1.背景意義
隨著風(fēng)力發(fā)電企業(yè)風(fēng)機(jī)出質(zhì)保數(shù)量的不斷增多,大部分企業(yè)均面臨著風(fēng)機(jī)設(shè)備安全與運(yùn)維的雙重壓力,尤其在風(fēng)機(jī)設(shè)備葉片巡檢方面,因風(fēng)機(jī)分散、輪轂較高,葉片損壞不易察覺(jué)等現(xiàn)狀,帶來(lái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)備安全隱患以及高空作業(yè)帶來(lái)的人員安全隱患,如何減少或避免安全隱患的發(fā)生,已經(jīng)成為所有新能源風(fēng)力發(fā)電企業(yè)破待解決的管理瓶頸。
本項(xiàng)目采用葉片遠(yuǎn)距監(jiān)測(cè)技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、缺陷專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)技術(shù),利用超高精度光學(xué)鏡頭及遠(yuǎn)距離光路成像方式獲取葉片表面信息,通過(guò)圖像識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行葉片缺陷大小、面積、厚度、長(zhǎng)度的精確計(jì)算,并通過(guò)缺陷專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)對(duì)相應(yīng)缺陷問(wèn)題提出維護(hù)、檢修建議,最終自動(dòng)生成包含缺陷描述、問(wèn)題圖片、解決建議的智能監(jiān)測(cè)報(bào)告。該項(xiàng)目改變了傳統(tǒng)的人工登機(jī)、高空回型平臺(tái)檢查,高倍望遠(yuǎn)鏡查看和無(wú)人機(jī)檢查等巡檢方式,有效防范了因葉片缺陷帶來(lái)的設(shè)備安全隱患和高空作業(yè)帶來(lái)的人身安全隱患的發(fā)生,同時(shí)減少了停機(jī)巡檢帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失,降低了巡檢、定檢的工作成本,同時(shí)提高了巡檢的工作效率,提升了事故預(yù)防和應(yīng)急處置能力。
2.創(chuàng)新實(shí)施
高清成像是基于高清信息采集、編碼、傳輸、顯示等為一體的技術(shù);圖像識(shí)別是以圖像的主要特征為基礎(chǔ),識(shí)別各種不同模式的目標(biāo)和對(duì)像的技術(shù),兩種技術(shù)在各自領(lǐng)域中都有較快的發(fā)展,技術(shù)也相對(duì)成熟,但在新能源風(fēng)力發(fā)電企業(yè)中融合應(yīng)用于葉片巡檢工作的研究與應(yīng)用,尚未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)報(bào)道。
2.1 國(guó)內(nèi)外同類(lèi)技術(shù)研究
平臺(tái)升空葉片檢查方式。該方式優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)場(chǎng)工作人員利用安裝后的升降平臺(tái)升空到葉片表面附近,直接人眼觀察進(jìn)行巡檢,檢查直接、全面,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能夠當(dāng)場(chǎng)解決;缺點(diǎn)在于:設(shè)備需要車(chē)載、安裝拆卸、多人協(xié)作、工作周期長(zhǎng),同時(shí)該項(xiàng)工作為高空作業(yè),存在一定人身安全隱患。
蜘蛛人登機(jī)檢查方式。該方式優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需大型設(shè)備,通過(guò)特殊技能的檢查人員,佩戴安裝安全保護(hù)裝置后升空到葉片表面進(jìn)行檢查,能夠?qū)θ~片進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查工作,發(fā)現(xiàn)缺陷問(wèn)題可以當(dāng)場(chǎng)判斷是否需要維修;缺點(diǎn)在于對(duì)檢查人員專(zhuān)業(yè)技能要求高,需經(jīng)過(guò)特殊培訓(xùn)且考核通過(guò)的人員方可采取該方式進(jìn)行檢查工作,同時(shí)屬于高空作業(yè)具有一定的安全隱患。
