2024新能源風電場無人機巡檢技術(shù)方案

智慧風電項目-30-新能源風電場無人機巡檢技術(shù)方案2024.04

目錄一、項目背景及必要性 -5-1.1.項目背景 -5-1.2.項目必要性 -7-二、需求分析 -9-2.1新能源場站概況 -9-2.2智慧新能源一體化平臺需求 -9-2.3新能源數(shù)據(jù)平臺需求 -10-2.4智慧化應用業(yè)務(wù)需求 -10-三、建設(shè)目標和內(nèi)容 -12-3.1建設(shè)目標 -13-3.2建設(shè)內(nèi)容 -15-四、技術(shù)方案和技術(shù)路線 -17-4.1系統(tǒng)架構(gòu) -17-4.2智慧功能技術(shù)方案 -23-4.3系統(tǒng)安全 -50-五、項目實施 -56-5.1.實施步驟 -56-5.2.實施計劃 -57-六、效益和風險分析 -58-6.1.效益分析 -58-6.2.風險評估 -59-七、項目經(jīng)費估算 -61-八、結(jié)論 -62-

項目背景及必要性項目背景XXX新能源智慧風電項目位于XXX省XXX市XXX東北部，風電場擬建設(shè)容量為100.8MW，設(shè)計安裝18臺SI-20056型風力發(fā)電機組，風電場新建一座110kV升壓站。為了更好建設(shè)智慧風電場，加快智慧新能源企業(yè)建設(shè)，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標，進一步提XXX風電場智慧管理水平，滿足風電場機接入集控后“無人值班、少人值守”的要求，提升風電場智慧運維水平，擬開展智慧化風電場項目建設(shè)。本項目主要開展智慧風電無人機巡檢項目。項目必要性新能源電場分布點多面廣，管理難度大。目前集團各新能源場站的運維方式普遍依然過于粗放，面臨著管理困難，設(shè)備故障率高、運維不及時、安全可靠性低以及經(jīng)濟性差等問題，已成為新能源發(fā)電企業(yè)精細化管控的首要問題。新能源場站人力資源有限，場站分布廣，地域偏僻、設(shè)備眾多而分散，風電場日常運維管控困難，人員作業(yè)安全難以保障。建設(shè)目標和內(nèi)容根據(jù)發(fā)電企業(yè)發(fā)展的狀況和趨勢，風電電站運營的特點，按照新能源管控精益化要求，基本實現(xiàn)“集中監(jiān)控、無人值班、少人值守”目標，風電電站智慧化應用是發(fā)展的必然趨勢，夯實企業(yè)安全基礎(chǔ)、保障安全生產(chǎn)穩(wěn)定運行、實現(xiàn)精細化管理的必要手段。更是提高發(fā)電企業(yè)運行維護水平、降低人資成本、改善勞動條件、提高經(jīng)濟效益的有效途徑。通過無人機智能巡檢項目能有效解決降低運維成本，提升運維水平，提高及時發(fā)現(xiàn)問題的能力，保障風電機組安全運行。提高對作業(yè)人員的安全管控，能降低作業(yè)風險，保障企業(yè)本質(zhì)安全。（1）風電機組無人機巡檢系統(tǒng)：部署一套智能無人機巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)18臺風機無人機智能巡檢。技術(shù)方案和技術(shù)路線3.1風機無人機智能巡檢系統(tǒng)隨著風電裝機規(guī)模越來越大，風力發(fā)電已成為可持續(xù)發(fā)展的重要能源之一。作為風力發(fā)電的核心部件之一，風機的正常運行對于整個風力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。然而，由于風機通常安裝在較為偏遠的地區(qū)，加上高海拔、強風等天氣條件不利因素的影響，導致風機的葉片經(jīng)常會遭受損傷或其它故障，特別是在一些嚴重天氣差的環(huán)境下，風機葉片的損壞情況尤為嚴重。