列的管理、设备操作结果的实时汇报等工作。如下图所示，为在设备操作过程中移动配网手机APP的操作流程示意图。
图4 移动配网手机APP操作流程图
4微小蓝牙电脑钥匙与手机APP之间的交互逻辑
由于防误逻辑、操作票管理等主要功能部署在移动配网手机APP中，因此微小蓝牙电脑钥匙在进行设备操作时需要通过蓝牙与移动配网手机APP进行交互，以获取锁具解闭锁操作权限，如下图所示：
图5 微小蓝牙电脑钥匙与移动配网手机APP交互逻辑
5应用效果分析
项目实施单位：福州供电公司；闭锁应用现场：仓山分局；
设备配置情况：微小蓝牙电脑钥匙4把，移动配网手机APP安装若干，并在仓山局大楼配电站，上三北#1-#3环网柜，盖山粮食管理站配电室三个站房安装智能锁具，自从2015年6月8日投运来，一切运行正常。
采用室外智能高压带电指示器、智能机械挂锁、智能面板锁、智能把手锁作为环网柜与配电站门的闭锁设备，下图为现场闭锁锁具安装示意图：
图6 工程安装图片
因为实现了移动配网手机APP远程倒闸票接收，操作人员无需到控制室进行接票操作，大大提高了操作人员的工作效率；另外，由可实现设备操作的远程在线监控，监管人员可在控制室实时监控设备操作过程，这样的在线解闭锁模式，保障了电力的安全生产，具备推广的价值，目前已经在国网福建三明供电公司、南网广州供电公司落地实施。
6结论
微小蓝牙电脑钥匙与移动配网手机APP组合方式在配网防误系统中的应用尚属首次，它巧妙的利用手机现有成熟的平台，包括4G通信网络、蓝牙短距离通信通道等功能模块，不仅解决了配网防误系统不能远程倒闸票接收、不能远程在线解闭锁监控的技术难题，提高了配网倒闸操作的安全性，而且还实现了电脑钥匙的小型化，极大提高了操作人员设备操作时的方便性。