無人機(jī)巡檢技術(shù)在智慧風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用

無人機(jī)巡檢技術(shù)在智慧風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用2023年4月目錄CONTENTS技術(shù)背景無人機(jī)在風(fēng)電場(chǎng)集電線路巡檢中的應(yīng)用無人機(jī)在風(fēng)電機(jī)組葉片巡檢中的應(yīng)用無人機(jī)風(fēng)電場(chǎng)智能運(yùn)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(jìn)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(xiàng)目布局的技術(shù)路線圖。文件中提出包含風(fēng)電機(jī)組與風(fēng)電場(chǎng)數(shù)字化智能化技術(shù)的技術(shù)提升要求，風(fēng)電場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)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(jí)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(duì)應(yīng)的，是風(fēng)電運(yùn)維工作需求量的激增，為了保證風(fēng)電機(jī)組的高效運(yùn)行，防止生產(chǎn)事故的發(fā)生，需要定期對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行缺陷排查、維修、清潔等工作。傳統(tǒng)的風(fēng)電運(yùn)維大多采用人工檢修的方式，一方面，隨著風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)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(yùn)含的風(fēng)險(xiǎn)始終值得風(fēng)電人的警惕。以對(duì)風(fēng)電機(jī)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(cè)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(diǎn)難點(diǎn)：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(dòng)強(qiáng)度大，成本高3）運(yùn)維需要機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，發(fā)電量損失大4）檢測(cè)范圍無法完全覆蓋機(jī)組整體5）受天氣影響較大，風(fēng)速＞8m/s時(shí)不能作業(yè)1.3得益于無人機(jī)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)逐漸在風(fēng)電場(chǎng)站運(yùn)維工作中得到廣泛應(yīng)用。u無人機(jī)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(duì)較低，安全性較高u無人機(jī)能滿足數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)、全面、精細(xì)要求，通過搭載不同功能的負(fù)載滿足風(fēng)電場(chǎng)站各種場(chǎng)景的需求。風(fēng)電運(yùn)維的工作內(nèi)容十分廣泛，目前我們無人機(jī)智能運(yùn)維主要有以下三個(gè)應(yīng)用模塊。分別是風(fēng)電機(jī)組葉片檢測(cè)、風(fēng)電場(chǎng)集電線路巡檢、架空線路無人機(jī)放線。1.3序號(hào)風(fēng)電運(yùn)維無人機(jī)應(yīng)用應(yīng)用概述圖例利用無人機(jī)搭載傳感器，及時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組葉片的鼓包、皺褶、脫膠、裂紋等缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確巡查檢測(cè)，排除機(jī)組運(yùn)行安全隱患12風(fēng)電機(jī)組葉片檢查無人機(jī)在提前規(guī)劃好航線的前提下，沿線路對(duì)導(dǎo)線、金具、絕緣子、鐵塔等進(jìn)行全自主飛行檢查，排除線路運(yùn)行安全隱患風(fēng)電場(chǎng)集電線路巡檢架空線路無人機(jī)放線在線路走廊長(zhǎng)、地形復(fù)雜、地勢(shì)險(xiǎn)要的地區(qū)，使用無人機(jī)放線施工效果更加顯著。無人機(jī)放線可以減少對(duì)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(jī)在風(fēng)電場(chǎng)集電線路巡檢中的應(yīng)用2.1風(fēng)電場(chǎng)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(duì)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(yùn)行，直接關(guān)系風(fēng)電場(chǎng)的安全穩(wěn)定，存在工作量大、效率低等問題，而且受觀測(cè)角度影響，不能全面及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題。2.2第一：巡線距離長(zhǎng)，工作量大，徒步巡檢效率緩慢，

無人機(jī)自身優(yōu)勢(shì)：攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、自主飛行、無法提高巡檢效率。反應(yīng)迅速，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、任務(wù)用途廣泛。無人機(jī)行業(yè)優(yōu)勢(shì)：第二：遇到冰雪、滑坡等異常天氣時(shí)，巡檢工作將第一：無人機(jī)巡檢提高了電力維護(hù)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(xiǎn)性，時(shí)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(jī)進(jìn)行常規(guī)輸電線路巡檢，可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，與徒步巡檢相比，可提高巡檢作業(yè)安全性，降低勞動(dòng)成本。第三：無人機(jī)具有巡檢速度快，巡檢質(zhì)量高，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，能對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷及時(shí)分析記錄。輸電線路通道巡檢輸電線路精細(xì)化巡檢無人機(jī)搭載激光雷達(dá)負(fù)載，實(shí)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(jī)搭載可見光紅外雙光云臺(tái)，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(diǎn)云數(shù)據(jù)處理：基于原始數(shù)據(jù)的桿塔位置快速進(jìn)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(duì)地面點(diǎn)、建筑物和噪聲點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)分類，交互編輯工具可對(duì)自動(dòng)分類結(jié)果進(jìn)行人工精細(xì)修改。桿塔航線規(guī)劃：基于高精度三維點(diǎn)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(dòng)生成路徑規(guī)劃。2.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集三維航線規(guī)劃無人機(jī)搭自動(dòng)飛行采集線路點(diǎn)云建模，自動(dòng)生成航線，人工進(jìn)行復(fù)核修正點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集三維航線生成AI故障識(shí)別無人機(jī)自動(dòng)化作業(yè)無人機(jī)自動(dòng)化作業(yè)

