物聯網技術的電力安全工器具系統探討

國網安徽省電力有限公司肥西縣供電公司 田 偉 卓之鋒 陳道然 劉裕峰

高水平的電力安全工器具管理系統上保證供電所各項工作高效、安全、有序開展的基礎，同時也是構建智能化、數字化、智慧化變電站的前提條件。將物聯網技術應用到電力安全工器具系統中，可有效解決傳統電力安全工器具管理搶修領料難、周轉盤點速度慢、信息溯源難、安全隱患多的問題，提升電力安全工器具管理水平，提升各種器具的利用率，既能減輕個基層班組的工作負擔，又能為供電所數字化轉型升級添能蓄勢。基于此，開展物聯網技術的電力安全工器具系統的探討分析就顯得尤為必要。

1 目前電力安全工器具系統發展現狀

為保證供電的安全性和穩定性，每個供電所都需要常備大量電力安全工器具，包括安全帶、安全帽、圍欄、接地線、絕緣靴、絕緣手套、驗電器以及其他各種各樣的器具和備件。但就目前很多供電所而言，目前尚未建立起專門的電力安全工器具管理系統，多依靠人工來完成管理，因此，還存在很多問題亟待解決，主要體現在以下兩個方面：

一方面電力安全工器具管理信息化程度低。很多供電所在電力安全工器具的使用管理中依然采取然人為登記方式，依靠紙張來記錄相關數據，難以準確、實時的獲取電力安全工器具的使用情況以及剩余情況。而且保存難度大，經常發生丟失、損壞等問題。電力安全工器具無法及時完成檢驗，存在的安全問題和質量問題無法及時檢驗處理出來，致使很多電力安全工器具超過使用壽命依然在使用或者帶病作用，埋下了安全隱患。此外，還缺乏先進的技術輔助手段，業務處理情況難以快速、有效的統計、跟蹤、追溯，遠達不到國家要求的用信息化手段來提升電力安全工器具管理水平，距離信息化、數字化管理還有很長的路要走。

另一方是智能化水平比較低。就目前很多供電所的電力安全工器具管理現狀而言，絕大多數的工具器都不具有出入庫自動識別的功能，大大提升管理人員的工作量，難以滿足自動化供電發展的需求。更加難以按照作業任務的需求，對各種電力安全工器具進行智能化和數字化管理。

2 基于物聯網技術電力安全工器具系統設計要點

2.1 系統架構設計

基于物聯網技術電力安全工器具系統架構相對比較簡單，主要由感知層和應用層兩部分共同組成。其中感知層由RFID 出入庫檢測終端、門禁控制單元、環境監測單元等共同組成，也是物聯網技術應用的傳感部分，主要作用是實現各種設備狀態的感知。電力安全工器具庫房內數據采集控制單元具有是數據實時采集、就地計算、就地存儲、集中上傳等功能，從而實現感知層的邊緣計算。應用層由基礎信息管理、出入庫管理、環境管理、全流程管理四個子系統共同組成，主要功能是實現電力安全工器具從入庫、領用、歸還、送檢、報廢的全壽命周期管理。

基于物聯網技術的電力安全工器具系統主要有信息采集系統、庫房管理系統、終端應用操作系統三部分共同組成。其中信息采集系統的主要功能是完成電力安全工器具出入庫看的檢測、環境數據采集、人臉信息識別等。庫房管理是利用信息采集系統得到的數據，對電力安全工器具進行全面系統的管理，包括基礎信息管理、出入管理、環境管理、流程管控等。終端應用操作系統是按照電力安全工器具的實際使用情況，對電力安全工器具的使用情況、備用情況等進行分析操作。在電力安全工器具系統運行中數據的種類有兩種，一種是采集類數據，如庫房狀態信息、電力安全工器具、備品備件等主要來源是庫房終端設備，主要是同構GRPC 協議傳輸給數字化供電所操作平臺；另一種是非采集類數據，如電力安全工器具管理的臺賬信息、人員信息、告警信息等，無論何種數據從采集到最終使用，都必須嚴格遵循安全保障體系，如國網標準技術規范、網絡通信安全、應用安全、物理場所安全等。

2.2 關鍵技術的應用

基于互聯網的電力安全工器具系統在具體設計中，需要用到很多關鍵技術，其中最為重要的技術有兩種，一種是人臉識別技術，另一種是基于ALOHA 算法的RFID 檢測技術，這兩種缺一不可，具體的應用要點如下。

人臉識別技術：主要是通過分析人的兩部器官特征及位置來對人的身份進行識別，要先通過設備輸入人臉圖像信號或者是視頻流，檢測出不同場景下是否存在人臉。如果檢測到人臉，需要在動態的場景和復雜的背景下分理處人的面相，再進一步確定每張人臉的具體位置、大小以及特點。通過分析人臉上的這些特點，就能實現對人身份的識別。人臉具有唯一性和獨特性，無法偽造和模仿，應用此項技術可大幅度提升電力安全工器具系統運行的效率和安全性。