為了保證風機的正常運行以及早發(fā)現(xiàn)、早處理風機葉片的故障風機葉片巡檢成為了一項必要的任務(wù)。然而，傳統(tǒng)的風機葉片巡檢方式往往需要大量的人力和物力投入，且存在涉及人員安全等問題。隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展，在風機葉片巡檢任務(wù)中使用無人機進行巡檢成為了一種新的解決方案。風電機組無人機自主巡檢可避免風機長時間停機巡檢，減少因巡檢造成的發(fā)電量損失，利用無人機全方位自主采集風機照片，風機缺陷智能診斷和缺陷定位，降低人工巡檢工作強度及巡檢成本。傳統(tǒng)的葉片檢查方法為借助望遠鏡、長焦相機，垂索人工檢測方式目前已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場實際需求。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，尤其是自動檢測軟件的開發(fā)，風機葉片無人機巡檢技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應用。目前公司葉片巡檢以人工地面巡檢為主，吊籃檢查為輔。存在巡檢效率低、停機時間長，高空作業(yè)風險大等缺點。亟需借助新型無人機葉片巡檢技術(shù)，解決現(xiàn)場巡檢中存在的問題。3.2無人機巡檢基本技術(shù)要求3.2.1無人機巡視過程基本技術(shù)要求：風電場無人機葉片檢測巡檢系統(tǒng)、巡檢人員、作業(yè)準備、作業(yè)實施、分析與總結(jié)以及設(shè)備管理的基本要求應符合NB/T10594的規(guī)定。同一機組的三支葉片應進行標識區(qū)分。單個葉片巡檢范圍應包括迎風面、背風面以及前后緣葉片巡檢部位包括巡檢葉片表面、前后緣、接閃器外觀、防雨裙、葉尖以及直驅(qū)風機輪廓處S點。葉片巡檢內(nèi)容包括巡檢葉片表面的破損、裂紋、開裂、覆冰、增功組件破損等缺陷，巡檢避雷接閃器的腐蝕、丟失等缺陷，巡檢葉片螺栓的斷裂等缺陷，巡檢主梁的斷裂、裂紋等缺陷。葉片巡檢每年至少應執(zhí)行2次，根據(jù)風電場規(guī)?？刹捎枚嗯_無人機巡檢。航線應根據(jù)巡檢風機坐標、葉片長度、塔高等技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場勘查情況繪制，應制定巡檢方式、起降位置及安全策略。6被巡檢風機在葉片檢測時應停止運行，葉輪鎖定，葉片宜處于倒“Y”形每臺風機的第一張照片應拍攝、保存被巡檢風機的機組編號信息。無人機宜從整體到局部開展巡檢，拍攝照片應包括風機整體、葉片整體以及葉片局部。葉片局部巡檢應根據(jù)選用設(shè)備在葉片迎風面、背風面、前緣、后緣開展巡檢，每張照片重疊不應低于20%，單張照片可識別出1mm級別的裂紋。拍攝的照片應驗證對葉片表面覆蓋的完整性。風機出現(xiàn)故障或疑似故障或技術(shù)指標監(jiān)測發(fā)現(xiàn)異常時，可采用無人機巡檢、確認和定位故障點，檢查設(shè)備受損和其他異常情況。人工巡檢發(fā)現(xiàn)風機有異常噪聲時，應停機后用無人機對葉片巡檢。無人機應從逆風方向靠近風機。在風向多變的區(qū)域飛行，應增加50%安全距離。無人機嚴禁在葉片的正上方飛行。無人機不應穿過葉片旋轉(zhuǎn)面，不應在葉輪旋轉(zhuǎn)面內(nèi)懸停。在臺風和雷雨季后，應對風電場風機葉片巡檢至少一次。