自動(dòng)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(dòng)缺陷識(shí)別，人工復(fù)核AI故障識(shí)別通過管理平臺(tái)進(jìn)行缺陷跟蹤，閉環(huán)消缺機(jī)巡缺陷管理平臺(tái)數(shù)據(jù)歸檔缺陷閉環(huán)風(fēng)電場(chǎng)集電線路精細(xì)化巡檢報(bào)告缺陷展示線夾形變玻璃絕緣子自爆缺陷展示螺栓松動(dòng)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(duì)線路的影響PA

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3無人機(jī)在風(fēng)電機(jī)組葉片巡檢中的應(yīng)用3.1風(fēng)電機(jī)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(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要部件，葉片狀態(tài)的好壞直接影響到整機(jī)的性能和發(fā)電效率，而葉片承受載荷較大，運(yùn)行環(huán)境惡劣，長(zhǎng)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(huì)出現(xiàn)損傷缺陷。為維護(hù)風(fēng)電機(jī)組高效率運(yùn)行，需要定期對(duì)風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行巡檢，及時(shí)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(dòng)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(jī)艙任意點(diǎn)起飛（電站操控室、停機(jī)平臺(tái)、道路、塔筒…）停機(jī)剎車，無需倒Y停機(jī)白天拍攝效果不受光照度影響，自動(dòng)曝光設(shè)置雷達(dá)測(cè)距確保安全、可靠單臺(tái)風(fēng)機(jī)巡檢時(shí)長(zhǎng)20-25分鐘AI自動(dòng)識(shí)別故障，可識(shí)別5~10mm缺陷自動(dòng)生成報(bào)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(duì)風(fēng)電葉片檢查開發(fā)的地面站軟件控制無人機(jī)飛行、飛行安全、路徑穩(wěn)定可靠通過機(jī)器視覺自動(dòng)識(shí)別風(fēng)機(jī)葉片當(dāng)前姿態(tài)，動(dòng)態(tài)生成覆蓋各葉片四個(gè)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(jī)連續(xù)穩(wěn)定的檢查拍攝作業(yè)（計(jì)算無人機(jī)航線上移動(dòng)的距離進(jìn)行定距連拍）3.53.6風(fēng)電場(chǎng)三維地圖風(fēng)電智維APP風(fēng)機(jī)葉片巡檢報(bào)告3.6無人機(jī)可以利用5G的高速度、低功耗、低時(shí)延等特性，解決遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控受限、圖像和視頻流回傳延遲等問題，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的全新升級(jí)。表現(xiàn)在以下方面（1）實(shí)時(shí)傳輸高清畫面/視頻。無人機(jī)與5G結(jié)合，實(shí)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(shí)現(xiàn)超清晰、超流暢的視頻直播畫面。（2）建立無人機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。無人機(jī)搭載5G通信模組可解決無人機(jī)超視距遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等范圍受限問題，使得無人機(jī)飛行更安全可靠。（3）定位更精準(zhǔn)。無人機(jī)可以在基于5G通信系統(tǒng)上建立更加高精度的定位，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)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(jī)風(fēng)電場(chǎng)智能運(yùn)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(jì)算能力的提升及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的演進(jìn)驅(qū)動(dòng)人工智能發(fā)展進(jìn)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(jī)智能運(yùn)維雖然已經(jīng)高度自動(dòng)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(shí)間段起降，電池更換以及人工監(jiān)測(cè)無人機(jī)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(yùn)維技術(shù)將有重大突破，主要有以下幾個(gè)方向：基于智能機(jī)庫的智慧風(fēng)場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組不停機(jī)無人機(jī)巡檢無人機(jī)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(chǎng)周邊部署無人機(jī)智慧機(jī)場(chǎng)，AI監(jiān)測(cè)環(huán)境狀態(tài)，自主決定在適宜的條件下調(diào)遣無人機(jī)進(jìn)行起飛工作，并且自主監(jiān)測(cè)無人機(jī)狀態(tài)，引導(dǎo)降落并自動(dòng)充電，突破現(xiàn)有無人機(jī)續(xù)航能力限制，實(shí)現(xiàn)全流程的無人化作業(yè)，為“無人值班、少人值守”的運(yùn)維模式打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4.3無人機(jī)搭載具備更高的感光度、更寬的動(dòng)態(tài)范圍、超高的快門速度的工業(yè)相機(jī)，在距風(fēng)機(jī)80~100米的位置對(duì)葉片進(jìn)行遠(yuǎn)距離拍攝，該方案無需停機(jī)，不影響生產(chǎn)，避免了停機(jī)巡檢時(shí)發(fā)電量的損失。4.4在無人機(jī)工作過程中，AI識(shí)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