電力自動化一直是中國電力行業發展的大趨勢，預計2020年能達到1100億的市場規模。而“智能電網”一直都是電力自動化的熱點話題之一，主要包括配電自動化、調度自動化、以及變電自動化三個方面。電力巡檢機器人是實現電力自動化的重要部分，能夠有效降低人工成本，提高巡檢效率，減少錯誤。那么，電力巡檢機器人的市場競爭格局究竟是什么樣的呢？
請看，今天的在“智能電網”的大背景下，電力巡檢機器人行業競爭格局究竟如何？
一、電力巡檢機器人行業市場綜述
(一)電力巡檢機器人定義及分類
1.定義
電力巡檢機器人是電力特種機器人系列中的一種，主要用于代替人工完成變電站巡檢工作。電力巡檢機器人主要應用于室外變電站，可對站內變電設備開展紅外測溫、表計讀數、分合執行機構識別及異常狀態報警等功能，并提供巡檢數據的實時上傳和數據分析、信息顯示和報表自動生成等后臺功能，是智能變電站運維技術發展的重點方向之一。
2.分類
電力巡檢可分為定期巡視、特殊巡視、夜間巡視以及故障巡視四種。
(1)定期巡視
線路在正常運行情況下，按規定的時間進行巡視叫定期巡視或叫正常巡視，也稱周期巡視。定期巡視的目的在于經常掌握線路各部件的運行狀況及沿線情況，并搞好群眾性的護線工作。
定期巡視的周期一般為一個月。但根據線路的具體情況也可以延長或縮短周期.巡視周期確定后，未經上級有關同意，不得改變巡視周期。每次按周期巡視的日期，前后誤差一般不應大于5天。
定期巡視，一般都實行專人負責制(實行定人員，定線段，定時間)，即根據線路的長度，地形、地貌和交通情況，每兩人負責一定長度的線段，按規定的周期進行定期巡視，并整理資料。
(2)特殊巡視
當氣候發生突然變化(如氣溫、氣溫、暴風雨、覆冰等)或遇自然災害(地震、河水泛濫或森林起火)，線路過負荷運行及其它特殊情況時，應對全線或某幾段線路或某些部件進行巡視，稱為特殊巡視。特殊巡視在于發現線路的異常現象及部件的變形損壞情況。
(3)夜間巡視
在線路正常運行情況下，有些現象白天不容易發現，在夜間容易發現，所以要求在夜間進行巡視，簡稱夜間巡視。夜間巡視主要是檢查導線連接器的發熱情況，絕緣子的污穢情況。因為絕緣子的污穢或導線連接器接觸不良發生的火花放電以及導線電暈等現象，在夜間容易發現。
(4)故障巡視
當線路發生故障跳閘時，應立即組織巡視，叫故障巡視。故障巡視的目的在于及時查明線路發生故障的原因，找出故障位置并查明故障造成的破壞情況，以便準備搶修器材和研究搶修辦法，并制定防止類似故障的措施。
每一條線路應做好故障巡視分段表和示意圖，圖中標明巡視時的停車地點、人員分散和接送的路線，以便發生故障時，無論何時都能及時組織人員迅速進行巡視。
(二)電力巡檢機器人發展歷程
1.國外電力巡檢機器人發展歷程
(1)發展初期(1980-2000年)
電力巡檢機器人的早期研究主要集中在日本、美國等國家，早在1980年，日本就開始將移動機器人應用于變電站中，采用磁導航方式，搭載紅外熱像儀，對154kV-275kV變電站的設備致熱缺陷進行檢測；八十年代末期，日本研制出了地下管道監控機器人，用于監測275kV地下管網內的溫度、濕度、水位、甲烷氣體、聲音、超聲、彩色視頻圖像等；九十年代，日本又研制出了渦輪葉片巡檢機器人，配電線路檢修機器人等應用于不同場景的巡檢機器人。
(2)快速發展期(2000年至今)
