国内外电力巡检机器人发展历程
电力自动化一直是中国电力行业发展的大趋势，预计2020年能达到1100亿的市场规模。而“智能电网”一直都是电力自动化的热点话题之一，主要包括配电自动化、调度自动化、以及变电自动化三个方面。电力巡检机器人是实现电力自动化的重要部分，能够有效降低人工成本，提高巡检效率，减少错误。那么，电力巡检机器人的市场竞争格局究竟是什么样的呢？
请看，今天的在“智能电网”的大背景下，电力巡检机器人行业竞争格局究竟如何？
一、电力巡检机器人行业市场综述
(一)电力巡检机器人定义及分类
1.定义
电力巡检机器人是电力特种机器人系列中的一种，主要用于代替人工完成变电站巡检工作。电力巡检机器人主要应用于室外变电站，可对站内变电设备开展红外测温、表计读数、分合执行机构识别及异常状态报警等功能，并提供巡检数据的实时上传和数据分析、信息显示和报表自动生成等后台功能，是智能变电站运维技术发展的重点方向之一。
2.分类
电力巡检可分为定期巡视、特殊巡视、夜间巡视以及故障巡视四种。
(1)定期巡视
线路在正常运行情况下，按规定的时间进行巡视叫定期巡视或叫正常巡视，也称周期巡视。定期巡视的目的在于经常掌握线路各部件的运行状况及沿线情况，并搞好群众性的护线工作。
定期巡视的周期一般为一个月。但根据线路的具体情况也可以延长或缩短周期.巡视周期确定后，未经上级有关同意，不得改变巡视周期。每次按周期巡视的日期，前后误差一般不应大于5天。
定期巡视，一般都实行专人负责制(实行定人员，定线段，定时间)，即根据线路的长度，地形、地貌和交通情况，每两人负责一定长度的线段，按规定的周期进行定期巡视，并整理资料。
(2)特殊巡视
当气候发生突然变化(如气温、气温、暴风雨、覆冰等)或遇自然灾害(地震、河水泛滥或森林起火)，线路过负荷运行及其它特殊情况时，应对全线或某几段线路或某些部件进行巡视，称为特殊巡视。特殊巡视在于发现线路的异常现象及部件的变形损坏情况。
(3)夜间巡视
在线路正常运行情况下，有些现象白天不容易发现，在夜间容易发现，所以要求在夜间进行巡视，简称夜间巡视。夜间巡视主要是检查导线连接器的发热情况，绝缘子的污秽情况。因为绝缘子的污秽或导线连接器接触不良发生的火花放电以及导线电晕等现象，在夜间容易发现。
(4)故障巡视
当线路发生故障跳闸时，应立即组织巡视，叫故障巡视。故障巡视的目的在于及时查明线路发生故障的原因，找出故障位置并查明故障造成的破坏情况，以便准备抢修器材和研究抢修办法，并制定防止类似故障的措施。
每一条线路应做好故障巡视分段表和示意图，图中标明巡视时的停车地点、人员分散和接送的路线，以便发生故障时，无论何时都能及时组织人员迅速进行巡视。
(二)电力巡检机器人发展历程
1.国外电力巡检机器人发展历程
(1)发展初期(1980-2000年)
电力巡检机器人的早期研究主要集中在日本、美国等国家，早在1980年，日本就开始将移动机器人应用于变电站中，采用磁导航方式，搭载红外热像仪，对154kV-275kV变电站的设备致热缺陷进行检测；八十年代末期，日本研制出了地下管道监控机器人，用于监测275kV地下管网内的温度、湿度、水位、甲烷气体、声音、超声、彩色视频图像等；九十年代，日本又研制出了涡轮叶片巡检机器人，配电线路检修机器人等应用于不同场景的巡检机器人。
(2)快速发展期(2000年至今)
进入新世纪，欧美国家在巡检机器人上的技术进行了革新。2008年，巴西学者J.K.C.Pinto等人设计了一种配备WiFi和红外热像仪的高空滑行变电站巡检机器人，对变电站电力设备的致热点进行检测；美国研发的变电站检测机器人，能够实现电力设备自动红外检测，并使用检测天线定位局部放电位置。2013年，加拿大研制出了一种检测及操作机器人，采用GPS定位方式，在735kV变电站实现视觉和红外检测，并能远程执行开关分合操作。新西兰研制的电力巡检机器人，采用GPS定位，具备双向语音交互以及激光避障功能。
2.国内电力巡检机器人发展历程
(1)发展初期(1999-2005年)
