無人機在風機巡檢中的應用

張浩志

摘要：人工智能的不斷發展，使得無人機技術在工業領域的應用逐漸廣泛，使用無人機進行風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。

關鍵詞：風力發電技術;無人機技術

引言

回顧“十三五”，新能源產業蓬勃發展成為了整體經濟建設中的亮點，堪稱跑步向前，而風機裝機容量的規模在電力行業總發電裝機容量所占比重均獲得了大幅上升。展望“十四五”期間，新能源產業會進入高質量發展階段。截止2020年末，并網風電裝機容量已達28153萬千瓦，顯然風力發電將會進入一個高速發展的時代。

近幾年，隨著風力發電技術發展的不斷創新，風電機組裝機容量的規模越來越大，大容量風電機組的葉片長度現在最大可以達到70m，對于一個風電機組而言，使用周期在20—30年左右，風機葉片長時間的工作難免會出現故障，而傳統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、高空作業成本高、檢測時間長、停電發電量損失大和檢測效率低等缺點。因此，將無人機技術運用于風機巡檢可以促進風力發電行業的發展。

1.風電運維現狀

1.1葉片巡檢

眾所周知，風機葉片在長時間的運轉過程中，由于強風負荷、潮濕空氣腐蝕、大氣氧化等自然環境的影響，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致葉片斷裂，會造成風電設備損壞，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霜等.

1.2人工巡檢的不足

（1）工作效率低

風電場通常位于人口稀少、偏遠和惡劣的地方，隨著風電規模的不斷增加，檢修人員不方便進行頻繁全面的檢查和維護，導致無法保證效率和質量。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

電力系統安全對國民經濟發展起到了不可代替的作用，傳統的風機巡檢是通過人工高空作業的形式來完成檢修工作，高空作業安全風險高，容易造成人員墜落、人員扭傷等事故。

（3）后期維護成本高

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

2.無人機技術的應用

2.1無人機技術的發展現狀

無人機最初的設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濟性，技術要求更低，近十年中國的民用無人得到了全面的發展。

隨著工業生產技術、自動控制理論和計算機科學技術的不斷進步，無人機在各行各業中得到了廣泛應用，如各種演藝活動和體育賽事的航拍、農業灌溉、物資配送和地理測繪等領域。其中風機檢修也是一個熱點領域，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，對風力發電機葉片進行例行檢查，這樣即使在偏遠山區或臨近海上區域，也可以進行安全作業。

2.2無人機巡檢的優點

（1）由于風電規模的不斷增加以及風電場所處環境的復雜性，使用無人機技術進行風機巡檢可以有效的解決人工檢測成本較高的問題，對于規模龐大的風力發電機組，需要頻繁地調動人進行長時間的維護維修，在低處偏僻、環境惡劣的地方運送設備很不方便，例如海上風電機組，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）傳統的人工檢測效率和質量得不到保證。因為現在的風電機組建設比較龐大，需要檢測的數量較多，重復工作量較大，耗時耗力。檢修過程中需要停轉，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力發電機大很多，增加棄風率的同時，影響整個風場的后續正常經營。

（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。雷雨天氣等惡劣環境，人員無法巡檢時，無人機可以發揮其替代作用，大大提高巡檢的速度和效率。

2.3 無人機風機巡檢方案

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

（1）巡檢自動化

風機巡檢中，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。由于在風電場這種復雜的環境中，容易因為人為失誤而導致墜機等安全事故，操作人員應該注意防范。

（2）數據實時化

檢修人員通過無人機拍到的實時圖片或視頻，對風機進行故障判斷以及對風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據經網絡傳輸到風電場的集控中心，從集控中心可以看到無人機的實時軌跡和巡檢畫面，并對數據進行保留。

3.總結

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

參考文獻

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