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(fā)展，電力領域開始大規(guī)模建設風電光伏發(fā)電系統(tǒng)。但這類系統(tǒng)長時間發(fā)電運行后可能發(fā)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(xiàn)飛行，無人機系統(tǒng)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(yōu)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(shù)據(jù)存儲以及傳輸；在起飛、飛行以及降落等多個狀態(tài)時實現(xiàn)精準避障；若是在巡檢飛行時發(fā)現(xiàn)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(wěn)定性且具有一定續(xù)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(xiàn)今各類系統(tǒng)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(yōu)勢

2.1 傳統(tǒng)故障檢測方法的不足之處

結合傳統(tǒng)風電光伏故障檢測的經驗來分析，傳統(tǒng)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(fā)電規(guī)模也日益擴大，其機組設備不僅在質量方面得到飛躍，在數(shù)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(tǒng)的故障檢測主要是人工執(zhí)行，面對這種新形勢則體現(xiàn)出效率偏低現(xiàn)狀，甚至是出現(xiàn)延后修理情況，影響到機組的穩(wěn)定運行。

（2）實際檢修的難度頗高，采用傳統(tǒng)故障檢測會使檢修難度增高，風力發(fā)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(fā)電系統(tǒng)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(huán)境的影響較大，風電光伏系統(tǒng)故障問題是動態(tài)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(tǒng)都是進行發(fā)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(shù)，因而檢修工作不得不停止，這也會延遲故障的發(fā)現(xiàn)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(yōu)勢

與傳統(tǒng)人工故障檢測方法進行比較，可發(fā)現(xiàn)無人機智能巡檢在風電光伏故障檢測中具有著很多優(yōu)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(xiàn)測繪、識別、數(shù)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(shù)據(jù)傳輸，應對檢測工作量不斷提升的狀況，無人機智能巡檢發(fā)揮出重要作用，相比于傳統(tǒng)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(xiàn)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(qū)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(fā)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(huán)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(tǒng)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(tài)。其整個系統(tǒng)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(shù)據(jù)包、接收機數(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)故障問題，像是由于外部環(huán)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(xiàn)損傷，若對這類情況不及時發(fā)現(xiàn)并處理，就可能造成風電機組運行出現(xiàn)風險，甚至會由于不平穩(wěn)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(xiàn)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(fā)葉片受力過強而出現(xiàn)裂紋。比如說風電機組本身發(fā)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(xù)抖動，裂痕還會發(fā)生漲縮作用，這時環(huán)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(xiàn)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(xiàn)不顯著，因此常常在故障檢測中被技術人員忽視，導致后續(xù)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(fā)現(xiàn)，但還需要注意的是，裂紋呈現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)一般是受到外部環(huán)境影響，像是一些葉片長時間處于潮濕環(huán)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(huán)境侵蝕，其使用壽命會大幅度縮短，因此，若檢測故障時發(fā)現(xiàn)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(tài)，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(fā)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)無人機智能識別檢測故障的可靠性較高，同時具有節(jié)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)電，因此也需在巡檢中發(fā)現(xiàn)這類問題并采取處理手段。當光伏設備發(fā)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(xiàn)升溫情況，影響到穩(wěn)定運行，結合光伏設備本身的特點可以發(fā)現(xiàn)，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(xù)發(fā)電?；诖耍夥O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(yè)人員維修，將光伏設備的熱斑完全消除，提升機組運行的穩(wěn)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(xiàn)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(jié)溫感系數(shù)前，需先利用自動模式來校準溫度，然后手動進行參數(shù)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(xù)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(xù)航問題，充分保證能量充足，做好規(guī)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(fā)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(wěn)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(fā)的優(yōu)勢，像是要不斷解決運行時的高能耗問題，還要研究如何規(guī)避惡劣天氣下環(huán)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(guī)劃出最優(yōu)航線、確定返航的合理路線，還要推動實現(xiàn)一次性巡檢機組的所有組件，或是實現(xiàn)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(xiàn)故障點的精準定位，該項技術不斷推進智能化發(fā)展，實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)可以有效識別風電機組與光伏發(fā)電機組的多種故障問題，包括裂紋、發(fā)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。