進入新世紀，歐美國家在巡檢機器人上的技術進行了革新。2008年，巴西學者J.K.C.Pinto等人設計了一種配備WiFi和紅外熱像儀的高空滑行變電站巡檢機器人，對變電站電力設備的致熱點進行檢測；美國研發的變電站檢測機器人，能夠實現電力設備自動紅外檢測，并使用檢測天線定位局部放電位置。2013年，加拿大研制出了一種檢測及操作機器人，采用GPS定位方式，在735kV變電站實現視覺和紅外檢測，并能遠程執行開關分合操作。新西蘭研制的電力巡檢機器人，采用GPS定位，具備雙向語音交互以及激光避障功能。
2.國內電力巡檢機器人發展歷程
(1)發展初期(1999-2005年)
國內針對巡檢機器人研究起步較晚，早期以國網下屬實驗室、高等院校等機構為主。上世紀90年代末，在國家“863計劃”支持下，武漢大學、中科院沈陽自動化所等高校先后開始研制巡線機器人，武漢大學成功研制出架空高壓輸電線路三種機型(單導線、多分裂導線和沿架空地線自主巡線)，沈陽自動化研究院于2012年研制出軌道式巡檢機器人，可在東北冬季天氣情況下實現全天候巡檢。1999年，電網山東省下屬電力科學研究院也開始變電站巡檢機器人研究，2002年成立電力機器人技術實驗室并同樣得到國家“863計劃”資金支持，并于2004年研制出臺功能樣機。
(2)快速發展期(2013年至今)
2013年國網集采開啟機器人大規模商業運用，市場空間被打開。2013年變電站巡檢機器人進入電網集采招標目錄，并自此幾乎每年(2017年除外)都是國網集采產品。國網對變電巡檢機器人的采購，反映了市場對電網智能化輔助設備的需求，市場空間被打開。
我國目前正從勞動密集型向現代化制造業方向發展，振興制造業、實現工業化是我國經濟發展的重要任務。近年來，電網和南方電網相繼推出電網信息化、智能化的目標與計劃，在此大環境下，機器人巡檢將取代人工巡檢，市場前景廣闊
(三)電力巡檢機器人市場規模
電網自2013年開始對變電站巡檢機器人招標，巡檢機器人市場開始進入全面推廣階段。2013-2015年間，電網對變電站智能巡檢機器人集采數量分別為100、280、430臺，到2016年已投入運行約1000臺，市場規模快速增長。2018-2020年國內巡檢機器人市場總需求約為477億元，年均需求約159億：分別對應變電站巡檢機器人9000臺，市場空間72億；配電站巡檢機器人8.1萬臺，市場空間405億元。
全國297個地級市大概有配電站30萬座，根據《配電網建設改造行動計劃(2015-2020年)》，2020年國內配電自動化覆蓋率將達到90%，預計2020-2025年國內室內機器人年需求量超過10000臺。
電網在2013-2019年變電站機器人的招標量呈現震蕩上升趨勢，2013年招標量為100臺，2019年招標量接近300臺。
下圖為2013-2019年電網變電站機器人招標量：
另外有報告顯示，截至2019年，我國電力巡檢機器人市場規模已經達到12億元。在特高壓及智能電網建設的推動下，到2023年，預計國內電力巡檢機器人市場規模或將突破50億元。在市場、政策等多方面積極因素影響下，電力巡檢機器人已然進入了發展提速期，普及速度將進一步加快。
(四)電力巡檢機器人產業鏈分析
1.上游
電力巡檢機器人行業的上游環節分為三個部分：原材料、系統集成、核心零部件。其中原材料主要包括鋁合金等傳統材料以及碳纖維等新材料。核心零部件主要包括精密減速器、伺服電機以及控制器。