作業(yè)人員時刻注意觀察風向、風速、雷雨等現(xiàn)場天氣變化，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即返航或應急降落塔筒、導流罩故障、機組環(huán)境疑似故障或技術(shù)指標監(jiān)測異常點可利用無人機巡檢。3.3無人機巡視結(jié)果處理葉片檢測完成后，應提交巡檢結(jié)果分析報告。報告內(nèi)容應包括缺陷照片數(shù)據(jù)、缺陷成因分析、缺陷劣化趨勢、缺陷處理建議等內(nèi)容。巡檢結(jié)果分析報告應從葉片設(shè)計及制造角度對缺陷分析，應結(jié)合葉片結(jié)構(gòu)、制造材料、制造工藝對缺陷成因進行分析，應基于同類型、同批次的葉片缺陷情況進行家族性缺陷分析。巡檢結(jié)果分析報告應包括缺陷等級、缺陷內(nèi)容、程度、處理建議以及圖示等內(nèi)容。葉片缺陷類型及嚴重程度應結(jié)合定量及定性方法。對表面面漆、膠衣、前緣保護膜脫落/破損，淺表層纖維層腐蝕，非開放性小尺度前后緣開裂，防雨罩移位/脫落，葉片增功組件破損/丟失等損傷程度較輕的缺陷，宜采用周期檢查并修復葉片。對纖維層表面破損，葉片螺栓斷裂，前后緣開放性開裂，葉尖損壞或殼體丟失，殼體表面縱向、橫向裂紋，玻璃纖維層的起鼓分層、腐蝕/開裂，葉片表面覆冰等損傷程度中等的缺陷，宜采用限功率運行、故障停機等手段并修復葉片。對于大面積玻璃纖維破損、玻璃纖維或芯材起鼓分層，主梁斷裂、橫向裂紋，葉片根部橫向裂紋殼體大面積撕裂、縱向裂紋，鋁尖脫落、邊緣開裂，雙側(cè)貫穿性橫向裂紋，前緣玻璃纖維層腐蝕、開裂等損傷程度嚴重的缺陷，應緊急停機并修復或更換葉片。3.3無人機巡檢實施風機機組無人機自動巡檢能夠快速地進行故障檢測和故障信息確認，可以很好地完成風機表面損傷地記錄，然而對缺陷地檢測仍然主要依靠人工才能完成，這并沒有滿足巡檢的真正要求。為了進一步提高檢測效率,本方案應用了AI圖像識別技術(shù)，能夠更精準地進行缺陷初篩、更快速地分類識別，自動生成分析報告，從而實現(xiàn)風電場快速高效的巡檢。同時可以有效提高發(fā)現(xiàn)問題的效率，實時處理。而建設(shè)管理平臺，則全面地提升了無人機電力運維的信息化水平。3.3.1風電巡檢無人系統(tǒng)組組成風機巡檢運維無人機主要是由無人機本體、機載電腦云臺、相機、激光雷達、毫米波雷達、飛控系統(tǒng)圖像與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及電池、地面控制系統(tǒng)和云平臺監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成。(1)無人機采用6軸形式，機身需采用輕型材料碳纖維，鎂鋁合金等。(2)主控內(nèi)置三磁力計，三GPS，三加速度計。3)運維無人機搭載的相機應是高清可視相機，配置三軸智能云臺。(4)相機云臺要求容易安裝、拆卸、清洗(如需自清洗)，且安裝拆卸可靠，保證不影響無人機性能。(5)無人機在現(xiàn)場飛行時，需擁有抗風，抗干擾，防滴水，防塵等防護功能。3.3.2風機智能巡檢功能要求（1）葉片巡檢航線，智能航線規(guī)劃軟件，一鍵一啟動飛機，自動飛向巡檢目標。自動生成三支葉片前后緣、壓力面、吸力面、塔筒和機艙的巡檢路線，并保存每只葉片的航線。（2）風場2/3D電子地圖展示。（3）將無人機采集的風機葉片巡檢圖片數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)平臺，對上傳的風機葉片巡檢圖片數(shù)據(jù)按照葉片區(qū)域進行分類儲存，并完成對圖片的數(shù)字化處理及智能識別，完成缺陷標注及尺寸、位置的測量。（4）風機圖片，提供風機前緣視角、后緣視角瀏覽視圖，以及各葉片迎風面、背風面大圖、縮略圖瀏覽功能，機艙和塔筒的圖片視角。