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未来无人机对电网的潜在威胁与安全应对思考

来源:​中国电力新闻网 时间:2020-09-25 11:27

未来无人机对电网的潜在威胁与安全应对思考

  作者:国网山西输电检修公司 卢德澧

  审核者:国网山西输电检修公司党委党建部主任 申小金 

  无人机应用越来越广泛,不论是视距内还是超视距飞行,只要接近我们的电网线路走廊,就有可能对电网运行构成威胁,但近些年来,无人机撞击电网造成的事故越来越频繁,加之现在大疆系列民用无人机应用越来越普遍,无意为之终会因为失误操作造成不可估量的经济损失和严重的社会影响。

  根据相关法律法规,围绕“加快电网转型协调发展和提升供电保障服务能力”的核心任务,国家电网山西省电力公司引领全员树立“电网坚强、服务卓越、治理科学、管理精益、文化优秀”五大战略目标,制定了国家电网空中安全“天眼”无人机防控方案,确保在无人机技术与市场迅猛发展,无人机恐怖袭击存在现实威胁的环境下,山西省电力公司可以做到居安思危、提前防范与管控有可能发生的空中威胁。
  国网山西输电检修公司不断提升智能化水平,坚持以创新为驱动,坚持不懈除隐患防风险,持续提高应急处置能力,全力保障电力持续稳定供应,确保大电网稳定运行。

  聚焦问题

  1)无人机的增多对国家公共安全带来风险:随着无人机技术和市场发展,无人机用途日益广泛,低空空域面向民用逐步放开后、无人机应用更加广泛,但在服务社会发展,方便群众生产生活的同时,其飞行速度快,隐蔽性强、操控简单、具有负重载物能力等特点,极易被恐怖分子利用,给公共安全管理带来严重的风险挑战。
  2)根据国家电网、中国电力出版社所发行的《社会与环境风险管理手册》中所提到的外部不可控型风险——是指因外部利益相关方或自然条件等不可控因素导致的事件对社会或环境产生的不利影响。操作不当及“黑飞”极易对输电线路造成破坏:无人机违规飞行或失控撞击输电线路后造成停电事故及次生灾害时有发生,对国家、国家电网及人民造成巨大损失。应当着力解决无人机对输电线路空中安全带来的隐患。

  3) 无人机的普及率越来越高,但相关的管理办法和政策法规还不是很健全,无人机的安全操作也没有得到更多关注,对无人机在输电线路附近使用无人机可能对线路造成破坏的预防风险的意识不强。因而,随时都可能因无人机的非法操作或误操作导致发生事故。

  “低慢小”航空器主要是指雷达反射面积小于2m2、飞行高度1000m以下、飞行速度小于200km/h的目标,包括轻型和超轻型飞机(含轻型和超轻型直升机)、无人机、航空模型、滑翔机、三角翼、动力三角翼、滑翔伞、动力伞、载人热气球、飞艇、空飘气球、系留气球等十三类目标。这类目标由于飞行速度慢、飞行高度低、雷达截面等,传统的低空防御系统难发现、难处置。

  三角翼、滑翔伞等作为极限运动的装备,需要在特定的地形条件和气象条件下起飞,本身无动力,依靠气流飞行,有人操控,通常飞行距离和滞空时间比较短。

  载人热气球、空飘气球、系留气球等通常飞行速度慢,飞行范围有限,飞行航迹随意,通常在广告、航拍、游乐等场合使用。

  轻型飞机和超轻型飞机(含直升机)、滑翔机、动力三角翼、动力伞、飞艇等通常自身具有动力设备,需要特殊的场地用于起飞降落。这类航空器多数为有人驾驶,可以按预定航线飞行,飞行距离和滞空时间较长。

  无人机、航空模型等这类设备通过地面遥控装置控制飞行器,操控灵活度高,体型小,隐蔽性高,飞行速度较快,为无人航空器。

  “低慢小”航空器具有低空超低空飞行、慢速、体积小等特点,不易被发现。随着低空空域管制的逐步开放和“低慢小”航空器技术的飞速发展,“低慢小”航空器尤其是消费级“低慢小”航空器违规飞行和用于恐怖袭击事件的案例日益增多,严重影响国家安全和国民经济的正常发展。


  无人机尤其是近几年井喷式发展的旋翼小微无人机具有获取容易、操控简单、起飞突然、改装方便、发现困难等特点,不仅可以用于对防护目标精确侦察、还可加装爆炸物实施恐怖袭击,可对防护目标构成严重威胁,是本项目的防控重点目标, 其对要地的威胁主要包含低空侦察、航空器坠落以及恐怖袭击等三大类。