国内针对巡检机器人研究起步较晚，早期以国网下属实验室、高等院校等机构为主。上世纪90年代末，在国家“863计划”支持下，武汉大学、中科院沈阳自动化所等高校先后开始研制巡线机器人，武汉大学成功研制出架空高压输电线路三种机型(单导线、多分裂导线和沿架空地线自主巡线)，沈阳自动化研究院于2012年研制出轨道式巡检机器人，可在东北冬季天气情况下实现全天候巡检。1999年，电网山东省下属电力科学研究院也开始变电站巡检机器人研究，2002年成立电力机器人技术实验室并同样得到国家“863计划”资金支持，并于2004年研制出台功能样机。
(2)快速发展期(2013年至今)
2013年国网集采开启机器人大规模商业运用，市场空间被打开。2013年变电站巡检机器人进入电网集采招标目录，并自此几乎每年(2017年除外)都是国网集采产品。国网对变电巡检机器人的采购，反映了市场对电网智能化辅助设备的需求，市场空间被打开。
我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展，振兴制造业、实现工业化是我国经济发展的重要任务。近年来，电网和南方电网相继推出电网信息化、智能化的目标与计划，在此大环境下，机器人巡检将取代人工巡检，市场前景广阔
(三)电力巡检机器人市场规模
电网自2013年开始对变电站巡检机器人招标，巡检机器人市场开始进入全面推广阶段。2013-2015年间，电网对变电站智能巡检机器人集采数量分别为100、280、430台，到2016年已投入运行约1000台，市场规模快速增长。2018-2020年国内巡检机器人市场总需求约为477亿元，年均需求约159亿：分别对应变电站巡检机器人9000台，市场空间72亿；配电站巡检机器人8.1万台，市场空间405亿元。
全国297个地级市大概有配电站30万座，根据《配电网建设改造行动计划(2015-2020年)》，2020年国内配电自动化覆盖率将达到90%，预计2020-2025年国内室内机器人年需求量超过10000台。
电网在2013-2019年变电站机器人的招标量呈现震荡上升趋势，2013年招标量为100台，2019年招标量接近300台。
下图为2013-2019年电网变电站机器人招标量：
另外有报告显示，截至2019年，我国电力巡检机器人市场规模已经达到12亿元。在特高压及智能电网建设的推动下，到2023年，预计国内电力巡检机器人市场规模或将突破50亿元。在市场、政策等多方面积极因素影响下，电力巡检机器人已然进入了发展提速期，普及速度将进一步加快。
(四)电力巡检机器人产业链分析
1.上游
电力巡检机器人行业的上游环节分为三个部分：原材料、系统集成、核心零部件。其中原材料主要包括铝合金等传统材料以及碳纤维等新材料。核心零部件主要包括精密减速器、伺服电机以及控制器。
2.中游
电力巡检机器人产业链中游环节为机器人本体制造。主要负责对输变电监测产品、配电及自动化控制产品的生产，并且还需对输变电监测、配电及自动化控制制定方案。涉及上市公司：朗驰欣创、科大智能、亿嘉和、申昊科技、大立科技。
3.下游
处于行业下游的是终端客户，在电力巡检机器人行业中，终端客户是电网公司、发电企业等。巡检机器人产业的客户区域特征明显。以地处江苏的亿嘉和为例，2017年亿嘉和来自江苏省的营收占总营收比重为73.73%，大客户是江苏省电力公司，占比为51.28%。客户区域特征明显与电网系统内部区域发展不平衡有关，也和电网系统强渠道的采购特征有关，是两方面共同作用的结果。
二、电力巡检机器人行业驱动因素分析
(一)机器人巡检较人工巡检优势明显
人工巡检重复工作，数据存档及应用繁琐。机器人巡检可以有效减少人工工作量，巡检数据更具客观性，除了个别因角度、位置等因素无法识别的设备外，巡检数据识别较人工更有效。机器人巡检单站应用及疾控应用方式均比人工巡检便利，且更适合缺陷跟踪。
(二)两网加速融合，巡检机器人持续受益