統(tǒng)計風機葉片缺陷數(shù)量。無人機所采集的照片可以完整的覆蓋整個葉片，避免有區(qū)域有遺漏而無法查看劉（5）葉片缺陷詳情，點擊縮略圖，列表顯示該葉片缺陷照片并自動標識葉片缺陷所在位置，點擊缺陷標識詳細顯示葉片缺陷類型、尺寸、位置等級和維護建議。（6）巡檢報告，生成風機葉片診斷報告，包括項目信息、作業(yè)人員配置、安全措施、危險源識別、葉片外部檢查損傷判斷準則、入場流程、葉片檢查流程、葉片檢查結(jié)果:支持智能導出巡檢報告。7)AI智能識別缺陷，基本巡檢性能為:無人機巡檢完成后，將照片導入智能診斷軟件，軟件可智能識別風機的葉片的裂紋、脫膠、漏油或發(fā)黑等缺陷，并標識出來。8)缺陷識別率，可識別不小于1mm*3mm裂紋不小于25平方厘米的脫膠或漏油或發(fā)黑缺陷，缺陷識別率不低于95%。9)缺陷位置標注，可將智能識出的缺陷自動標識在風機葉片、機艙和塔筒上，標注位置精度不大于1米。10)葉片、塔筒、機艙圖片自動拼接成完整的風機整機照片，支持PC端和APP端瀏覽，查看故障缺陷。11)歷史缺陷保存，可將風機歷史缺陷數(shù)據(jù)保存，與最新缺陷進行對比觀察，追蹤風機缺陷變化情況。12)支持工作流管理，可以追蹤、可溯源。巡檢任務(wù)-制定、下達、執(zhí)行，整個過程數(shù)字化管理，可跟蹤、可追溯;巡檢結(jié)果-通過人工智能和云計算技術(shù)，實時出分析結(jié)果，自動生成巡檢報;復核消缺-快速、精準定位;消缺任務(wù)流程化管理，通過任務(wù)工作流驅(qū)動消缺任務(wù)執(zhí)行情況;多維度統(tǒng)計、分析、對比故障和運維效率，滿足各級部門數(shù)據(jù)分析需求。13)智能終端復核、消缺APP，滿足現(xiàn)場各類故障復核和故障消缺結(jié)果上報。14)自動連續(xù)巡檢多臺風機，根據(jù)電量自動降落安全點換電。換完電后，接著上次的巡航點繼續(xù)自動飛行巡檢。15)運維無人機主要用于風電葉片的日常巡視工作，所有的工作都在戶外進行。運維無人機工作模式為全自動飛行，一鍵起飛，不需要飛手手動操作，不接受飛手提前錄制飛行線路的工作模式。16)具備智能終端功能，方便現(xiàn)場核對故障照片和故障消缺結(jié)果。使用環(huán)境及主要參數(shù)如下:巡檢時無人機與風機距離:不小于8-20米;無人機抗風能力:不小于8m/s;避障功能:具有6向避障功能無人機保護措施:有低電量保護、GPS定位保護、通訊中斷保護，有效防止人員、儀器和公共設(shè)施的意外發(fā)生;硬件性能最大飛行高度海拔:3000m;最大飛行相對高度:≧120m;續(xù)航時間不小于40分鐘;飛行方式:采用一鍵式全自主起降、按照規(guī)劃的固定路徑自動飛行方式;巡檢風速:不大于10m/s時可自主巡檢，無人機可安全降落。高清可視相機:可視相機可根據(jù)無人機航點規(guī)劃自動拍照;相機啟動后地面站自動錄屏，無人機巡檢降落后地面站錄屏自動關(guān)閉;具有2500萬像素;具有防抖功能;SD卡:最大支持128G，標配32G;工作溫度:-25℃至55℃;人工巡檢和單一的無人機硬件采購，無法做到與信息化系統(tǒng)對接，隨之帶來業(yè)務(wù)流程脫節(jié)、數(shù)據(jù)無法歸檔等問題。因此，亟需一套無人機智能巡檢整體解決方案，解決無人機飛行任務(wù)管理巡檢數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理、集成融合等問題，充分發(fā)揮無人機巡檢的優(yōu)勢。