基于無人機的抽水蓄能電站巡檢方案分析

樊遠冬 馬正杰

摘要：隨著新能源行業的快速發展，近年來，業內人士提出通過無人機搭載高清攝像頭或紅外熱像儀對抽水蓄能電站進行監測的方法。該新興方法或基于集群通信，可以高質量、快速地檢測到抽水蓄能組件的熱斑、遮擋、隱裂等問題;但是由于整個巡檢系統復雜、投入大，對運維人員的專業技能要求高，較適合在超大規模抽水蓄能電站中使用，目前在絕大多數電站中還少有運用;有的巡檢系統還存在自動化程度不高的情況。對于中、大規模電站而言，考慮到電站巡檢的經濟性和實用性，本文提出脫離集群通信，僅利用無人機搭載紅外熱像儀對抽水蓄能電站進行全自動巡檢的方法，可在很大程度上提高中、大規模抽水蓄能電站的維護質量和可靠性，提升電站的總體效率。

關鍵詞：抽水蓄能電廠;巡檢;多旋翼無人機

引言

抽水蓄能電廠具有地勢起伏較大、覆蓋面積廣闊的特點，抽水蓄能電廠采用傳統的人工巡檢模式，體現出巡檢效率緩慢、巡檢頻次較少等問題，此類問題對于抽水蓄能電廠的運行狀態而言具有一定的負面影響。為了提高抽水蓄能電廠巡檢工作質量，在自動化視角下，采用互聯網+無人機自動化巡檢模式來改善巡檢工作。以互聯網作為平臺，通過數據鏈路傳輸技術，將中繼網絡服務器與無人機連接，再通過互聯網閾值預設使互聯網能夠自動控制無人機，無人機則代替了傳統巡檢中的人工角色，實現自動化巡檢。此外，為了保障巡檢工作的安全性、穩定性，主要采用了多旋翼無人機來代替傳統四翼無人機。

1無人機簡介

應用六旋翼無人機實現智能巡檢工作，無人機自主巡檢系統主要由無人機設備、數據采集傳感器系統（雙光系統）、基于RTK的精確定位系統、雙目視覺自動避障系統和集成地面站系統組成。6旋翼無人機具有以下性能：①RTK差分精準定位，定位精度達到±2cm;②執行自動拍照任務;③續航時間（35～40）min（攜帶作業載荷），空機續航時間（50～55）min;④能實現從起飛、巡航執行任務、返航降落全自主自動避障飛行，且可顯示三維航線;⑤能實現失控返航、低電壓返航;⑥能實現高速數據的傳輸、存儲，并有地面站監視系統，實現無人機監視、指令控制、數據展示等功能;⑦性能穩定、可靠、安全性高。

2基于抽水蓄能電站的無人機全自動巡檢系統

基于抽水蓄能電站的無人機全自動巡檢系統包括搭載紅外熱像儀的無人機、無人機地面站、地面充電設備和數據處理單元。其中，無人機負責通過紅外熱像儀采集抽水蓄能組件的紅外圖像;無人機地面站負責保障無人機與地面站的實時通信，并通過航跡規劃或手動控制無人機的飛行速度、高度和紅外熱像儀的拍攝角度，以獲取無人機的飛行信息和抽水蓄能組件的紅外圖像信息;地面充電設備負責無人機的自動充電，保證無人機的飛行動力;數據處理單元負責將采集到的紅外圖像信息進行處理，進而標記太陽電池的故障情況，并生成對應的故障報表。在無人機巡檢系統中，無人機采用自主研發的M1六旋翼機，搭載紅外熱像儀飛行巡檢。無人機的自航儀包括飛控、GPS和聲吶，并配置遙控器用于輔助控制。該無人機的速度可達80km/h，飛行高度為120～200m;在18km/h風速內能自穩或定點懸停;在40km/h風速時，定點懸停誤差在30cm以內，抗風能力6級;30～60min可以檢測完20MW組件（理論上，在STC標準下，單排抽水蓄能組件的傾斜高度為4.8m、長度為15km的檢測面積）中每一塊組件的溫度，精度是0.2°。無人機的動力由大容量鋰電池和所配備的地面充電設備共同保障;其上的大容量存儲裝置保證了飛行過程中所拍攝到的影像資料的存儲，無人機地面站起落點設置了無線網絡，方便影像數據的傳輸。紅外熱像儀分辨率為640像素×480像素，測溫范圍為-20～250℃。

