無人機智能巡檢在風電光伏故障檢測中運用分析

鄧曉峰

（中國電建集團江西省水電工程局有限公司，江西南昌 337000）

0 引言

近年來，隨著各領域朝向無污染方向發展，電力領域開始大規模建設風電光伏發電系統。但這類系統長時間發電運行后可能發生故障，因而需要運用科學手段開展故障檢測。

1 無人機設備概述

無人機設備為一種小型無人駕駛的飛行器，主要是通過遠程控制來實現飛行，無人機系統的組成包括控制站、飛行器以及通信鏈路，由于技術上具有許多優勢被應用到各個領域中。本文所研究的是風電光伏故障檢測中的無人機設備，通常選用六旋翼無人機，如圖1所示，其具體性能特點包括：自動進行巡檢拍照、數據存儲以及傳輸；在起飛、飛行以及降落等多個狀態時實現精準避障；若是在巡檢飛行時發現低電壓情況，無人機還可自動進行返航；在進行栽飛時也具有較高的穩定性且具有一定續航能力，維持巡檢工作的完成；本身具備了定位功能且實際定位具有較高精度水平；在飛行過程中的安全性良好，可以滿足現今各類系統的故障巡檢工作，具有較高應用價值。

圖1 六旋翼無人機

2 風電光伏故障檢測中無人機智能巡檢的運用優勢

2.1 傳統故障檢測方法的不足之處

結合傳統風電光伏故障檢測的經驗來分析，傳統故障檢測方法存在許多不足，具體可總結為以下3 點。

（1）巡檢的工作量頗大且效率不高，隨著目前電力需求的不斷增加，風電光伏發電規模也日益擴大，其機組設備不僅在質量方面得到飛躍，在數量上也逐漸增多，使得機組設備的檢修工作越來越復雜，檢修量越來越大，而傳統的故障檢測主要是人工執行，面對這種新形勢則體現出效率偏低現狀，甚至是出現延后修理情況，影響到機組的穩定運行。

（2）實際檢修的難度頗高，采用傳統故障檢測會使檢修難度增高，風力發電設備本身處于較高位置運行，若人工進行故障檢測需搭攀登設施，同時檢測時人員也具有一定危險，再加上當前的發電系統越來越復雜，其產生的故障情況也是十分多樣，利用人工檢測很難完整并精準識別故障問題，比如說光伏設備的熱斑情況，人工檢測對溫度敏感性不強，就可能忽視了故障。

（3）檢測受到氣候環境的影響較大，風電光伏系統故障問題是動態存在的，同時也具有實時性，因而故障檢測工作也要隨時進行，但外部氣候較為惡劣的條件時，人工檢測工作也會受限，由于系統都是進行發電的機組，若是在降雨天氣時會大幅度提升人工檢測的危險系數，因而檢修工作不得不停止，這也會延遲故障的發現及處理。除此之外，人工檢測故障還具有成本較高的劣勢，不利于提升檢測工作的經濟性[1]。

2.2 無人機智能巡檢故障檢測的優勢

與傳統人工故障檢測方法進行比較，可發現無人機智能巡檢在風電光伏故障檢測中具有著很多優勢，具體總結為3 點內容。

（1）巡檢具有高效性，利用無人機裝置對風電光伏設備進行檢測，可以一次性實現測繪、識別、數值檢測以及拍攝等功能，同時，在一段時間內還可進行多組數據傳輸，應對檢測工作量不斷提升的狀況，無人機智能巡檢發揮出重要作用，相比于傳統人工檢測，效率可提升十倍左右。

（2）檢測的精度頗高，無人機可以實現對風電光伏組件的近距離檢測，針對于一些人工不方便檢測的盲區或死角位置，無人機也能夠有效拍攝，同時，無人機結合了紅外成像技術，具有較高熱敏感性，可以對人工難以判斷的發熱故障精準識別，提升了故障檢測的效果。

