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未來無人機對電網的潛在威脅與安全應對思考

來源:?中國電力新聞網 時間:2020-09-25 11:27

未來無人機對電網的潛在威脅與安全應對思考

  作者:國網山西輸電檢修公司 盧德澧

  審核者:國網山西輸電檢修公司黨委黨建部主任 申小金 

  無人機應用越來越廣泛,不論是視距內還是超視距飛行,只要接近我們的電網線路走廊,就有可能對電網運行構成威脅,但近些年來,無人機撞擊電網造成的事故越來越頻繁,加之現在大疆系列民用無人機應用越來越普遍,無意為之終會因為失誤操作造成不可估量的經濟損失和嚴重的社會影響。

  根據相關法律法規,圍繞“加快電網轉型協調發展和提升供電保障服務能力”的核心任務,國家電網山西省電力公司引領全員樹立“電網堅強、服務卓越、治理科學、管理精益、文化優秀”五大戰略目標,制定了國家電網空中安全“天眼”無人機防控方案,確保在無人機技術與市場迅猛發展,無人機恐怖襲擊存在現實威脅的環境下,山西省電力公司可以做到居安思危、提前防范與管控有可能發生的空中威脅。
  國網山西輸電檢修公司不斷提升智能化水平,堅持以創新為驅動,堅持不懈除隱患防風險,持續提高應急處置能力,全力保障電力持續穩定供應,確保大電網穩定運行。

  聚焦問題

  1)無人機的增多對國家公共安全帶來風險:隨著無人機技術和市場發展,無人機用途日益廣泛,低空空域面向民用逐步放開后、無人機應用更加廣泛,但在服務社會發展,方便群眾生產生活的同時,其飛行速度快,隱蔽性強、操控簡單、具有負重載物能力等特點,極易被恐怖分子利用,給公共安全管理帶來嚴重的風險挑戰。
  2)根據國家電網、中國電力出版社所發行的《社會與環境風險管理手冊》中所提到的外部不可控型風險——是指因外部利益相關方或自然條件等不可控因素導致的事件對社會或環境產生的不利影響。操作不當及“黑飛”極易對輸電線路造成破壞:無人機違規飛行或失控撞擊輸電線路后造成停電事故及次生災害時有發生,對國家、國家電網及人民造成巨大損失。應當著力解決無人機對輸電線路空中安全帶來的隱患。

  3) 無人機的普及率越來越高,但相關的管理辦法和政策法規還不是很健全,無人機的安全操作也沒有得到更多關注,對無人機在輸電線路附近使用無人機可能對線路造成破壞的預防風險的意識不強。因而,隨時都可能因無人機的非法操作或誤操作導致發生事故。

  “低慢小”航空器主要是指雷達反射面積小于2m2、飛行高度1000m以下、飛行速度小于200km/h的目標,包括輕型和超輕型飛機(含輕型和超輕型直升機)、無人機、航空模型、滑翔機、三角翼、動力三角翼、滑翔傘、動力傘、載人熱氣球、飛艇、空飄氣球、系留氣球等十三類目標。這類目標由于飛行速度慢、飛行高度低、雷達截面等,傳統的低空防御系統難發現、難處置。

  三角翼、滑翔傘等作為極限運動的裝備,需要在特定的地形條件和氣象條件下起飛,本身無動力,依靠氣流飛行,有人操控,通常飛行距離和滯空時間比較短。

  載人熱氣球、空飄氣球、系留氣球等通常飛行速度慢,飛行范圍有限,飛行航跡隨意,通常在廣告、航拍、游樂等場合使用。

  輕型飛機和超輕型飛機(含直升機)、滑翔機、動力三角翼、動力傘、飛艇等通常自身具有動力設備,需要特殊的場地用于起飛降落。這類航空器多數為有人駕駛,可以按預定航線飛行,飛行距離和滯空時間較長。

  無人機、航空模型等這類設備通過地面遙控裝置控制飛行器,操控靈活度高,體型小,隱蔽性高,飛行速度較快,為無人航空器。

  “低慢小”航空器具有低空超低空飛行、慢速、體積小等特點,不易被發現。隨著低空空域管制的逐步開放和“低慢小”航空器技術的飛速發展,“低慢小”航空器尤其是消費級“低慢小”航空器違規飛行和用于恐怖襲擊事件的案例日益增多,嚴重影響國家安全和國民經濟的正常發展。


  無人機尤其是近幾年井噴式發展的旋翼小微無人機具有獲取容易、操控簡單、起飛突然、改裝方便、發現困難等特點,不僅可以用于對防護目標精確偵察、還可加裝爆炸物實施恐怖襲擊,可對防護目標構成嚴重威脅,是本項目的防控重點目標, 其對要地的威脅主要包含低空偵察、航空器墜落以及恐怖襲擊等三大類。