  玩具无人机或超小型娱乐无人机通常操控距离近(50m以内)、无载荷能力,不会对基地设施构成威胁,不作为本系统重点关注的无人机目标。

  图.玩具级别无人机

  而以精灵4为代表的旋翼小微无人机和小型固定翼无人机通常都有一定的载荷能力(最大有效载荷10kg),操控距离远(最远超过5km),挂载微型炸弹等爆炸物,通过遥控器远程遥控,可对核心要地实施远距离袭击,并已用于实战,对要地已构成现实威胁,这类无人是本系统重点防御的目标。

  如下图2,精灵4为代表的四旋翼无人机可携带1kg左右的枪榴弹实施恐怖袭击,这种被改装的枪榴弹直径40mm左右,已伊拉克战场大量使用,作为应急产物,批量生产。

  图2已量产的改装微型炸弹

  固定翼的无人机可携带达10kg炸弹。今年发生的恐怖分子使用无人机袭击俄驻叙军事设施事件为例,是一种极猛烈的炸药,猛度约为TNT的120%,主要用于制作雷管,是原子弹起爆部分中常见的化学物质。配合以大量钢珠后爆炸半径达到50米,每架无人机携带了10枚这样的炸弹。

  携带炸弹的固定翼无人机

  目前无人机威胁各类案例:

  图为湖南某地,一架重约25公斤的六旋翼无人机在电网线路附近飞行时,不慎撞到该杆塔的拉线上,国网湖南输电检修公司迅速组织人员前往现场,及时排除了安全隐患,确保了电网线路的安全。

  图为江西某地,无人机在喷洒农药时,因无人机工作人员不当操作时,误碰电网线路,当地电网运维单位及时进行了处置。

  图为云南某地,无人机挂上40米高的高压线,当地电网运维人员爬上铁塔处置险情

  图为云南某地,无人机挂上40米高的高压线,当地电网运维人员爬上铁塔处置险情

  图为宁夏某植保公司的一名飞手和往常一样在地里进行无人机飞防作业,却没想到因一时的疏忽大意,致使植保无人机撞上高压线,当地供电部门及时处置,保障了居民生产生活正常用电。

  无人机应用领域广泛,送外卖的无人机因为没有专业机构监管也成为潜在的隐患

  植保无人机喷洒农药对电网安全的影响

  无人机“黑飞”现象屡禁不止,也给电网线路造成隐患

  无人机“黑飞”现象屡禁不止,也给电网线路造成隐患

  无人机“黑飞”现象屡禁不止,也给电网线路造成隐患

  无人机“黑飞”现象屡禁不止,也给电网线路造成隐患

  图为美国加利福尼亚因无人机操作不当,造成当地大面积停电。

  针对目前无人机黑飞带来的危害,国网山西输电检修公司提前思考,听取多方意见,思考解决未来无人机对山西电网构成的潜在威胁及应对措施。

  目前市场上的无人机拦截处置系统主要由指挥分系统、通信分系统、探测分系统和干扰反制分系统组成。系统集成度高、适用性强、扩展性好,可根据不同应用场景灵活配置不同探测、干扰和打击设备。根据用户需求可以增配激光定向能武器、无线电侦测设备等功能配置。

  可以利用目前先进的频谱探测、全向压制的技术,实现防御空域无人机快速发现、处置。以某换流站为例,防控示意图如下:

  频谱侦测设备通过高性能无线侦察设备,独有的单站无源测距功能,其无源特性无辐射、绿色环保,利用被动截获无人机与遥控器的图传信号和控制信号,实现全天候、无盲区、远距离的对非法入侵的无人机进行自动搜索发现、识别,并对其进行判别跟踪、轨迹显示以及数据回放,满足对重点区域的安全保障需求。

  全向无人机防御设备、定向无人机防御设备与监控管理平台软件互联,实现侵入无人机的驱离与迫降。通过核心技术实现低功率远距离覆盖。反制设备平时处于静默状态,当目标区域有无人机侵入,信息传送回平台指挥中心进行判别,远程启动反制设备,形成空中电子围栏,实现净空。

  系统采用开放式网络架构,可根据用户需要扩展系统功能,增加探测和防御手段、设备,组网互联,应对不断发展的低慢小威胁。系统构架如下图所示:

  1.通信分系统网络拓扑结构

  指挥分系统与探测分系统、干扰拦截分系统固定式干扰设备之间采用有线专网通信方式。通信分系统网络拓扑如下图所示:

  本方案采用5G无线传输做为通讯方式,直接与国网山西信通公司联通,与电网智慧调控中心互联,对未来山西电网防控无人机威胁起到积极的作用。
  2. 电网系统布局示意图


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