無人機在風(fēng)機巡檢中的應(yīng)用

張浩志

摘要：人工智能的不斷發(fā)展，使得無人機技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸廣泛，使用無人機進行風(fēng)機巡檢可以有效的提高工作效率，降低運維成本，提高安全作業(yè)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電技術(shù);無人機技術(shù)

引言

回顧“十三五”，新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展成為了整體經(jīng)濟建設(shè)中的亮點，堪稱跑步向前，而風(fēng)機裝機容量的規(guī)模在電力行業(yè)總發(fā)電裝機容量所占比重均獲得了大幅上升。展望“十四五”期間，新能源產(chǎn)業(yè)會進入高質(zhì)量發(fā)展階段。截止2020年末，并網(wǎng)風(fēng)電裝機容量已達28153萬千瓦，顯然風(fēng)力發(fā)電將會進入一個高速發(fā)展的時代。

近幾年，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的不斷創(chuàng)新，風(fēng)電機組裝機容量的規(guī)模越來越大，大容量風(fēng)電機組的葉片長度現(xiàn)在最大可以達到70m，對于一個風(fēng)電機組而言，使用周期在20—30年左右，風(fēng)機葉片長時間的工作難免會出現(xiàn)故障，而傳統(tǒng)的葉片維修維護的方法是使用繩索垂降人工檢測和望遠鏡觀察，人工檢測的方法存在巡檢人員勞動強度大、高空作業(yè)成本高、檢測時間長、停電發(fā)電量損失大和檢測效率低等缺點。因此，將無人機技術(shù)運用于風(fēng)機巡檢可以促進風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。

1.風(fēng)電運維現(xiàn)狀

1.1葉片巡檢

眾所周知，風(fēng)機葉片在長時間的運轉(zhuǎn)過程中，由于強風(fēng)負荷、潮濕空氣腐蝕、大氣氧化等自然環(huán)境的影響，難免會造成葉片表面不同程度的受損。如果不及時進行維修可能會導(dǎo)致葉片斷裂，會造成風(fēng)電設(shè)備損壞，并且嚴重影響機組檢修人員的安全。葉片檢修包括外觀檢查、葉片清潔度、有無葉片裂痕、葉片表面有無覆冰結(jié)霜等.

1.2人工巡檢的不足

（1）工作效率低

風(fēng)電場通常位于人口稀少、偏遠和惡劣的地方，隨著風(fēng)電規(guī)模的不斷增加，檢修人員不方便進行頻繁全面的檢查和維護，導(dǎo)致無法保證效率和質(zhì)量。另一方面，雨雪等惡劣天氣，人員無法進行登高檢修工作。

（2）操作人員的安全

電力系統(tǒng)安全對國民經(jīng)濟發(fā)展起到了不可代替的作用，傳統(tǒng)的風(fēng)機巡檢是通過人工高空作業(yè)的形式來完成檢修工作，高空作業(yè)安全風(fēng)險高，容易造成人員墜落、人員扭傷等事故。

（3）后期維護成本高

由于風(fēng)電行業(yè)前期跳躍式發(fā)展、參與方良莠不齊等原因，導(dǎo)致風(fēng)電機組在實際運維中容易存在故障頻發(fā)等問題，運維成本無形增加。風(fēng)力發(fā)電機組長時間工作在野外、雷雨和暴曬的環(huán)境中，容易發(fā)生機械和電氣故障。傳統(tǒng)的人工巡檢方式存在勞動強度大、檢測質(zhì)量分散、手段單一等不足，人工檢測的數(shù)據(jù)也無法準確、及時的接入集控中心系統(tǒng)，這樣會進一步制約風(fēng)場的精細化運營。

2.無人機技術(shù)的應(yīng)用

2.1無人機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

無人機最初的設(shè)計和制作主要運用于軍事活動，民用無人機是從上世紀八十年代開始起步的，由于民用無人機更注重實用性和經(jīng)濟性，技術(shù)要求更低，近十年中國的民用無人得到了全面的發(fā)展。

隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、自動控制理論和計算機科學(xué)技術(shù)的不斷進步，無人機在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，如各種演藝活動和體育賽事的航拍、農(nóng)業(yè)灌溉、物資配送和地理測繪等領(lǐng)域。其中風(fēng)機檢修也是一個熱點領(lǐng)域，無人機小巧靈活、攜帶方便、操作簡單，可以大范圍進行巡查風(fēng)電場的實時情況。

無人機可以攜帶深度相機、單反定焦相機、紅外紫外相機等，工作人員可以通過使用遙控器來遠距離控制無人機，飛向目標進行拍攝照片和視頻，停飛后取出機載存儲卡中的照片或視頻，也可以站在地面進行觀察評估。如圖1所示，無人機可以手動控制，對風(fēng)力發(fā)電機葉片進行例行檢查，這樣即使在偏遠山區(qū)或臨近海上區(qū)域，也可以進行安全作業(yè)。

2.2無人機巡檢的優(yōu)點

（1）由于風(fēng)電規(guī)模的不斷增加以及風(fēng)電場所處環(huán)境的復(fù)雜性，使用無人機技術(shù)進行風(fēng)機巡檢可以有效的解決人工檢測成本較高的問題，對于規(guī)模龐大的風(fēng)力發(fā)電機組，需要頻繁地調(diào)動人進行長時間的維護維修，在低處偏僻、環(huán)境惡劣的地方運送設(shè)備很不方便，例如海上風(fēng)電機組，使用人工巡檢方式對海上進行巡檢，會需要更多的人力和物力成本。

（2）傳統(tǒng)的人工檢測效率和質(zhì)量得不到保證。因為現(xiàn)在的風(fēng)電機組建設(shè)比較龐大，需要檢測的數(shù)量較多，重復(fù)工作量較大，耗時耗力。檢修過程中需要停轉(zhuǎn)，如果檢修耗費時間過長或者檢修不當，損失會比以前的小型風(fēng)力發(fā)電機大很多，增加棄風(fēng)率的同時，影響整個風(fēng)場的后續(xù)正常經(jīng)營。

（3）無人機巡檢不存在安全隱患。利用無人機代替檢修人員進行高空作業(yè)可以直接有效的保證人員安全，高效的完成檢修工作。雷雨天氣等惡劣環(huán)境，人員無法巡檢時，無人機可以發(fā)揮其替代作用，大大提高巡檢的速度和效率。

2.3 無人機風(fēng)機巡檢方案

隨著無人機技術(shù)的不斷成熟和進步，基于無人機的新型巡檢作業(yè)模式正在風(fēng)電行業(yè)逐漸興起，依靠無人機高空飛行、遠距離、快速作業(yè)的能力，檢修人員大大提高工作效率和質(zhì)量。

（1）巡檢自動化

風(fēng)機巡檢中，檢修人員通過操作無人機飛至目標處進行觀察，通過無人機機載攝像機對目標處進行拍照或攝像。由于在風(fēng)電場這種復(fù)雜的環(huán)境中，容易因為人為失誤而導(dǎo)致墜機等安全事故，操作人員應(yīng)該注意防范。

（2）數(shù)據(jù)實時化

檢修人員通過無人機拍到的實時圖片或視頻，對風(fēng)機進行故障判斷以及對風(fēng)機運行情況進行記錄。

（3）信息管理平臺化

無人機得到的檢修數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)斤L(fēng)電場的集控中心，從集控中心可以看到無人機的實時軌跡和巡檢畫面，并對數(shù)據(jù)進行保留。

3.總結(jié)

本文主要分析無人機技術(shù)運用于風(fēng)機巡檢中的可能性，將無人機運用于風(fēng)機巡檢中可以有效的提高運檢人員的工作效率，提高風(fēng)電場的運維水平，降低運維成本。無人機技術(shù)的運用可以很好完成風(fēng)機巡檢的任務(wù)，未來一定可以得到更多電力企業(yè)的認可和大規(guī)模使用。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，無人機技術(shù)會越來越成熟，利用無人機巡檢風(fēng)機，不僅降低了人工在巡檢過程中出現(xiàn)的故障率，也有效的降低了電力企業(yè)的成本預(yù)算，還提高了工作效率。

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