無(wú)人機(jī)葉片巡檢方式。該方式優(yōu)點(diǎn)在于可以飛到半空中對(duì)葉片進(jìn)行近距離拍照和觀測(cè),也可留存圖像記錄。缺點(diǎn)在于:首先是續(xù)航能力很差,一般連續(xù)飛行時(shí)間為30~40分鐘,較短時(shí)間內(nèi)很難完成一臺(tái)機(jī)組的葉片巡檢工作;如要繼續(xù)巡檢需飛回地面更換電池后放可開(kāi)展工作。其次是拍攝的圖像因飛行抖動(dòng)、抗風(fēng)能力等原因造成拍攝的圖像不夠清晰,細(xì)微缺陷問(wèn)題容易遺漏;再有無(wú)人機(jī)巡檢需要對(duì)操作人員技能要求高,需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的技術(shù)培訓(xùn),若操作失誤會(huì)造成機(jī)器的毀損;最后是經(jīng)濟(jì)投入大,質(zhì)量較好的無(wú)人機(jī)一般需要60~80萬(wàn)元一架,質(zhì)量中等的也需10萬(wàn)元左右。
2.2 主要做法
高清圖像獲取,及時(shí)發(fā)現(xiàn)毫米級(jí)葉片缺陷。采用遠(yuǎn)距離高清成像設(shè)備對(duì)葉片表面進(jìn)行視覺(jué)檢查,可實(shí)現(xiàn)在距離風(fēng)機(jī)300米以?xún)?nèi)對(duì)葉片進(jìn)行觀測(cè),獲取的高清圖像識(shí)別精度可達(dá)毫米級(jí)(距離被測(cè)目標(biāo)300米內(nèi)可識(shí)別出1mm寬度的缺陷);觀測(cè)的缺陷主要是膠衣脫落、沙眼、磨損、雷擊、表面裂紋、前緣保護(hù)層脫落、葉尖損傷等已出現(xiàn)的視覺(jué)特征問(wèn)題,獲取葉片表面的高清圖像后并存儲(chǔ)。相關(guān)設(shè)備主要包括主機(jī)(鏡頭、光路系統(tǒng)、高清相機(jī)等)、二維云臺(tái)、快門(mén)線、測(cè)距望遠(yuǎn)鏡、調(diào)節(jié)把手、三腳架等部分。
圖像智能識(shí)別,自動(dòng)判斷缺陷類(lèi)型。采用相關(guān)的圖像處理軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片表面進(jìn)行拍攝的同時(shí),通過(guò)軟硬件間的無(wú)線信號(hào),將拍攝到的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)綀D像處理軟件中,對(duì)葉片的每一個(gè)面的圖像,實(shí)現(xiàn)成組存儲(chǔ),容易區(qū)分;監(jiān)測(cè)完畢可在軟件中迅速對(duì)圖像進(jìn)行甄別并識(shí)別出缺陷特征,同時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行標(biāo)記,系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)計(jì)算出缺陷的大小、寬度、表面積以及在葉片上的位置等信息,最終形成可量化的葉片缺陷巡檢報(bào)告。軟件功能主要包括圖像采集模塊、無(wú)線通信模塊、圖像編碼解碼模塊、圖像處理模塊和智能巡檢報(bào)告模塊等幾部分。
2.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
采用地面獲取圖像方式,有效避免高空作業(yè)帶來(lái)的人身安全隱患。本項(xiàng)目可在地面進(jìn)行人工操作,同時(shí)具備遠(yuǎn)距離獲取葉片表面清晰圖像的能力,無(wú)需利用傳統(tǒng)設(shè)備攀爬到葉片表面進(jìn)行檢查,大大減少了該項(xiàng)工作造成的安全事故隱患。
采用高清圖像智能識(shí)別方式,有效提高葉片細(xì)微缺陷的發(fā)現(xiàn)能力。本項(xiàng)目基于圖像識(shí)別及圖像處理技術(shù),將硬件系統(tǒng)在葉片檢測(cè)過(guò)程中獲取到的高清圖像為輸入,進(jìn)行葉片表面缺陷的識(shí)別及處理,并對(duì)缺陷進(jìn)行量化,用以進(jìn)一步判斷確定解決方案。