2.中游
電力巡檢機器人產業鏈中游環節為機器人本體制造。主要負責對輸變電監測產品、配電及自動化控制產品的生產，并且還需對輸變電監測、配電及自動化控制制定方案。涉及上市公司：朗馳欣創、科大智能、億嘉和、申昊科技、大立科技。
3.下游
處于行業下游的是終端客戶，在電力巡檢機器人行業中，終端客戶是電網公司、發電企業等。巡檢機器人產業的客戶區域特征明顯。以地處江蘇的億嘉和為例，2017年億嘉和來自江蘇省的營收占總營收比重為73.73%，大客戶是江蘇省電力公司，占比為51.28%。客戶區域特征明顯與電網系統內部區域發展不平衡有關，也和電網系統強渠道的采購特征有關，是兩方面共同作用的結果。
二、電力巡檢機器人行業驅動因素分析
(一)機器人巡檢較人工巡檢優勢明顯
人工巡檢重復工作，數據存檔及應用繁瑣。機器人巡檢可以有效減少人工工作量，巡檢數據更具客觀性，除了個別因角度、位置等因素無法識別的設備外，巡檢數據識別較人工更有效。機器人巡檢單站應用及疾控應用方式均比人工巡檢便利，且更適合缺陷跟蹤。
(二)兩網加速融合，巡檢機器人持續受益
堅強智能電網 泛在電力物聯網深度融合是電力行業未來發展方向。堅強智能電網是基礎，支撐電力系統能源流的安全穩定傳輸，泛在電力物聯網是“神經網絡”，實現電力系統“源-網-荷-儲”各環節信息流采集和歸集處理。兩者深度融合，實現能源流、數據流和與業務流的三流合一，助力國網成為能源互聯網企業。
(三)滲透率不斷提升，行業市場潛力大
截至2017年底，室外機器人滲透率約為5%，室內機器人滲透率約為1%。室外機器人方面，根據中國電力企業聯合會統計，截至2017年底國內110kv及以上的變電站數量超過20000個，2017年底全國室外機器人保有量為1000臺，若根據變電站配置為一機一站(即一個變電站配置一臺機器人)測算，滲透率僅為5%。室內機器人方面，按平均每個地級市1000座配電站估計，全國297個地級以上城市(含4直轄市)大約擁有配電站30萬座，根據億嘉和2015-2017年銷售數量768臺，及三年平均約80%計算，國內室內巡檢機器人保有量為約不足1000臺，若根據配電站配置為一機二站(即兩個配電站適配一臺機器人)測算，滲透率僅約為1%。
三、電力巡檢機器人行業制約因素分析
(一)技術難關待突破，產品需進行定制
目前對于大多數已投入運行的電力巡檢機器人基本能夠完成對站內一次設備的全面巡檢，但由于站內直流系統及二次設備多位于變電站獨立的小室或是主控樓內，需要對巡檢機器人進行定制化，使其能夠完成對二次設備與直流系統完成巡檢，這會在一定程度上會制約行業發展。
惡劣天氣抗干擾力不強。在霧霾天氣中，采用激光制導的智能巡檢機器人可能會受到霧霾天氣的影響，同樣在大雪、大雨等惡劣天氣中也有類似的問題。巡檢機器人在巡檢過程中要借助遠距離超聲聽障和近距離物體感應裝置，避免巡檢機器人在巡檢過程中碰到障礙物而受到損壞。這將導致巡檢機器人可能將雜草等物體識別為障礙物，從而導致巡檢無法正常進行直到電量用盡，此時還需要工作人員將其運回充電處，消耗不必要的時間成本以及人力成本。
(二)國內產業基礎技術薄弱，人才匱乏
隨著機器人技術和產業的不斷提升，以及產業化分工越來越細化，機器人研發與生產企業對上下游產業鏈的依賴逐步加深，由于中國機器人產業基礎相對薄弱，行業長期被國外企業壟斷，產業鏈發展水平制約了電力巡檢機器人的發展速度，質量以及產品核心競爭力。