坚强智能电网 泛在电力物联网深度融合是电力行业未来发展方向。坚强智能电网是基础，支撑电力系统能源流的安全稳定传输，泛在电力物联网是“神经网络”，实现电力系统“源-网-荷-储”各环节信息流采集和归集处理。两者深度融合，实现能源流、数据流和与业务流的三流合一，助力国网成为能源互联网企业。
(三)渗透率不断提升，行业市场潜力大
截至2017年底，室外机器人渗透率约为5%，室内机器人渗透率约为1%。室外机器人方面，根据中国电力企业联合会统计，截至2017年底国内110kv及以上的变电站数量超过20000个，2017年底全国室外机器人保有量为1000台，若根据变电站配置为一机一站(即一个变电站配置一台机器人)测算，渗透率仅为5%。室内机器人方面，按平均每个地级市1000座配电站估计，全国297个地级以上城市(含4直辖市)大约拥有配电站30万座，根据亿嘉和2015-2017年销售数量768台，及三年平均约80%计算，国内室内巡检机器人保有量为约不足1000台，若根据配电站配置为一机二站(即两个配电站适配一台机器人)测算，渗透率仅约为1%。
三、电力巡检机器人行业制约因素分析
(一)技术难关待突破，产品需进行定制
目前对于大多数已投入运行的电力巡检机器人基本能够完成对站内一次设备的全面巡检，但由于站内直流系统及二次设备多位于变电站独立的小室或是主控楼内，需要对巡检机器人进行定制化，使其能够完成对二次设备与直流系统完成巡检，这会在一定程度上会制约行业发展。
恶劣天气抗干扰力不强。在雾霾天气中，采用激光制导的智能巡检机器人可能会受到雾霾天气的影响，同样在大雪、大雨等恶劣天气中也有类似的问题。巡检机器人在巡检过程中要借助远距离超声听障和近距离物体感应装置，避免巡检机器人在巡检过程中碰到障碍物而受到损坏。这将导致巡检机器人可能将杂草等物体识别为障碍物，从而导致巡检无法正常进行直到电量用尽，此时还需要工作人员将其运回充电处，消耗不必要的时间成本以及人力成本。
(二)国内产业基础技术薄弱，人才匮乏
随着机器人技术和产业的不断提升，以及产业化分工越来越细化，机器人研发与生产企业对上下游产业链的依赖逐步加深，由于中国机器人产业基础相对薄弱，行业长期被国外企业垄断，产业链发展水平制约了电力巡检机器人的发展速度，质量以及产品核心竞争力。
电力巡检机器人属于多学科混合、技术密集型产品，且属新兴产业，对于研发人才、技术水平的深度和广度均有很高的要求；同时，为确保电力产品售后服务与安全运维，营销服务人员也必须掌握相关技术。目前，精通相关领域的高素质复合型人才较为匮乏，掌握先关技术基础的营销服务人员也不多，因此技术人才和营销人才的缺乏将在一定程度上制约行业发展。
(三)技术稳定性不够，且产品存在同质化倾向
国内电力巡检机器人在技术稳定性、拓展性等方面存在一定不足，自主移动、自主决策能力尚显欠缺，要想实现真正的24小时无人值守依然困难重重。同时，电力巡检机器人与5G、物联网等技术的融合应用还有待进一步挖掘。
另一方面，国内电力巡检机器人行业发展较快，不免存在部分泡沫化问题，业内企业在核心技术水平上参差不齐，产品的实际质量不够稳定，存在局部的“低端化”“同质化”倾向。因而，电力巡检机器人行业需要加快标准化进程，切实规范行业整体发展。
四、电力巡检机器人行业政策因素分析
2016年来，为推进我国机器人产业技术创新与应用推广，政府出台多项政策鼓励我国机器人行业整体发展。早在2016年，、国家发展改革委、等三部委联合印发了《机器人产业发展规划(2016-2020年)》，为“十三五”期间我国机器人产业发展描绘了清晰的蓝图。
五、电力巡检机器人行业发展趋势分析
(一)市场潜力巨大，机器人巡检将替代人工巡检
目前，我国电站数量持续增长，特高压、智能电网建设继续推进，电力巡检机器人发展空间广阔。数据显示，我国变电站数量超2万座，全国各地大概有配电站30万座。据此进行估算，国内变电站巡检机器人市场规模将突破400亿元，配电站巡检机器人市场规模有望达到200亿元。
国内电力之一的国网公司正快速推动电力巡检机器人的推广应用，应用区域已经覆盖了广西、浙江、江西、山东、北京、天津、广东、山西等全国十几个省、自治区和直辖市。在主要市场用户的支持下，国内电力巡检机器人市场的快速增长也就有了保障。
