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随着配电网设备数量日趋庞大，针对配电设备的物理安全和智能管理也变得越来越重要，配网采用的传统机械锁具破解容易、可追踪性差，远不能满足现代电网快速发展的多样化需求，如何既能更好地保护电网资产，又能减少配电运维的工作量呢？
一、无源锁具设计原理
基于的无源高可靠性智能锁内部存在电路结构，但其锁体内部不需要电池，通过NFC天线接收能量瞬间供电开锁。锁具的无源化不但降低了锁具复杂度、节省了锁体的电池成本，而且降低了电池更换带来的维护工作量，提高了锁体的可靠性，锁具结构如图1所示。
图1 锁具结构图
二、电子钥匙设计原理
电子钥匙使用基于TurboNFC(超级NFC)技术的NFC取能芯片作为控制单元，这是一款集成了ISO14443A(非接触式IC卡标准协议)接口的无源微控制单元(Microcontroller Unit，)，此电子钥匙在配合使用常见的带有NFC功能的移动设备时，可以采集到多达300mW的功率，此能量足够支撑无源电子锁完成开锁及通信功能。如配合使用电网专用掌机则无须配置国密安全芯片，但配合手机使用，则必须配置。此时掌机或手机只是作为电子钥匙获取开锁授权数据的传输通道，不存储任何与开锁授权相关的密钥。掌机或手机与电子钥匙通过蓝牙建立连接，绑定形成智能解锁终端，此终端配合专用APP进行无源电子锁的开闭锁及信息录入等操作。
三、锁具系统可靠性研究
1）锁具管理系统与智能解锁终端安全交互。智能解锁终端与锁具管理系统之间可通过4G专网通信，为防止非法设备接入锁具管理系统，要求智能解锁终端在锁具管理系统进行注册绑定，两者之间采用基于128位密钥强度的国密算法进行双端身份认证。在完成设备的合法性验证并建立会话连接后，方可进行设备与平台主站间业务数据的传输，传输过程中需采用特定的密钥对数据进行加密处理，保障数据的机密性和完整性，流程如图2所示。
图2 安全交互流程图
2）智能解锁终端与智能锁具安全交互。智能解锁终端与智能锁之间同样采用基于国密SM1算法的对称密钥进行身份认证，确保智能解锁终端的合法性。智能锁收到授权信息密文时，完成解密获取钥匙ID、证书序号、锁授权码及开锁次数等信息，比对信息的合法性，具体流程如图3所示。
图3 开锁交互流程
验证通过后完成开锁，并将开锁是否成功的信息返回给钥匙，实现无误开、无重开，同时安全存储开闭锁事件日志并上传至智能解锁终端。
四、 锁具系统智能化研究
智能电子锁产品由智能锁具、智能解锁终端和智能锁云平台3部分组成，通过电力专网进行信息的交互。智能电子锁系统组网示意图如图4所示。
图4 系统组网示意图
由图4可知，智能锁具通过与设备相互绑定关联，形成配电中的底层设备感知网络；移动端APP赋能于各类移动智能终端，配合电子钥匙，代替传统机械钥匙，形成统一、独立、安全的智能解锁终端；云平台即锁具管理系统，包含服务器和数据库，作为信息汇集中心，可支撑各类业务应用，且该平台分为本地平台和云平台，可独立对外提供服务，也可与配电运检系统或第三方平台对接提供相关业务应用；平台通过与移动端APP和智能锁具的信息交互，形成了资产、安全和业务的闭环管理体系。
五、 解决的问题和意义
从应用的成效来看，在配电网使用无源高可靠性电子锁系统很好地解决了以下问题：
1）钥匙管理难度大：一把智能解锁终端即可开启管辖内的所有锁具，减轻钥匙管理难度，提高了现场工作人员的工作效率；
2）巡检管理混乱：通过远程授权开锁，可设定开锁权限有效时间段；分级管理，有序作业；授权、取消授权及时生效；实时掌控何人何时开何锁，保证巡检到位率和质量；实时开锁信息通知和开锁记录存储，保证了后期问题的可追溯性；对电力设备提供安全保障，防止非法开锁和设备盗窃，保证设备安全，杜绝因非法开锁造成的触电事故的发生；
5）锁具易坏：管理维护成本降低，节省了机械锁的运维费用。
智能锁作为一个信息交互的节点，将所有位于该地理位置下的锁具控制的门、设备的信息及对其进行的扩展操作信息进行绑定，从而利用门锁节点整合了电网运维所需的全部信息，有效地消除信息孤岛、解决数据的唯一性等问题。系统可以扩展应用并与生产管理信息系统一体化集成，实现设备台账信息、缺陷信息、巡检信息等的可视化共享，实现巡检的标准化作业及缺陷管理流程的统一。可以全面地巩固状态检修管理体系、技术体系和执行体系的建设成果，坚持“一完善、三提高”方针，实现状态检修工作的精益化、标准化及实用化。
将具有物联网思路的无源高可靠性智能锁具用于智能电网的优化建设将成为一种趋势，未来应继续对无源智能锁具进行深入研究，立足电力行业的发展需求，使其在电力行业的可持续发展过程中发挥积极作用。
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