0 引言

近年来，随着电力营销技术的发展，在计量表、互感器、铅封再校验、出库、装置安装、现场计量、用电检查等方面实现了智能化系统信息管理，但计量装置的锁具仍在使用原始机械式锁具。本文针对机械锁具效率低、寿命短、安全性低、信息化管理手段滞后的问题，采用基于NFC（Near Field Communication，近距离无线通信）技术和GPRS（General Packect Radio Service，通用分级无线服务）技术开发设计了可靠性高、易操作的电力智能表锁管理系统，解决了传统机械锁具存在的问题^[1-6]。

1 电能计量装置管理中存在的不足

锡林郭勒电业局承担着二连浩特市、锡林浩特市、苏尼特右旗、苏尼特左旗、阿巴嘎旗、东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗、正镶白旗、正蓝旗、镶黄旗、太仆寺旗、多伦县和乌拉盖管理区12个旗（县）市和1个管理区总计20.3万km²的供电业务。目前，锡林郭勒地区共安装电能表 72.5万块、电能表箱15.1万个。在电能计量装置的维护管理工作中存在如下问题：

（1）使用部门多，管理手段滞后，电能计量表箱的开锁、上锁没有有效的监控手段，无法掌控计量表箱的开关人员、时间、次数等信息，管理上存在漏洞；

（2）表锁钥匙过多，为了实现防窃电的目的，目前采取50把钥匙1把锁的管理模式，工作十分不便，开锁时往往需要携带大量钥匙开锁，在钥匙的管理上经常发生差错；

（3）表锁种类多，管理区域划分不明确，现有的计量表箱锁实行分区、分营业站、分锁使用，如果表锁钥匙丢失，需将同组表锁全部更换；

（4）表锁防开启功能较弱，防窃电性能差，钥匙易私配，有钥匙即可开锁，出现问题难以追责，增加了用电检查人员甄别窃电的困难；

（5）钢丝锁为一次性使用，不可重复利用导致成本增加；

（6）锁孔易锈蚀，有钥匙却无法开锁的现象时有发生；

（7）无数据库管理，缺乏数据支撑，虽有管理规章制度却难以规范实际操作。

2 电力智能表锁管理系统原理及系统功能 2.1 系统原理

电力智能表锁的控制主体是以RL78系列单片机为核心的MCU（Micro Controller Unit，微控制器）单元，主要包括NFC通信模块、电源管理模块以及电动机驱动模块，组成关系及功能图如图 1所示^[6]。

MCU单元接收管理系统通过手机客户端下发开锁加密密钥，并对开锁密钥进行解密，之后与存储在单片机EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，带电可换可编程只读存储器）中的密码进行比较，如果密码正确，则触发电动机驱动电磁执行器开锁，并向管理系统上传开锁成功标志；如密码不正确，则通过单片机的通信功能向智能主站报警。单片机将每次开锁操作和当时电磁执行器的驱动电流值作为状态信息发送至管理系统，管理系统实时记录开锁操作。

2.2 系统功能特点 2.2.1 NFC无钥匙开锁功能

电力智能表锁采用NFC通信方式，具备无钥匙开锁功能（核心元件为NT3H1101NFC芯片），开锁需通过与手机客户端APP软件进行数据交互来传输开锁密码，确保了通信的安全性和可靠性。

2.2.2 应急开锁功能

电力智能表锁通常使用手持设备和APP传输密码开锁，如遇特殊情况需要应急开锁，还可采用锁梁挂钩作为传动机构，通过外力触压挂钩，挂钩末端挤压锁内按键，实现命令输入。如现场工作人员未携带手持设备，可由管理中心向现场人员发送临时密码，临时密码为1组0和1组成的6位随机序列码。锁体外壳上部有2种颜色的指示灯，当挂钩常压时即进入密码输入状态。现场人员根据临时收到的密码值，按一下挂钩红灯亮，代表当前输入数字为1，待绿灯亮后确认方能输入下1位密码，直到6位输入完成，控制芯片验证密码正确后即可开锁，否则该密码失效。

