截至2015年底,我國高電壓等級電網里程接近110萬千米。其中國家電網約82萬千米,投入運行的35kV至±800kV輸電線路共計4萬余條,500kV及以上線路14.4萬千米,500kV以下線路67萬余千米。南方電網投入運行的35kV至±800kV各電壓等級輸電線路共計1.3萬余條,25萬余千米。500kV及以上線路4.3萬千米,500kV以下線路21萬余千米。
電網線路的架設還將持續增長,由于架空線路分布很廣,又長期處于露天之下運行,高壓線路經常會受到周圍環境和大自然變化的影響。配電線路設備種類較輸電線路多而復雜,所以巡視時除上述各項進行巡視檢查外,還應對特殊設備進行巡視,如果這些線路全部由人工進行巡檢的話,是很不現實的。
以南方電網為例,南方電網現有輸電線路運檢人員的年均增長率不足3%,2015年底缺員高達34%,且傳統人工巡檢模式巡檢效果差、人工成本高、工作效率低等方面問題突出,已不能滿足電網巡檢的新要求。
隨著科技不斷發展進步,高分辨率可見光照相機(攝像機)、三維激光雷達掃描設備、紅外熱成像儀、紫外成像儀、多光譜成像儀等檢測裝備豐富了輸電線路運檢手段。特別是近幾年,我國通航領域政策逐步放開,加上無人機飛行平臺技術快速進步,有效推動了直升機和無人機搭載專用傳感器載荷巡視輸電線路的實施,并促進輸電線路巡檢模式由人工巡檢模式向直升機和無人機巡檢模式轉變。
如今,有些巡線工作正在被巡線機器人、直升機、無人機等手段所取代,但人工的作用還不能全部被取代,而且那些現代設備也需要線路工來操控、管理。
在國內利用無人機進行電力巡檢的公司雖不算多,但數量也在逐漸增加中。
國家電網與南方電網 開拓無人機電力巡檢應用
傳統的電力巡檢方式,人員作業風險高、效率低。為了改變線路運維人員捉襟見肘的現狀,近幾年,無人機在電力系統的應用越來越廣泛。國家電網公司和南方電網分別在2009年和2011年開始無人機巡檢試點。2013年,南方電網開始部署在全網推廣輸電線路機巡作業,國家電網也在十個省份推廣新興巡檢模式試點2015年和2016年全面推廣。
國家電網公司方面:
首都通用航空公司于2009年被國家電網收購,國網通用航空有限公司在此基礎上誕生,國家電網由此便有了可以提供專業的直升機電力作業的服務平臺,有利于開展基建施工、科學試驗、電網運維、應急搶險等業務。
國網通航公司成立后發展迅速,直升機從成立初期的6架增加至27架,可進行直升機外掛載荷飛行(帶電檢修和帶電水沖洗、基建施工)、無人機空中巡查(直升機/無人機電力巡線、激光掃描)、組塔施工、科學實驗、應急救援等作業。
無人機方面,國家電網2013年4月選取10個單位為試點單位,通過兩年多時間的無人機巡檢試點,于2015年全面推廣實施。2017年7月央視就對國家電網使用無人機牽引繩飛躍怒江天險,助力堪稱中國電力建設史上迄今最復雜、最具挑戰的高原輸變電工程——藏中電力聯網工程一舉進行了特別報道。
從這些例子中我們也不難看出,無論是國家電網公司還是南方電網公司,在電力巡檢上都開始布局使用無人機這一先進設備。
南方電網公司方面:
2015年全網推廣多旋翼無人機,發布標準體系,2016年承接公司“十三五規劃”要求,提升電網巡檢效率和質量。目前全網配置有各型號無人機一千余架,累計巡檢上萬架次,主要用于開展線路驗收、特巡、故障點查找等工作。
日常巡視中,根據不同的地形,無人機巡視效率約是人工的6倍到10倍;對于導線上外飄物隱患的處理,傳統人工需要5-8小時,且線路需要停電,利用無人機帶電作業,可快速清除外飄物,用時只需15-20分鐘。無人機如搭載紅外測溫設備,現場人員大約十分鐘就能完成過去約40分鐘的人工登塔測溫作業,工作效率提升了4倍。
依照南方電網規劃,2020年將實現“機巡為主,人巡為輔”的智能化、可視化巡檢模式。其中,廣東電網公司在《“十三五”輸配電線路“機巡+人巡”協同巡檢實施方案》中指出,到2020年廣東電網公司要實現110千伏及以上線路機巡覆蓋不少于90%,機巡占比不少于60%,線路巡檢成本降低20%以上。