（3）故障檢測受到環境的干擾與局限較小，不管是多么復雜的地形，無人機都可飛行到達，像是高山地形、陡坡地形以及湖泊地形等，人工檢測不方便達到，但無人機體積較小可順利到達，同時，在降雨天氣時，無人機受到的干擾也比較小，可以替代人工完成危險檢測工作，有效保障系統的故障排除[2]。

3 風電光伏故障檢測中無人機智能巡檢的有效運用

無人機智能巡檢技術的運用，主要是指在無人機上搭載拍攝設備、傳感器識別設備等，再控制無人機按照特定航線到達指定位置巡視檢測設備狀態。其整個系統還包括硬件與軟件部分，硬件部分包括測距模塊與實施控制模塊，控制著無人機的航行以及與目標設備之間的距離；軟件部分主要是指MCU 框架，包括飛控數據包、接收機數據包以及日志記錄。無人機智能巡檢運用在風電光伏故障檢測中，可實現快速、精準識別故障問題，再結合分析手段來判斷故障情況，為風電光伏的維護處理提供有效幫助。

3.1 在風電巡檢中的運用

3.1.1 風電葉片故障問題

風電葉片在長時間運轉的過程中經常會出現故障問題，像是由于外部環境的強風因素、大氣因素、沙粒因素以及潮濕度因素影響下，葉片會由于摩擦而出現損傷，若對這類情況不及時發現并處理，就可能造成風電機組運行出現風險，甚至會由于不平穩運行停機，針對風電葉片的不同損傷情況，可以將故障分為以下幾種類型。

（1）葉片表面出現裂紋，這類故障是比較常見的葉片損傷問題，大多是由于風電機組受到外部干擾而自振引發葉片受力過強而出現裂紋。比如說風電機組本身發生強烈振動時，其葉片也會產生大幅度抖動作用，在產生裂紋后持續抖動，裂痕還會發生漲縮作用，這時環境中空氣帶有的雜質就會進入到裂縫，因此在檢測裂痕時會呈現出黑色，這表明裂紋被污染，葉片的裂紋情況由于初期在表面呈現不顯著，因此常常在故障檢測中被技術人員忽視，導致后續更為嚴重的葉片裂損，而其變成黑色后就是較為嚴重的裂痕，這時也容易被人發現，但還需要注意的是，裂紋呈現明顯黑色，說明該葉片的裂損已經相當嚴重，這時要及時進行科學處理，處理不當還可能出現葉片斷裂，不僅耗費檢修資源，也影響風電機組的運行[3]。

（2）葉片的涂層脫落，這類問題的出現一般是受到外部環境影響，像是一些葉片長時間處于潮濕環境下運轉，涂層受到水汽的侵蝕就可能會脫落，增加了葉片的磨損危害，簡單來說就是涂層受到腐蝕作用并逐漸脫離本體，而葉片在沒有了涂層后就會直接受到環境侵蝕，其使用壽命會大幅度縮短，因此，若檢測故障時發現該問題，都會及時開展處理。

（3）葉根螺栓斷裂問題，葉片長時間處于運轉狀態，會受到一定的阻力而損耗葉根，其相應的螺栓也會存在斷裂風險，若是在故障巡檢時忽視該問題并延遲處理，則可能直接導致葉片整體折損掉落。

3.1.2 無人機智能識別檢測風電故障

在風電故障的巡檢當中，通常是先使用人工巡檢方式將發生故障的設備篩選出來，然后再對各風機設備使用無人機智能設備開展故障檢測，這個過程為機械自動化檢測過程，最后將人工巡檢方式和無人機智能巡檢識別故障進行對比，判斷該技術運用的有效性。例如，某次使用無人機進行風電裝置葉片巡檢工作，通過控制無人機航線來來實現葉片背風面巡檢與迎風面的巡檢，保持無人機與葉片距離為10m，采用智能識別手段來判斷葉片是否存在故障情況，若發現異常情況，無人機會逐漸靠近葉片并拍攝故障位置，通過將無人機拍攝圖片放大分析發現機組葉片存在涂層脫落問題，其邊緣位置還存在裂紋，判斷最終具有10 處疑似故障，與人工巡檢方式對比，也發現無人機智能識別檢測故障的可靠性較高，同時具有節省時間與人工勞動力的特點。此外，還需注意的是，無人機智能巡檢不可逆光拍攝，否則會出現拍攝不清晰情況，也難以有效辨識故障，其航線也需進行人工控制，技術人員還需一邊操控一邊使用望遠鏡工具觀察，以保證巡檢的效果更佳，圖2 為風機葉片故障巡檢技術流程結構。