電力巡檢機器人屬于多學科混合、技術密集型產品，且屬新興產業，對于研發人才、技術水平的深度和廣度均有很高的要求；同時，為確保電力產品售后服務與安全運維，營銷服務人員也必須掌握相關技術。目前，精通相關領域的高素質復合型人才較為匱乏，掌握先關技術基礎的營銷服務人員也不多，因此技術人才和營銷人才的缺乏將在一定程度上制約行業發展。
(三)技術穩定性不夠，且產品存在同質化傾向
國內電力巡檢機器人在技術穩定性、拓展性等方面存在一定不足，自主移動、自主決策能力尚顯欠缺，要想實現真正的24小時無人值守依然困難重重。同時，電力巡檢機器人與5G、物聯網等技術的融合應用還有待進一步挖掘。
另一方面，國內電力巡檢機器人行業發展較快，不免存在部分泡沫化問題，業內企業在核心技術水平上參差不齊，產品的實際質量不夠穩定，存在局部的“低端化”“同質化”傾向。因而，電力巡檢機器人行業需要加快標準化進程，切實規范行業整體發展。
四、電力巡檢機器人行業政策因素分析
2016年來，為推進我國機器人產業技術創新與應用推廣，政府出臺多項政策鼓勵我國機器人行業整體發展。早在2016年，、國家發展改革委、等三部委聯合印發了《機器人產業發展規劃(2016-2020年)》，為“十三五”期間我國機器人產業發展描繪了清晰的藍圖。
五、電力巡檢機器人行業發展趨勢分析
(一)市場潛力巨大，機器人巡檢將替代人工巡檢
目前，我國電站數量持續增長，特高壓、智能電網建設繼續推進，電力巡檢機器人發展空間廣闊。數據顯示，我國變電站數量超2萬座，全國各地大概有配電站30萬座。據此進行估算，國內變電站巡檢機器人市場規模將突破400億元，配電站巡檢機器人市場規模有望達到200億元。
國內電力之一的國網公司正快速推動電力巡檢機器人的推廣應用，應用區域已經覆蓋了廣西、浙江、江西、山東、北京、天津、廣東、山西等全國十幾個省、自治區和直轄市。在主要市場用戶的支持下，國內電力巡檢機器人市場的快速增長也就有了保障。
(二)巡檢將進入無人化、智能化時代
近年來，電力巡檢機器人開始愈發受到歡迎，出現在越來越多的國家和地區。電力巡檢機器人能夠代替人工完成大部分自動化巡檢工作，既具備了人工巡檢的便捷性，同時也克服了很多人工巡檢作業中的不足，可以24小時不間斷地監測電力設備狀態，從而保障變電站等重要電力設備、設施的安全穩定運行。
專家表示，在變電站、管道設施、橋梁隧道等潛在危險場景中，無人化、智能化轉型是主流趨勢，巡檢機器人、巡檢無人機、管道機器人等智能裝備的應用將會越來越普遍。總體來看，用電力巡檢機器人代替人工巡檢作業有著明顯價值，市場潛力值得期待。
(三)兩大電網快速推進智能化發展，機器人是重要組成部分
近年來，電網和南方電網相繼推出電網信息化、智能化的目標與計劃。以電網提出的“泛在電力物聯網”為例，其結構是以信息網絡與平臺化為基礎的泛在電力物聯網和以電網可靠性為目標的堅強智能電網的結合。針對堅強智能電網，機器人介入后以自動化監控、識別、傳輸、響應、檢修來替代人工，有望大幅提升電網傳輸的可靠性。
變電站/配電房巡檢系統(吊裝軌道式機器人)
設計方案
1、 項目背景
1.1傳統的人工巡檢難以適應發展要求
目前電力公司對于所管轄的配電房、開關室，例行巡檢每月1次，紅外測溫巡測每月1次，全部依賴于人工巡視作業。在高負荷期間和有特殊保供電要求時，須增加巡檢頻次。