基于ALOHA 算法的RFID 檢測技術：這是一種通信技術，主要是通過無線識別特定目標并讀寫出相關的數據，無需識別系統和目標相互接觸，就能實現快速識別[1]。和傳統接觸式檢測技術相比，此項技術具有速度快、安全性高、使用壽命長、對環境要求低等優勢，也是物聯網技術能夠之所以能夠在各行各業中廣泛應用的關鍵技術。將其應用到基于物聯網技術的電力安全工器具系統設計中，而實現對各種電力安全工器具的自動識別和信息處理，而且可同時掃描識別多個電力安全工器具，實時檢測出電力安全工器具是否發生移動或者是否被借出使用。此項技術最顯著的特點是非接觸式高速識別，可通過無線方式實現信息的采集和傳輸，射頻標簽不用露出電觸電就能被識別出來。因此，即使粘貼此種射頻標簽物品放在包裝材料中也可以被識別出來，此外，還能對多標簽、高速運動標簽進行快速識別，在電力安全工器具系統中采用此種技術，可大幅度提升電力安全工器具流動的效率。

ALOHA 類算法允許根據系統的需要動態地調整幀長度，由于讀寫器作用范圍內的標簽數量是未知的，而且在識別的過程中未被識別的標簽數目是改變的，在標簽數目和幀長度接近的情況下，系統的識別效率最高。動態ALOHA 算法可避免信號發生重疊，防止碰撞，提高識別效率和準確性。

2.3 軟件平臺設計

電力安全工器具數量大、種類多，對電力安全工器具系統的軟件平臺有嚴格要求。任何軟件都有兩部分共同組成，其一是支撐平臺，其二是應用軟件。其中后者又可細分為前端裝置軟件和管理中心服務器軟件[2]。其中前端裝置軟件的主要功能是采取、篩選以及傳輸相關信息，并且可以及時按照設計要求，發出前端報警，引起電力安全工器具管理人員注意。而管理中心服務器軟件則由數據服務器和網絡服務器兩部分共同組成，具有很多功能，是電力安全工器具系統能夠穩定運行的關鍵，包括實時監控功能、基礎數據采集和管理功能、系統權限保護功能、電力安全工器具查詢和追溯功能、報表生成功能、匯總圖表的功能等。

基于物聯網技術的電力安全工器具系統軟件，需要同時具有數據采集、數據篩選、數據分析、數據處理等功能，并保證各項數據能夠高效、安全、準確的傳輸，從而實現對電力安全工器具的自動化和智能化管理。具體的流程如下：

第一步，系統初始化。電力安全工器具系統開機之后，初始化系統相關數據和參數。

第二步，確定好監督管理的參數。當電力安全工器具系統完成初始化之后，系統用戶需要通過人機交互操作界面，對電力安全工器具監督管理了人員的用戶名、登陸密碼等進行檢驗。并合理確定電力安全工器具使用人員身份標識牌上電子標簽參數。

第三步，落實監督管理。確定好相關參數之后，還要根據參數設置情況，通過RFID 技術對監控區域進行全面監測，并將監測到的數據和相關信息，技術傳輸給中心數據庫服務器，自動形成報表后，再傳輸給人機交互界面，清楚直觀的顯示出來。如果使用人員的標簽參數和電力安全工器具電子標簽參數是相互匹配的，則允許人員借走電力安全工器具，電力安全工器具被借走之后的信息也要及時及時傳輸給中心服務器，形成報表，并顯示在人機交互界面。如果使用人員標簽參數和電力安全工器具電子標簽參數不匹配，則電力安全工器具不能被借走，并發出警報，告知人機交互操作人員，以免電力安全工器具被誤用[3]。此外，電力安全工器具系統還會按照電子標簽中記錄的情況進行定期檢驗，以提醒電力安全工器具的檢驗日期，如果即將到期，在人機交互平臺上會出現檢驗提醒，如果查過檢驗周期但并沒有檢驗，此時在人機交互平臺上會發出超期未檢驗的報警信號。

第四步，歸還電力安全工器具。電力安全工器具使用完成之后要及時歸還，也是通過RFID 技術來掃描識別電力安全工器具上的電氣標簽，并和借出時電力安全工器具上的電氣標簽進行對比，如果二者相互匹配，則允許歸還，并及時完成數據更新，生成報表。在人機交互操作界面上顯示電力安全工器具已經完成歸還的信息。如果不相符，RFID 會發出警告，并反饋給交互操作界面，進行人為操作處理。

此種軟件設計方法，可促使電力安全工器具管理人員能夠實時掌握供電所電力安全工器具的使用情況、剩余情況、檢修情況等，并為電力安全工器具的借出和歸還進行現場指導，以免發生電力安全工器具在管理中發生只借不還、借出和歸還不匹配、超過檢驗周期未檢驗等問題。而且此軟件有安裝在電力安全工器具室內的顯示屏進行實時顯示，無需他人干涉，有助于實現電力安全工器具管理的信息化、數字化。既能有效保證現場操作的規范性，也可以更好的保障供電所操作人員的人身安全。

