無人機巡檢技術(shù)在智慧風(fēng)電場的應(yīng)用

無人機巡檢技術(shù)在智慧風(fēng)電場的應(yīng)用2023年4月目錄CONTENTS技術(shù)背景無人機在風(fēng)電場集電線路巡檢中的應(yīng)用無人機在風(fēng)電機組葉片巡檢中的應(yīng)用無人機風(fēng)電場智能運維技術(shù)展望PA

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1技術(shù)背景1.12022年4月2日，國家能源局、科學(xué)技術(shù)部印發(fā)了《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》，圍繞先進可再生能源、新型電力系統(tǒng)、安全高效核能等方面，制定了中國能源發(fā)展與項目布局的技術(shù)路線圖。文件中提出包含風(fēng)電機組與風(fēng)電場數(shù)字化智能化技術(shù)的技術(shù)提升要求，風(fēng)電場關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測和故障診斷、大數(shù)據(jù)智能分析與信息智能管理等關(guān)鍵技術(shù)研究的要求。國家相關(guān)部門為風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)業(yè)升級制定了明確的發(fā)展方向。1.2與風(fēng)電行業(yè)蓬勃發(fā)展相對應(yīng)的，是風(fēng)電運維工作需求量的激增，為了保證風(fēng)電機組的高效運行，防止生產(chǎn)事故的發(fā)生，需要定期對風(fēng)電機組進行缺陷排查、維修、清潔等工作。傳統(tǒng)的風(fēng)電運維大多采用人工檢修的方式，一方面，隨著風(fēng)電裝機規(guī)模的擴大，人工作業(yè)效率逐漸跟不上產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，另一方面，人工高空作業(yè)蘊含的風(fēng)險始終值得風(fēng)電人的警惕。以對風(fēng)電機組的葉片檢查任務(wù)為例，傳統(tǒng)的葉片檢查模式主要分為兩種：1）目測檢查2）繩索垂降人工檢查而這些傳統(tǒng)檢修模式往往存在諸多痛點難點：1）人工高空作業(yè)存在較高的安全隱患2）巡檢效率低，工人勞動強度大，成本高3）運維需要機組長時間停機，發(fā)電量損失大4）檢測范圍無法完全覆蓋機組整體5）受天氣影響較大，風(fēng)速＞8m/s時不能作業(yè)1.3得益于無人機、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展，無人機逐漸在風(fēng)電場站運維工作中得到廣泛應(yīng)用。u無人機能滿足風(fēng)電行業(yè)巡檢環(huán)境復(fù)雜性需求，并大大提高巡檢的質(zhì)量和效率，巡檢成本相對較低，安全性較高u無人機能滿足數(shù)據(jù)采集的實時、全面、精細要求，通過搭載不同功能的負載滿足風(fēng)電場站各種場景的需求。風(fēng)電運維的工作內(nèi)容十分廣泛，目前我們無人機智能運維主要有以下三個應(yīng)用模塊。分別是風(fēng)電機組葉片檢測、風(fēng)電場集電線路巡檢、架空線路無人機放線。1.3序號風(fēng)電運維無人機應(yīng)用應(yīng)用概述圖例利用無人機搭載傳感器，及時對風(fēng)電機組葉片的鼓包、皺褶、脫膠、裂紋等缺陷進行準(zhǔn)確巡查檢測，排除機組運行安全隱患12風(fēng)電機組葉片檢查無人機在提前規(guī)劃好航線的前提下，沿線路對導(dǎo)線、金具、絕緣子、鐵塔等進行全自主飛行檢查，排除線路運行安全隱患風(fēng)電場集電線路巡檢架空線路無人機放線在線路走廊長、地形復(fù)雜、地勢險要的地區(qū)，使用無人機放線施工效果更加顯著。無人機放線可以減少對環(huán)境的破壞，降低施工成本節(jié)省工期。3PA

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2無人機在風(fēng)電場集電線路巡檢中的應(yīng)用2.1風(fēng)電場集電線路覆蓋面積廣泛，多為架空線路，是風(fēng)力發(fā)電不可或缺的重要環(huán)節(jié)之一，針對架空輸電線路的人工巡檢模式不僅存在安全性差、穩(wěn)定運行，直接關(guān)系風(fēng)電場的安全穩(wěn)定，存在工作量大、效率低等問題，而且受觀測角度影響，不能全面及時地發(fā)現(xiàn)問題。2.2第一：巡線距離長，工作量大，徒步巡檢效率緩慢，