隨著近年來電網飛速發展，生產人員不足和巡檢工作量增加之間的矛盾日益突出，而運維一體化等工作在擴展業務范圍的同時也給變電運維工作提出了更高的要求，在這樣的形勢下，傳統的“人工巡檢、手動記錄”的巡檢作業方式難以適應電力系統精益化、集約化的發展要求。
機器人 (3).png
1.2電力巡檢機器人的研究意義重大
電力安全巡檢工作對保障電力安全生產至關重要。除人工巡檢以外，目前變電站/配電房內通常采用數量有限的固定傳感器及固定監控攝像頭進行監測，很難全面的、準確的、實時的檢測并獲得設備的運行狀態。
通過智能軌道巡檢機器人的應用，對減少工作量、提高操作維護效率和設備異常應急處理速度有明顯的效果，主要體現在以下二個方面：
一是大大降低操作維護人員工作臺的強度。
二是縮短應急響應時間。使用機器人檢測系統后，可為操作維護人員提供遠程視頻，縮短處理時間。
智能軌道巡檢機器人可在設備運轉期間對設備進行多方位、多功能監測并做出及時預警，對保障電力設備正常運轉，提高設備巡檢效率與質量、減少巡檢人員數量具有重要意義。
2、 電力軌道式智能巡檢機器人系統設計
2.1項目目標
本項目實現開關柜紅外測溫、局放檢測、柜面及保護裝置信號狀態指示等的自動識別，繼保室保護屏柜壓板狀態、空開位置、裝置信號燈指示以及數顯儀表的自動識別讀數。并且采用無縫滑環型導軌取電，實現24小時不間斷巡視，也可自定義周期和設備進行特殊巡視。
智能軌道巡檢機器人可沿軌道精確定位檢測點，通過搭載的傳感器采集設備參數、環境信息，實現視頻監控、儀表的智能讀表以及信息傳輸等功能，代替人工巡檢方式，提高巡檢效率和安全性，達到“自動化減人”的目的。
2.2總體思路與技術路線
電科恒鈦變電站/配電房巡檢機器人(吊裝軌道式)系統，是一款可定制室內巡檢機器人，能夠在開閉所/配電房等室內環境內使用，通過搭載的圖像、紅外、聲音、氣體等多種傳感檢測設備，實現對電力電氣設備的智能化巡檢、監測和預警等功能，有效提高運營效率,降低運營維護成本。同時，結合在人工智能、大數據等領域的優勢，巡檢機器人還提供更多定制化服務。
其中，軌道巡檢機器人為采用軌道移動方式，搭載高清攝像機及紅外熱成像儀，實現實時監控與紅外熱成像診斷；集成有害氣體、煙霧、光照度、溫濕度等傳感器以及定位裝置，使用戶實時掌控電力環境。
智能軌道型電力巡檢機器人系統主要包括：
(1)感知層：通過機器人搭載環境檢測設備、紅外熱成像儀、高清攝像機，完成對室內現場設備運行及環境狀態的采集；
(2)網絡層：對來自現場檢測設備狀態參數及工作參數的網絡傳輸，將相關數據傳輸至上層信息管理層；
(3)應用層：對感知層上傳的數據進行數據分析、存儲和展示。
3、 總體技術要求
序號
功能
簡述
1、移動高清視頻監控
實現配電房、開關室內實時移動可見光/高清視頻監控
2、表計識別
實現電力表記的自動識別與數據統計；狀態燈、開關柄位置、箱門開閉狀態的識別。
3、有毒、可燃氣體檢測
可以實時監測甲烷、一氧化碳、硫化氫、氧氣等氣體濃度和煙霧，當濃度不在安全范圍內時在本地和遠程中心管理平臺進行聲光報警。
4、照明狀態識別
室內滲水識別發現；室內照明設備工作狀態識別；
5、紅外熱成像監測