本項(xiàng)目系統(tǒng)通過(guò)超高精度光學(xué)鏡頭清晰捕捉到葉片表面毫米級(jí)缺陷,使用圖像自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)缺陷的類(lèi)型、位置及尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)判定;通過(guò)圖像拼接技術(shù)自動(dòng)生成帶有缺陷標(biāo)記的可視化全葉片圖形,并通過(guò)專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)對(duì)缺陷進(jìn)行問(wèn)題進(jìn)行分析,智能提供維護(hù)、檢修建議,同時(shí)自動(dòng)生成風(fēng)機(jī)葉片的檢測(cè)報(bào)告。
2.4 應(yīng)用實(shí)踐
本項(xiàng)目系統(tǒng)可在地面進(jìn)行人工操作,通過(guò)超高精度光學(xué)鏡頭清晰捕捉到葉片表面毫米級(jí)缺陷,并使用圖像自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)缺陷的類(lèi)型、位置及尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確判定;通過(guò)圖像拼接技術(shù)自動(dòng)生成帶有缺陷標(biāo)記的可視化全葉片圖形,并自動(dòng)生成風(fēng)機(jī)葉片的檢測(cè)報(bào)告。自2020年使用至今,公司所屬三個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的812臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了全部的葉片巡檢檢查工作,共發(fā)現(xiàn)葉片缺陷89項(xiàng),缺陷消缺率達(dá)到100%,避免了設(shè)備與人身安全事故的發(fā)生。
3.效果成績(jī)
本項(xiàng)目在我公司所屬風(fēng)電場(chǎng)的812臺(tái)風(fēng)機(jī)日常巡檢、定檢工作中使用,有效的降低了因葉片缺陷帶來(lái)的風(fēng)機(jī)安全事故,保障了公司連續(xù)五年未發(fā)生重大安全事故及持續(xù)穩(wěn)定的安全生產(chǎn)局面,在新能源風(fēng)力發(fā)電企業(yè)具有一定的使用和推廣價(jià)值。
(1)有效避免了葉片缺陷的擴(kuò)大帶來(lái)的風(fēng)機(jī)安全事故隱患。由于公司位于寧夏回族自治區(qū)多風(fēng)沙天氣,葉片的風(fēng)沙磨損情況比較常見(jiàn),由于葉片缺陷問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)帶來(lái)葉片的整體損壞,同時(shí)造成風(fēng)機(jī)倒塔事故的發(fā)生,本項(xiàng)目有效避免了該安全隱患的發(fā)生。
(2)有效避免了葉片巡檢、定檢工作的高空作業(yè)人身安全事故隱患的發(fā)生。采用傳統(tǒng)的巡檢方式需要現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行高空作業(yè),本項(xiàng)目采用地面遠(yuǎn)距離巡檢及監(jiān)測(cè),有效的避免了高空作業(yè)的人身傷亡事故的發(fā)生。
(3)降低了葉片巡檢工作的成本,提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。采用傳統(tǒng)的葉片巡檢方式需要停機(jī)并采用大型設(shè)備以及多人組成的人工團(tuán)隊(duì)協(xié)作開(kāi)展工作,相關(guān)成本少則幾十萬(wàn),多則上百萬(wàn),平均每臺(tái)風(fēng)機(jī)的成本也在十幾萬(wàn)元,本項(xiàng)目只需2-3人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢檢查,有效減少了該項(xiàng)工作的企業(yè)成本。
原標(biāo)題:大型風(fēng)電場(chǎng)葉片遠(yuǎn)距監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)踐