  玩具無人機或超小型娛樂無人機通常操控距離近(50m以內)、無載荷能力,不會對基地設施構成威脅,不作為本系統重點關注的無人機目標。

  圖.玩具級別無人機

  而以精靈4為代表的旋翼小微無人機和小型固定翼無人機通常都有一定的載荷能力(最大有效載荷10kg),操控距離遠(最遠超過5km),掛載微型炸彈等爆炸物,通過遙控器遠程遙控,可對核心要地實施遠距離襲擊,并已用于實戰,對要地已構成現實威脅,這類無人是本系統重點防御的目標。

  如下圖2,精靈4為代表的四旋翼無人機可攜帶1kg左右的槍榴彈實施恐怖襲擊,這種被改裝的槍榴彈直徑40mm左右,已伊拉克戰場大量使用,作為應急產物,批量生產。

  圖2已量產的改裝微型炸彈

  固定翼的無人機可攜帶達10kg炸彈。今年發生的恐怖分子使用無人機襲擊俄駐敘軍事設施事件為例,是一種極猛烈的炸藥,猛度約為TNT的120%,主要用于制作雷管,是原子彈起爆部分中常見的化學物質。配合以大量鋼珠后爆炸半徑達到50米,每架無人機攜帶了10枚這樣的炸彈。

  攜帶炸彈的固定翼無人機

  目前無人機威脅各類案例:

  圖為湖南某地,一架重約25公斤的六旋翼無人機在電網線路附近飛行時,不慎撞到該桿塔的拉線上,國網湖南輸電檢修公司迅速組織人員前往現場,及時排除了安全隱患,確保了電網線路的安全。

  圖為江西某地,無人機在噴灑農藥時,因無人機工作人員不當操作時,誤碰電網線路,當地電網運維單位及時進行了處置。

  圖為云南某地,無人機掛上40米高的高壓線,當地電網運維人員爬上鐵塔處置險情

  圖為云南某地,無人機掛上40米高的高壓線,當地電網運維人員爬上鐵塔處置險情

  圖為寧夏某植保公司的一名飛手和往常一樣在地里進行無人機飛防作業,卻沒想到因一時的疏忽大意,致使植保無人機撞上高壓線,當地供電部門及時處置,保障了居民生產生活正常用電。

  無人機應用領域廣泛,送外賣的無人機因為沒有專業機構監管也成為潛在的隱患

  植保無人機噴灑農藥對電網安全的影響

  無人機“黑飛”現象屢禁不止,也給電網線路造成隱患

  無人機“黑飛”現象屢禁不止,也給電網線路造成隱患

  無人機“黑飛”現象屢禁不止,也給電網線路造成隱患

  無人機“黑飛”現象屢禁不止,也給電網線路造成隱患

  圖為美國加利福尼亞因無人機操作不當,造成當地大面積停電。

  針對目前無人機黑飛帶來的危害,國網山西輸電檢修公司提前思考,聽取多方意見,思考解決未來無人機對山西電網構成的潛在威脅及應對措施。

  目前市場上的無人機攔截處置系統主要由指揮分系統、通信分系統、探測分系統和干擾反制分系統組成。系統集成度高、適用性強、擴展性好,可根據不同應用場景靈活配置不同探測、干擾和打擊設備。根據用戶需求可以增配激光定向能武器、無線電偵測設備等功能配置。

  可以利用目前先進的頻譜探測、全向壓制的技術,實現防御空域無人機快速發現、處置。以某換流站為例,防控示意圖如下:

  頻譜偵測設備通過高性能無線偵察設備,獨有的單站無源測距功能,其無源特性無輻射、綠色環保,利用被動截獲無人機與遙控器的圖傳信號和控制信號,實現全天候、無盲區、遠距離的對非法入侵的無人機進行自動搜索發現、識別,并對其進行判別跟蹤、軌跡顯示以及數據回放,滿足對重點區域的安全保障需求。

  全向無人機防御設備、定向無人機防御設備與監控管理平臺軟件互聯,實現侵入無人機的驅離與迫降。通過核心技術實現低功率遠距離覆蓋。反制設備平時處于靜默狀態,當目標區域有無人機侵入,信息傳送回平臺指揮中心進行判別,遠程啟動反制設備,形成空中電子圍欄,實現凈空。

  系統采用開放式網絡架構,可根據用戶需要擴展系統功能,增加探測和防御手段、設備,組網互聯,應對不斷發展的低慢小威脅。系統構架如下圖所示:

  1.通信分系統網絡拓撲結構

  指揮分系統與探測分系統、干擾攔截分系統固定式干擾設備之間采用有線專網通信方式。通信分系統網絡拓撲如下圖所示:

  本方案采用5G無線傳輸做為通訊方式,直接與國網山西信通公司聯通,與電網智慧調控中心互聯,對未來山西電網防控無人機威脅起到積極的作用。
  2. 電網系統布局示意圖


責任編輯:張媛媛   投稿郵箱:網上投稿

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