3結果分析

3.1網絡傳輸實驗結果

要求人工針對每項控制功能進行5次操作，發現無人機在每次單項控制功能中的表現一致，說明無人機功能控制有效，而在指令傳輸方面，首先針對實例電廠的892m、896m、899m等電磁信號較強的部分進行了實驗，發現在此環境下網絡指令傳輸速度在1.2s左右，滿足合理需求，在其他電磁信號較弱的部分，網絡指令傳輸速度在0.9s-1.0s左右，同樣滿足合理需求，因此說明本文系統的速度、穩定性較好。

3.2基于抽水蓄能電站的無人機全自動巡檢故障自動識別

圖像的自動識別可以克服人為識別主觀性強、效率低等問題，但需要對云存儲中心的紅外圖像信息進行以下5個步驟的計算和處理：1）紅外圖像拼接。采用圖像拼接技術，將分塊的紅外圖像信息拼接在一起，還原抽水蓄能組件區域的整體模樣。2）抽水蓄能組件有效區域檢測。將圖像進行噪聲濾除，同時保留圖像的邊緣，采用相關算法提取并圈定組件的有效區域。3）抽水蓄能組件溫度計算。對有效區域的圖像進行灰度拉伸增加對比度，利用相關算法將圖像的灰度值轉化為對應的溫度值，每塊組件取最高溫度。4）組件溫度值分區域比較。將測得的溫度值與設定的閾值溫度進行比較，溫差在正常范圍內的區域標記為“0”，代表電池片正常，超過閾值溫度范圍的標記為“1”，代表電池片故障。5）打印輸出故障報表。最后生成一個包含“0”和“1”信息的、與整幅紅外圖像對應的故障報表，并打印輸出。

3.3飛行航路設定實驗結果

在飛行當中，互聯網+無人機自動化巡檢系統出現了1次較大的路徑偏移現象，具體數值為2m，針對此現象，監控人員及時的停止了無人機飛行，并針對異常地點進行了分析，分析后發現因為當時風力過大，到達了7.5m/s左右的分離，導致無人機飛行受阻，此現象出于自然原因，并不能說明本文系統有誤，所以無人機分析的正確性依舊得到了保障。同時在飛行速度與高度上，無人機直線飛行速度為1.3m/s-1.5m/s、直線拔高速度為0.9m/s～1.1m/s，說明其速率性較高;無人機飛行最低高度為1.2m，最高高度為456m左右，基本滿足實例電廠的地勢要求，可以實現自動化無人機巡檢。

4展望

雖然已經能完成對風機葉片和抽水蓄能組件的故障辨識，但還沒有發揮其最大的價值，實現規劃航線飛行、規劃航線返航、一次性多臺機組巡檢、一次性整個抽水蓄能電站組件的巡檢、圖像處理、故障自動識別、故障點定位、自動生成巡檢報告是最終目標。針對巡檢過程中發現的疑似故障信息，如輕微劃痕，在圖像處理技術上需要進一步探究。

結語

智能無人機在電力巡檢中已充分運用，如今國內多地的電網電力線巡檢都采用了無人機，并取得了不錯的效果。但是，智能無人機在抽水蓄能電站巡檢中的應用還是鮮有耳聞。事實上，在抽水蓄能電站巡檢中，由于抽水蓄能電站設備數量龐大，人工巡檢抽水蓄能電站往往很難發現其存在的隱患。而且，人工巡檢常常受地形影響，無法到達一些區域，從而產生巡檢盲點。與此同時，人工巡檢遇到大型抽水蓄能電站時，巡檢頻次很難達到要求，導致很多電站故障無法及時發現，而這些難題遇到無人機都將迎刃而解。

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