采用紅外熱成像監測通過整個室內進行掃描式測溫，全面掌握設備溫度情況。自動巡檢過程中，自動發現溫度超限節點和區域，依照行業規范對巡檢設備進行溫度檢測，對缺陷或故障進行自動分析判斷，并預警。
6、關鍵點精確測溫
實現對母線接頭等關鍵點定點測溫
7、缺陷定點跟蹤測溫
實現對點或對區域熱缺陷進行定時定點巡檢，采集數據
8、環境檢測
實現對室內的溫度、濕度、漏水、環境噪音、設備工作噪音等環境信息的監測
4、技術參數
性 能
參數
性 能
參數
載重
28kg
升降范圍
標配2m(1~2m可選)
工作溫度
-10°C～+55°C / ≤90%
輸入/輸出電壓/功率
AC220V/DC24V、50Hz/120W
巡檢軌跡
巡軌道直線運行
水平移動速度
10～15m/min
云臺載重
20kg
垂直升降速度
0.9～3.6m/min
供電方式
拖鏈保護式供電
定位方式
步進電機編碼器定位
通信方式
PLC電力線載波通訊
通信帶寬
RJ45網線接口、10m/100m
升降云臺結構
交叉套疊式
預置位數量
0-255
主機外形尺寸/重量
長70CM×寬40CM×高45CM/23KG
升降云臺外形尺寸/重量
長26CM×寬26CM×30CM
6～9KG
5、 軌道機器人功能特點
5.1.轉彎&爬坡能力強
智能巡檢機器人可沿軌道暢行，最小拐彎半徑可低至500mm，爬坡能力可達30°。機器人在經過彎道、坡道等特定位置，在靠近這些路段10米處，機器人讀取RFID信息，機器人自動減速慢行，以保證機器人安全通過特殊路段，通過特殊路段后，又讀取到新的RFID信息后，機器人確定通過特殊路段，開始自動提速正常巡檢速度(10m/min)運行。
5.2.靈活的檢測機構
主檢測單元由高清網絡攝像機、紅外熱像儀和高精度云臺等模塊組成。采用全鋁機身設計，耐候性強，采用全新的傳動系統，云臺定位精度高，0~360°連續旋轉，具備較大的保持力矩，不會因為攝像機的震動而使云臺發生偏移。
5.3.數據分析與報表報告功能
中心報表系統能夠自動存儲、統計和智能分析處理海量數據，如巡檢點數據查詢與統計，報警信息查詢與缺陷異常分析，環境記錄數據和紅外測溫數據分析。所有報告及報表支持查詢、導出和打印。導出數據支持EXECL格式和文字格式，導出信息齊全，記錄準確且完整，方便存儲、匯報、決策和作歸檔處理等。
6、 機器人運行模式
6.1.自主巡檢——運行人員根據巡檢時間、周期、路線、目標、類型(紅外、可見光、局放等)靈活進行任務定制，機器人按照定制任務進行自主巡檢。
6.2.定點巡檢——運行人員選擇部分設備進行巡檢，系統自動生成巡檢路線并執行定點任務。
6.3.遙控巡檢——運行人員通過后臺手動控制界面，控制機器人執行巡檢任務。
7、 結論
智能巡檢機器人是促進電網智能化的創新手段。變電站檢測中遇到的緊急、困難、危險、重復性工作，由變電站智能檢測機器人代替人工完成。巡檢機器人可攜帶紅外熱像儀、可見光CCD等相關變電所設備檢測裝置，在各種氣候條件下巡檢，按照固定的路線，自動識別電力設備內部的熱缺陷、外部的機械或電氣問題(如異物、損傷、發熱等)。為操作員提供診斷電源。設備運行中的隱患和故障前兆數據。通過人機界面，生成設備的歷史溫度曲線，提高設備運行狀態的可預測性，為基于狀態的維修或狀態評估提供有效的數據支持，從而減少事故的發生；不斷探索聲監控的實際應用。存儲診斷系統；不斷深化和推廣基于應用機器人的運行維護管理模式，有效提升核心管理水平。