圖2 風機葉片故障巡檢技術流程結構

3.2 在光伏巡檢中的運用

一般的光伏電站也是長時間運行，其光伏設備也經常會出現故障問題，存在的故障情況包括損壞故障、裂紋故障以及焊帶故障等。除此之外，光伏設備還會積灰、雜物或落葉堆擋，導致難以全面吸收太陽光并運行發電，因此也需在巡檢中發現這類問題并采取處理手段。當光伏設備發生故障時，其內部電流值和電壓值都會改變，光伏電池還可能會出現升溫情況，影響到穩定運行，結合光伏設備本身的特點可以發現，其升溫為局部形式，在設備上形成熱斑，若熱斑的實際溫度過高，達到某一限定值后就會燒毀內部構件，直接導致電池失去作用，即無法繼續發電。基于此，光伏設備的故障巡檢工作十分關鍵，若使用無人機智能巡檢光伏機組時，需從多角度對設備開展拍攝，高效并準確識別光伏電板的異常熱斑，確定熱斑位置并制定科學的維修處理計劃，及時派出專業人員維修，將光伏設備的熱斑完全消除，提升機組運行的穩定性，也延長光伏電池的使用壽命[4]。

光伏巡檢故障時使用無人機智能檢測方法，還需注意以下4 點內容。

（1）對樣本設備進行拍攝時，需盡可能避開太陽光或強光的反射作用，以免拍攝圖片出現拉花情況，進而影響到圖片的比對分析，難以有效找出熱斑故障位置，也影響到故障的及時處理。

（2）結合光伏故障特點來選擇合適的無人機紅外識別成像設備，一般是選擇熱敏感度頗高的設備，同時，為了保證無人機拍攝的對焦準確，要保證拍攝鏡頭與光伏設備之間呈垂直關系，提升拍攝圖片的清晰度，以便于更好地分析故障。

（3）在調節溫感系數前，需先利用自動模式來校準溫度，然后手動進行參數的微調，合適的溫感有助于更精準地識別設備溫斑。

（4）由于無人機設備本身體積不大，再加上巡檢時需搭建許多設備，導致整體承受很大重力，這也會使得無人機運行的能耗增加，因而無人機的續航運行時間會大幅度縮短，在實際進行光伏巡檢時，一定要考慮無人機續航問題，充分保證能量充足，做好規劃，避免影響到巡檢的順利推進。

3.3 無人機智能巡檢技術的未來展望

無人機智能巡檢技術在當前的風電光伏故障檢測中發揮了重要價值，其具有著效率高、操作簡便、成本低、維護便利以及識別精確等特點，可進一步提升風電光伏工作機組的運行穩定性。但無人機智能巡檢技術的價值不止步于此，其還有更多未開發的優勢，像是要不斷解決運行時的高能耗問題，還要研究如何規避惡劣天氣下環境對無人機巡檢機組的干擾。在檢測風電光伏故障的工作中，要考慮規劃出最優航線、確定返航的合理路線，還要推動實現一次性巡檢機組的所有組件，或是實現一次性多臺機組的同時巡檢，在圖像的處理方面提升水平，有助于實現故障點的精準定位，該項技術不斷推進智能化發展，實現自動化生成巡檢報告，進一步降低人力投入，提升巡檢的成效。

4 結語

綜上所述，風電光伏故障的檢測工作具有著工作量大、檢測難度高等特點，為了有效實現檢測，采用了無人機智能巡檢技術。由本文分析可知，無人機智能巡檢系統可以有效識別風電機組與光伏發電機組的多種故障問題，包括裂紋、發熱、涂層脫落等等，具有著及時性、效率高以及成本低的特點，因而目前得到廣泛運用。