通過飛行任務(wù)管理，解決任務(wù)信息流末端到前端的貫通;通過巡檢數(shù)據(jù)管理功能，把數(shù)據(jù)存儲于平臺，一邊進行下一步缺陷分析，一邊查詢跟蹤統(tǒng)計分析等;通過系統(tǒng)管理，實現(xiàn)無人機與組織架構(gòu)、人員之間的對應關(guān)系，對不同角色權(quán)限清楚劃分;通過集成融合，使用無人機作業(yè)，并與現(xiàn)有信息系統(tǒng)結(jié)合，接入其他平臺數(shù)據(jù)或?qū)⑾到y(tǒng)嵌入到上一級平臺，發(fā)揮協(xié)同效應。3.3.3風機智能巡檢實施流程圖：風機無人機巡檢作業(yè)流程風機剎停在任意位置，啟動自主飛行程序，無人機依靠激光雷達和高清相機智能感知風機姿態(tài)角和葉片位置，自動規(guī)劃路徑，執(zhí)行自主飛行采集風機照片，數(shù)據(jù)上傳后臺智能診斷服務(wù)器。整個無人機自主巡檢過程耗時在20min之內(nèi)。圖：風機無人機巡檢流程圖：風機無人機巡檢路線規(guī)劃獲取到風機圖像數(shù)據(jù)，基于缺陷樣本庫訓練的人工智能識別模型，識別出葉片缺陷，并對其進行分類與缺陷定位。將缺陷信息存儲與歷史數(shù)據(jù)庫，輸出葉片診斷報告，詳細標記葉片缺陷及其位置范圍，并給出風機外觀的缺陷影響及嚴重缺陷的處置建議。圖：風機無人機巡檢診斷流程圖：風機無人機巡檢圖像識別流程風機葉片的常見缺陷采用CNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別的方法定位，根據(jù)缺陷特點，把檢測模型設(shè)計為基于SSD的網(wǎng)絡(luò)模型，SSD是一種使用單個深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測圖像目標物的方法，是基于前向傳播的CNN網(wǎng)絡(luò)，擁有高準確率以及高檢測速度。圖：風機無人機巡檢報告四、項目風險評估實施風險是企業(yè)在實施項目過程中可能遇到的各種風險，主要包括：實施人員的組織、項目進度的控制、實施成本的控制、質(zhì)量控制以及實施結(jié)果的評價。實施人員的組織實施人員對于系統(tǒng)的成功實施至關(guān)重要。由具有豐富項目實施和企業(yè)流程管理經(jīng)驗的咨詢?nèi)藛T和企業(yè)內(nèi)部的管理人員、業(yè)務(wù)人員以及技術(shù)人員一起組成項目實施小組，共同進行項目實施工作，可以提高項目實施的成功率，縮短實施周期，減少實施風險。由于信息系統(tǒng)的復雜性，涉及的部門很多，許多實施工作需要各部門的協(xié)作才能完成。因而，在實施項目的組織過程中主要解決的問題是協(xié)調(diào)部門之間關(guān)系、統(tǒng)籌安排跨部門的實施人員、避免出現(xiàn)扯皮現(xiàn)象。時間和進度控制項目實施通常需要數(shù)月時間。在這一過程中，進行項目管理、控制項目進度、確保整個實施過程能夠按照預定的時間表進行，對項目的成敗至關(guān)重要。特別是在實施過程中必須要保證那些里程碑性目標按時達到，否則會造成項目半途而廢或系統(tǒng)上線嚴重延誤。為保證項目按計劃順利實施，還應引入第三方監(jiān)理機構(gòu)對整個項目的實施質(zhì)量和進度作全程監(jiān)控，保證項目實施的時間和進度依計劃進行。實施成本控制項目實施成本通常包括：硬件費用、軟件使用許可費用和軟件培訓費用、實施咨詢費用及維護費用等。在實施過程中，如何合理分配實施費用，結(jié)合項目進度和時間安排，將實施成本控制在計劃之內(nèi)，是實施企業(yè)信息化項目時需要認真對待的問題。由于不能按照項目進度計劃開展工作，造成時間的延誤和實施成本上升，致使最終系統(tǒng)上線也不能符合時間和預算的要求，客觀上造成實施的不成功。實施成本支出的必要性得到公司領(lǐng)導和部門領(lǐng)導的一致認可