2.4 信息安全

基于物聯網技術的電力安全工器具系統是建立在計算機網絡系統之上的管理系統，計算機網絡系統具有很強的開放性，容易發生病毒、黑客等入侵問題，威脅到供電所信息數據的安全性。因此，在電力安全工器具系統設計中，必須做好信息安全保護工作具體而言，可從以下幾個方面同時入手：

第一，身份認證及應用安全。電力安全工器具系統運行的密碼嚴禁明文存儲，必須采取先進的SSL 加密后在進行傳輸。系統的身份認證在統一權限管理平臺上進行集中管理，基于物聯網技術的電力安全工器具系統都具有登錄弱口令校驗功能、定期修改密碼功能等。通常情況下，口令長度滿足8～20位的設計要求，有數字、字母、符號等共同組成[4]。存量弱口令密碼需要重新注冊修改，如果是新用戶無法注冊弱口令密碼，需要由管理人員設置初始密碼，用戶在初次登錄時進行修改，用戶密碼需要在到期期限內完成修改，否則無法繼續使用。同時電力安全工器具系統還要具有加載口令字典的功能，并在業務非高峰時段內需要定期按照口令字典進行弱口令掃描，并及時告知用戶進行修改。信息系統還應具備限制用戶帳號連續登錄失敗次數，并進行短暫鎖定，連續登錄失敗、越權訪問、IP 地址異常等異常情況監測報警功能。信息系統應具備對帳號實名制信息管理的功能，具備身份證號管理功能。

第二，數據安全。為保證系統數據的安全性，免受病毒、黑客的侵襲，需要從數據采集、數據傳輸、數據存儲、數據使用等方面同時入手，從數據的機密性、完整性、可用性三個方面同時入手進行安全設計，以最大限度上保證數據的安全性。

第三，日志文件內容。系統日志文件需要包括業務功能日志文件、系統日志文件。每個日志文件中都要包括業務流水號、IP 地址、用戶、開始時間、結束時間、具體操作內容、操作結果等[5]。

第四，代碼安全。為最大限度上保證系統運行的安全性，嚴禁在代碼中設置惡意或者是和系統功能無關的程序，進一步規范外部軟件和插件的使用，在集成外部軟件和插件時，必須進行安全檢測和裁剪。

第五，預留后門安全。任何信息化系統在研發階段，必須嚴格杜絕預留后門，以保證系統運行的安全性。

3 系統應用效果和發展趨勢

基于物聯網技術的電力安全工器具系統，相比于傳統粗放式的管理技術，有很多優勢，將其應用到供電所的電力安全工器具管理中，具有非常明顯的應用效果。主要體現在以下幾個方面：

第一，信息全面感知。在電力安全工器具管理倉庫中為實時獲得各項數據，布設了很多終端設備，可實時檢測倉庫中的溫度、濕度、人臉識別、RFID檢測等。從而形成一套集認知、采集、識別等為一體的全面感知體。各終端設備采集到的內容，可通過周期性的時間，通過供電所的局域網，及時傳輸給系統后臺數據中，從而實現電力安全工器具信息數據的實時共享和更新。

第二，無感化管理。在電力安全工器具系統管理層面，可打破電力安全工器具各環節管理時的信息壁壘，徹底解決傳統粗放式管理方式存在信息孤島的問題，基于物聯網技術的電力安全工器具系統，各個模塊能夠相互通信、數據共享、業務融合，從而實現對電力安全工器具的全面管理。而在業務層面上也可以實現運維檢修人員的無感化管理，電力安全工器具的入庫、領用、歸還、送檢、報廢等環節的管理數據都自動形成報表，并輸出到人機交互操作界面上，實現增智減負，提升電力安全工器具管理的智能化水平。

第三，全生命周期管理。供電所電力安全工器具系統系統可實現從電力安全工器具入庫、領用、歸還、送檢、報廢的全生命周期管理，并記錄所有的作業狀態，實現對電力安全工器具使用情況以及檢修情況的快速追溯，保證每種電力安全工器具始終處于安全可用的狀態，保證供電所各項工作開展的安全性和高效性[6]。

基于物聯網技術電力安全工器具系統的發展趨勢為：智慧庫房管理以實現安全、生產、備件“三庫”一體化數字化管理為目標，將以國家電網公司“一體四翼”發展布局為指導，貫徹落實集團“1346”卓越提升三年行動計劃，加快數字化智慧庫房在供電所的推廣應用，助力國家電網公司建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業。

4 結語

綜上所述，結合理論實踐探討了物聯網技術的電力安全工器具系統，探討結果表明，電力安全工器具管理具有很強的復雜性，難度比較大，傳統粗放式的管理方式，難以滿足現代化供電所對電力安全工器具管理的要求。建立起基于物聯網技術的電力安全工器具系統，涵蓋入庫、存放、領用、歸還、送檢、報廢等全生命周期的各個環節，逐步建成“物資定額儲備、庫存信息共享、庫內精準管理、領用快速便捷”的數字化專業倉，從而提升電力安全工器具管理的信息化、數字化。