無人機自身優(yōu)勢：攜帶方便、操作簡單、自主飛行、無法提高巡檢效率。反應(yīng)迅速，機動性強、任務(wù)用途廣泛。無人機行業(yè)優(yōu)勢：第二：遇到冰雪、滑坡等異常天氣時，巡檢工作將第一：無人機巡檢提高了電力維護和檢修的速度和效率，使許多工作能在完全帶電的環(huán)境下迅速完成，確保了線路穩(wěn)定巡行。無法開展。第三：山區(qū)巡檢具有高風(fēng)險性，時刻威脅巡檢人員生命安全。在山區(qū)林區(qū)易遇到蛇、蜜蜂等的傷害，特別是夏季，山地草木茂盛，行走過程中腳易踩空摔傷。第二：采用無人機進行常規(guī)輸電線路巡檢，可降低勞動強度，與徒步巡檢相比，可提高巡檢作業(yè)安全性，降低勞動成本。第三：無人機具有巡檢速度快，巡檢質(zhì)量高，機動性強，能及時發(fā)現(xiàn)缺陷，能對發(fā)現(xiàn)的缺陷及時分析記錄。輸電線路通道巡檢輸電線路精細化巡檢無人機搭載激光雷達負載，實現(xiàn)精確的凈空排查，準(zhǔn)確獲取架空線路周圍所有障礙物的位置信息，有效、精確判斷出樹線距離、交跨距離、通道環(huán)境等技術(shù)難題。無人機搭載可見光紅外雙光云臺，按預(yù)設(shè)路徑執(zhí)行巡檢作業(yè)，采集輸電線路桿塔及通道的圖像信息，主要用于發(fā)現(xiàn)線路塔身、金具、導(dǎo)線、通道等各類缺陷問題，包括接觸不良導(dǎo)致的發(fā)熱。點云數(shù)據(jù)處理：基于原始數(shù)據(jù)的桿塔位置快速進行標(biāo)定與切檔，內(nèi)嵌深度學(xué)習(xí)算法，采用條件式分類算法對地面點、建筑物和噪聲點進行自動分類，交互編輯工具可對自動分類結(jié)果進行人工精細修改。桿塔航線規(guī)劃：基于高精度三維點云數(shù)據(jù)，依據(jù)特定的拍攝規(guī)則（部位+順序+視角+安全約束），以高效的空間幾何算法為支撐，為架空線路自動生成路徑規(guī)劃。2.3點云數(shù)據(jù)采集三維航線規(guī)劃無人機搭自動飛行采集線路點云建模，自動生成航線，人工進行復(fù)核修正點云數(shù)據(jù)采集三維航線生成AI故障識別無人機自動化作業(yè)無人機自動化作業(yè)

自動飛行采集線路圖像數(shù)據(jù)歸檔數(shù)據(jù)上傳及重命名自動缺陷識別，人工復(fù)核AI故障識別通過管理平臺進行缺陷跟蹤，閉環(huán)消缺機巡缺陷管理平臺數(shù)據(jù)歸檔缺陷閉環(huán)風(fēng)電場集電線路精細化巡檢報告缺陷展示線夾形變玻璃絕緣子自爆缺陷展示螺栓松動復(fù)合絕緣子破損缺陷展示螺栓缺失銷釘缺失缺陷展示導(dǎo)線斷股導(dǎo)線松股缺陷展示鳥害對線路的影響PA