2.2.3 动态密码处理功能

动态加密技术在电力智能表锁中的应用，极大地提高了安全性。动态密码长度设为6位，MCU单元中存储了99*99999规则密码，管理系统的服务器上同样存有99*99999规则密码。当现场工作人员申请应急开锁时，服务器会根据电力智能表锁ID以及上次开锁的次数动态计算当前应使用的密码。每开锁1次，当前密码即失效，服务器和电力智能表锁均会更新1次密码，确保动态密码的可靠性。

2.2.4 定位及检索功能

传统锁具在安装时，无法记录其位置信息，而电力智能表锁在注册及下装时，会通过GPRS对当前位置进行定位，提交信息时将定位数据上传至管理系统数据库，并根据锁ID进行存储。在需要时，可以通过锁ID、锁地址、人员信息或电能表地址等多种方式进行检索，查询到结果后在地图上显示该设备的精确位置，并调用百度地图进行导航，查找到此设备具体位置，再根据电力智能表锁信息中填写的锁地址信息快速精确找到设备地点，从而对设备进行操作^[7-8]。

当对设备信息记忆模糊时，可通过筛选信息实现模糊查询，可快速查找到所需要的设备信息，并实现精确定位。调用百度地图API（Application Programming Interface，应用程序编程接口），根据电力智能表锁注册时所存储下来的GPRS信息，实现以地图为中心，显示周边锁设备位置，并根据地图中心位置的变化，重新加载并显示地图中心点周边所有的锁设备位置。点击所需位置时，展示列表会显示该点所集中的所有设备信息，并可点击查看锁设备的详细资料。

2.2.5 分级管理功能

电力智能表锁管理系统实现了电力智能表锁与电能计量装置信息绑定、电力智能表锁的地理信息位置采集和分管片区划分、开锁授权与营销信息系统管理人员信息绑定，从而实现计量表箱锁的分级、分片信息化管理。

电力智能表锁管理系统分级管控如图 2所示，管理系统层级授权开锁流程如图 3所示。管理系统设超级管理员，该角色具有最高授权级别，可规划下属区域及人员设置和授权。通过电能计量表锁的定位信息，决定其归属区域，每个区域均对应相关责任人。片区内的计量表锁、计量设备信息均录入数据库，既可通过后台进行条件查询，又可在前台按位置检索^[9-10]。

2.2.6 管理系统操作及通信流程

电力智能表系统锁管理系统功能如图 4所示，所有注册用户的授权、开锁密钥下发均由系统管理服务器统一管理，根据锁ID可查询开锁记录和锁具定位地图轨迹。管理系统的终端APP兼容Android与iOS操作系统，用户首次登录终端APP需进行注册，在注册过程中，需要由管理系统的管理员授予允许注册权限。用户完成注册即可申请执行开锁任务，另遇应急情况可协助现场人员获取动态密码手动开锁。

管理系统终端APP与电力智能表锁通信流程如图 5所示。用户进行开锁操作时，首先读取电力智能表锁唯一ID编号，并判别该用户是否有开锁权限，有权限，则下装密文密钥。若该密文秘钥解密正确，则执行开锁操作，并将开锁记录上传至服务器存档。

3 系统应用及效果

锡林郭勒电业局以二连浩特供电局作为试点单位，自2017年4月至2018年5月安装电力智能表锁8164把，涉及公用线路23条，变压器381台，分布区域18 km²。在电力智能表锁应用过程中开锁3199次，其中急修业务开锁454次，台区线损检查业务开锁311次，载波抄表检查业务开锁1010次，计量表计故障更换业务开锁95次，其他业务开锁1329次。

经过1 a多的应用，整体运行情况良好，有效解决了工作人员无法对计量装置快速定位的问题，特别是对于位置偏远地区不易寻找、工作人员对现场位置不熟悉的情况，可以有效缩短到达现场时间。电力智能表锁采用无钥匙开锁，有效降低了电力客户私自动用计量装置的概率，减少了窃电、违章用电及私拉乱接情况的发生。通过精确定位表箱位置，有效提高工作效率和服务质量，实现了计量表箱锁的全过程监控管理。通过电力智能表锁管理系统的应用，推进了电力系统智能化建设。