隨著無人機航拍技術的發展,遙感技術的不斷成熟,可以利用無人機獲取極為清晰的數據,并且根據數據進行分析電路情況,這與人工巡檢相比,完全是從手動流轉向了技術流的節奏。而隨之而來的是時間的節約,人們不用浪費大量的時間在巡線的途中,節約下來的時間就完全可以用到真正的線路維護上去,線路安全也將得到提高。
就是在這樣的背景下,無人機電網巡檢產業得到了快速發展。無論是無人機飛行平臺的制造廠家,或是無人機傳感器的制造企業,亦或是無人機服務公司,還是風險投資公司,都瞄準了這個快速發展的新興產業。正因為是新興產業,所以在面對巨大發展機會的同時,也將面臨諸多的不確定性。
廣證恒生高端裝備行業分析師趙巧敏在研報中指出,由于電力需求的區域性和分散性,無人機電力巡檢領域競爭格局較為分散。雖然行業有一定進入壁壘,但并非堅不可摧,已進入者眾多。
規范化與市場化 齊同并進
從國家電網來看,“十三五”發展要求以提升電網安全運行水平為目標,科學有序推進直升機、無人機、人工相互協同巡檢工作,最終建成“機巡為主、人巡為輔”的新巡檢模式,持續提升輸電線路巡檢質量、效率、效果,實現安全、成本、效能整體最優。
至2020年,持續完善直升機機群配置和基地建設,實現直升機巡檢能力的優化配置;優化完善無人機巡檢管理和技術支撐體系建設,各省(區、市)公司無人機巡檢系統按需配置,全面實現標準化作業;全面開展輸電線路直升機、無人機和人工協同巡檢。
《南方電網公司關于全面推進“十三五”改革發展的若干意見》(南方電網辦〔2016〕1號)、《南方電網公司“十三五”電網運營規劃》、《南方電網公司“十三五”創新驅動規劃》指出:全面推行“機巡+人巡”的巡線模式,大力推進先進技術與裝備應用,開展“機器代替人”的綜合研究與應用,推廣監測檢測技術、智能作業技術、互聯網+、大數據等先進技術,加快推進設備狀態在線監測、無人機、機器人等新技術新設備應用。
將發展機巡業務列為設備集成應用領域的重要科研方向,輸電運維關鍵技術包括:架空輸電線路運行狀態無人機高效巡維技術研究和應用,架空線路智能兩棲巡線機器人關鍵技術研究,智能巡檢機器人的研發和應用,以及懸掛外飄物安全清除技術研究。
行業規范及標準逐步完善,促進產業有序發展。
① 國網機巡作業的相關規范
2015年底國網頒布了《架空輸電線路無人直升機巡檢系統》、《架空輸電線路無人機巡檢系統配置導則》、《架空輸電線路固定翼無人機巡檢系統》、《架空輸電線路固定翼無人機巡檢技術規程》、《架空輸電線路直升機巡檢作業規范》等5項企業標準,指導國網機巡業務開展。
② 南方電網機巡作業的相關規范
南方電網則頒布了《南方電網輸電線路“機巡+人巡”協同巡檢工作指導意見》(南方電網設備〔2016〕19號)《南方電網架空輸電線路直升機巡視業務推進方案》(南方電網設備〔2014〕21號)《中國南方電網有限責任公司架空輸電線路直升機巡視管理業務指導書》(南方電網設備〔2014〕22號)等十余項企業標準及制度,指導南網機巡業務開展。
③《無人駕駛航空器系統標準體系建設指南(2017-2018年版)》
2017年5月國家標準委辦公室、科學技術部辦公廳、工業和信息化部辦公廳、公安部辦公廳、農業部辦公廳、國家體育總局辦公廳、國家能源綜合司、中國民用航空局綜合司等八家部委聯合發布了《無人駕駛航空器系統標準體系建設指南(2017-2018年版)》,從而發揮標準的引領和支撐作用,加快推進無人駕駛航空器系統產業發展。
(3)無人機安全管理體系建設滯后行業發展,帶來新的風險挑戰。
雖然陸續有促進無人機產業發展的指導性文件和標準出臺,但無人機安全管理體系建設發展滯后,作業合規性挑戰性大。無人機適航體系、操作人員資質管理體系、空域申報體系均尚未建立完整的管理法規,強制性管理要求的缺失造成了目前無人機應用存在混亂的情況,無人機干擾正常空域使用的情況時有發生。
這給無人機巡線業務的發展帶來了新的管理挑戰,尤其是近期各地紛紛出臺地方無人機管理(試行)規定,在政策執行尺度不明朗的情況下,部分供電局無人機電網巡檢工作因此出現了停擺現象。