(二)巡检将进入无人化、智能化时代
近年来，电力巡检机器人开始愈发受到欢迎，出现在越来越多的国家和地区。电力巡检机器人能够代替人工完成大部分自动化巡检工作，既具备了人工巡检的便捷性，同时也克服了很多人工巡检作业中的不足，可以24小时不间断地监测电力设备状态，从而保障变电站等重要电力设备、设施的安全稳定运行。
专家表示，在变电站、管道设施、桥梁隧道等潜在危险场景中，无人化、智能化转型是主流趋势，巡检机器人、巡检无人机、管道机器人等智能装备的应用将会越来越普遍。总体来看，用电力巡检机器人代替人工巡检作业有着明显价值，市场潜力值得期待。
(三)两大电网快速推进智能化发展，机器人是重要组成部分
近年来，电网和南方电网相继推出电网信息化、智能化的目标与计划。以电网提出的“泛在电力物联网”为例，其结构是以信息网络与平台化为基础的泛在电力物联网和以电网可靠性为目标的坚强智能电网的结合。针对坚强智能电网，机器人介入后以自动化监控、识别、传输、响应、检修来替代人工，有望大幅提升电网传输的可靠性。
变电站/配电房巡检系统(吊装轨道式机器人)
设计方案
1、 项目背景
1.1传统的人工巡检难以适应发展要求
目前电力公司对于所管辖的配电房、开关室，例行巡检每月1次，红外测温巡测每月1次，全部依赖于人工巡视作业。在高负荷期间和有特殊保供电要求时，须增加巡检频次。
随着近年来电网飞速发展，生产人员不足和巡检工作量增加之间的矛盾日益突出，而运维一体化等工作在扩展业务范围的同时也给变电运维工作提出了更高的要求，在这样的形势下，传统的“人工巡检、手动记录”的巡检作业方式难以适应电力系统精益化、集约化的发展要求。
机器人 (3).png
1.2电力巡检机器人的研究意义重大
电力安全巡检工作对保障电力安全生产至关重要。除人工巡检以外，目前变电站/配电房内通常采用数量有限的固定传感器及固定监控摄像头进行监测，很难全面的、准确的、实时的检测并获得设备的运行状态。
通过智能轨道巡检机器人的应用，对减少工作量、提高操作维护效率和设备异常应急处理速度有明显的效果，主要体现在以下二个方面：
一是大大降低操作维护人员工作台的强度。
二是缩短应急响应时间。使用机器人检测系统后，可为操作维护人员提供远程视频，缩短处理时间。
智能轨道巡检机器人可在设备运转期间对设备进行多方位、多功能监测并做出及时预警，对保障电力设备正常运转，提高设备巡检效率与质量、减少巡检人员数量具有重要意义。
2、 电力轨道式智能巡检机器人系统设计
2.1项目目标
本项目实现开关柜红外测温、局放检测、柜面及保护装置信号状态指示等的自动识别，继保室保护屏柜压板状态、空开位置、装置信号灯指示以及数显仪表的自动识别读数。并且采用无缝滑环型导轨取电，实现24小时不间断巡视，也可自定义周期和设备进行特殊巡视。
智能轨道巡检机器人可沿轨道精确定位检测点，通过搭载的传感器采集设备参数、环境信息，实现视频监控、仪表的智能读表以及信息传输等功能，代替人工巡检方式，提高巡检效率和安全性，达到“自动化减人”的目的。
2.2总体思路与技术路线
电科恒钛变电站/配电房巡检机器人(吊装轨道式)系统，是一款可定制室内巡检机器人，能够在开闭所/配电房等室内环境内使用，通过搭载的图像、红外、声音、气体等多种传感检测设备，实现对电力电气设备的智能化巡检、监测和预警等功能，有效提高运营效率,降低运营维护成本。同时，结合在人工智能、大数据等领域的优势，巡检机器人还提供更多定制化服务。
其中，轨道巡检机器人为采用轨道移动方式，搭载高清摄像机及红外热成像仪，实现实时监控与红外热成像诊断；集成有害气体、烟雾、光照度、温湿度等传感器以及定位装置，使用户实时掌控电力环境。
智能轨道型电力巡检机器人系统主要包括：
(1)感知层：通过机器人搭载环境检测设备、红外热成像仪、高清摄像机，完成对室内现场设备运行及环境状态的采集；
(2)网络层：对来自现场检测设备状态参数及工作参数的网络传输，将相关数据传输至上层信息管理层；