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3無人機在風(fēng)電機組葉片巡檢中的應(yīng)用3.1風(fēng)電機組葉片表面常見缺陷表面漆層脫落膠衣裂紋邊緣開裂葉片是風(fēng)電機組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能的重要部件，葉片狀態(tài)的好壞直接影響到整機的性能和發(fā)電效率，而葉片承受載荷較大，運行環(huán)境惡劣，長期暴露于雷擊、結(jié)冰、風(fēng)沙侵蝕、鹽霧侵蝕等環(huán)境下，因此不可避免的會出現(xiàn)損傷缺陷。為維護風(fēng)電機組高效率運行，需要定期對風(fēng)電機組葉片進行巡檢，及時發(fā)現(xiàn)問題并維修。雷擊損傷纖維層表面破損前緣腐蝕3.2全飛行航線高度自動化，飛行過程無需人工介入360度全范圍覆蓋葉片表面拍攝,葉片、塔筒、機艙任意點起飛（電站操控室、停機平臺、道路、塔筒…）停機剎車，無需倒Y停機白天拍攝效果不受光照度影響，自動曝光設(shè)置雷達測距確保安全、可靠單臺風(fēng)機巡檢時長20-25分鐘AI自動識別故障，可識別5~10mm缺陷自動生成報告3.3巡檢部位壓力面（PS面）前緣（風(fēng)切入側(cè)）吸力面（SS面）后緣（風(fēng)切出側(cè)）3.4專門針對風(fēng)電葉片檢查開發(fā)的地面站軟件控制無人機飛行、飛行安全、路徑穩(wěn)定可靠通過機器視覺自動識別風(fēng)機葉片當(dāng)前姿態(tài)，動態(tài)生成覆蓋各葉片四個面的巡檢航線（可選擇性生成局部檢查航線）在穩(wěn)定飛行的前提下，程序控制相機連續(xù)穩(wěn)定的檢查拍攝作業(yè)（計算無人機航線上移動的距離進行定距連拍）3.53.6風(fēng)電場三維地圖風(fēng)電智維APP風(fēng)機葉片巡檢報告3.6無人機可以利用5G的高速度、低功耗、低時延等特性，解決遠程控制和遠程監(jiān)控受限、圖像和視頻流回傳延遲等問題，實現(xiàn)無人機的全新升級。表現(xiàn)在以下方面（1）實時傳輸高清畫面/視頻。無人機與5G結(jié)合，實現(xiàn)以每秒1Gbps以上的速度傳送數(shù)據(jù)，不僅能承載大量的圖像、視頻流傳送，還能實現(xiàn)超清晰、超流暢的視頻直播畫面。（2）建立無人機遠程控制系統(tǒng)。無人機搭載5G通信模組可解決無人機超視距遠程控制、遠程監(jiān)控等范圍受限問題，使得無人機飛行更安全可靠。（3）定位更精準(zhǔn)。無人機可以在基于5G通信系統(tǒng)上建立更加高精度的定位，可實現(xiàn)厘米級導(dǎo)航。缺陷照片展示膠衣脫落缺陷照片展示膠衣裂紋缺陷照片展示前緣腐蝕缺陷照片展示葉片雷擊PA

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4無人機風(fēng)電場智能運維技術(shù)展望4.1新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在萌發(fā)，大數(shù)據(jù)的形成、理論算法的革新、計算能力的提升及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的演進驅(qū)動人工智能發(fā)展進入新階段，智能化成為和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。當(dāng)前無人機智能運維雖然已經(jīng)高度自動化，但是還有部分環(huán)節(jié)需要人為干預(yù)，例如需要選擇合適的時間段起降，電池更換以及人工監(jiān)測無人機狀態(tài)，包括后期的分析處理，這些技術(shù)環(huán)節(jié)都有待突破智能化。在未來，隨著新一代人工智能技術(shù)與方向的深度融合，AI智能運維技術(shù)將有重大突破，主要有以下幾個方向：基于智能機庫的智慧風(fēng)場風(fēng)電機組不停機無人機巡檢無人機智能除冰技術(shù)大數(shù)據(jù)智能化分析技術(shù)4.2在風(fēng)電場周邊部署無人機智慧機場，AI監(jiān)測環(huán)境狀態(tài)，自主決定在適宜的條件下調(diào)遣無人機進行起飛工作，并且自主監(jiān)測無人機狀態(tài)，引導(dǎo)降落并自動充電，突破現(xiàn)有無人機續(xù)航能力限制，實現(xiàn)全流程的無人化作業(yè)，為“無人值班、少人值守”的運維模式打下堅實的基礎(chǔ)。4.3無人機搭載具備更高的感光度、更寬的動態(tài)范圍、超高的快門速度的工業(yè)相機，在距風(fēng)機80~100米的位置對葉片進行遠距離拍攝，該方案無需停機，不影響生產(chǎn)，避免了停機巡檢時發(fā)電量的損失。4.4在無人機工作過程中，AI識別葉片是否結(jié)冰，智能分析出冰層種類、厚度，給出相應(yīng)的除冰方案