(3)应用层：对感知层上传的数据进行数据分析、存储和展示。
3、 总体技术要求
序号
功能
简述
1、移动高清视频监控
实现配电房、开关室内实时移动可见光/高清视频监控
2、表计识别
实现电力表记的自动识别与数据统计；状态灯、开关柄位置、箱门开闭状态的识别。
3、有毒、可燃气体检测
可以实时监测甲烷、一氧化碳、硫化氢、氧气等气体浓度和烟雾，当浓度不在安全范围内时在本地和远程中心管理平台进行声光报警。
4、照明状态识别
室内渗水识别发现；室内照明设备工作状态识别；
5、红外热成像监测
采用红外热成像监测通过整个室内进行扫描式测温，全面掌握设备温度情况。自动巡检过程中，自动发现温度超限节点和区域，依照行业规范对巡检设备进行温度检测，对缺陷或故障进行自动分析判断，并预警。
6、关键点精确测温
实现对母线接头等关键点定点测温
7、缺陷定点跟踪测温
实现对点或对区域热缺陷进行定时定点巡检，采集数据
8、环境检测
实现对室内的温度、湿度、漏水、环境噪音、设备工作噪音等环境信息的监测
4、技术参数
性 能
参数
性 能
参数
载重
28kg
升降范围
标配2m(1~2m可选)
工作温度
-10°C～+55°C / ≤90%
输入/输出电压/功率
AC220V/DC24V、50Hz/120W
巡检轨迹
巡轨道直线运行
水平移动速度
10～15m/min
云台载重
20kg
垂直升降速度
0.9～3.6m/min
供电方式
拖链保护式供电
定位方式
步进电机编码器定位
通信方式
PLC电力线载波通讯
通信带宽
RJ45网线接口、10m/100m
升降云台结构
交叉套叠式
预置位数量
0-255
主机外形尺寸/重量
长70CM×宽40CM×高45CM/23KG
升降云台外形尺寸/重量
长26CM×宽26CM×30CM
6～9KG
5、 轨道机器人功能特点
5.1.转弯&爬坡能力强
智能巡检机器人可沿轨道畅行，最小拐弯半径可低至500mm，爬坡能力可达30°。机器人在经过弯道、坡道等特定位置，在靠近这些路段10米处，机器人读取RFID信息，机器人自动减速慢行，以保证机器人安全通过特殊路段，通过特殊路段后，又读取到新的RFID信息后，机器人确定通过特殊路段，开始自动提速正常巡检速度(10m/min)运行。
5.2.灵活的检测机构
主检测单元由高清网络摄像机、红外热像仪和高精度云台等模块组成。采用全铝机身设计，耐候性强，采用全新的传动系统，云台定位精度高，0~360°连续旋转，具备较大的保持力矩，不会因为摄像机的震动而使云台发生偏移。
5.3.数据分析与报表报告功能
中心报表系统能够自动存储、统计和智能分析处理海量数据，如巡检点数据查询与统计，报警信息查询与缺陷异常分析，环境记录数据和红外测温数据分析。所有报告及报表支持查询、导出和打印。导出数据支持EXECL格式和文字格式，导出信息齐全，记录准确且完整，方便存储、汇报、决策和作归档处理等。
6、 机器人运行模式
6.1.自主巡检——运行人员根据巡检时间、周期、路线、目标、类型(红外、可见光、局放等)灵活进行任务定制，机器人按照定制任务进行自主巡检。
6.2.定点巡检——运行人员选择部分设备进行巡检，系统自动生成巡检路线并执行定点任务。
6.3.遥控巡检——运行人员通过后台手动控制界面，控制机器人执行巡检任务。
7、 结论
智能巡检机器人是促进电网智能化的创新手段。变电站检测中遇到的紧急、困难、危险、重复性工作，由变电站智能检测机器人代替人工完成。巡检机器人可携带红外热像仪、可见光CCD等相关变电所设备检测装置，在各种气候条件下巡检，按照固定的路线，自动识别电力设备内部的热缺陷、外部的机械或电气问题(如异物、损伤、发热等)。为操作员提供诊断电源。设备运行中的隐患和故障前兆数据。通过人机界面，生成设备的历史温度曲线，提高设备运行状态的可预测性，为基于状态的维修或状态评估提供有效的数据支持，从而减少事故的发生；不断探索声监控的实际应用。存储诊断系统；不断深化和推广基于应用机器人的运行维护管理模式，有效提升核心管理水平。