混合动力无人机在风电场开发和运维管理中的应用研究

文 | 陈奕颖

混合动力无人机在风电场开发和运维管理中的应用研究

文 | 陈奕颖

随着我国新能源事业的迅速发展，风电装机量不断创出新高。据统计，截至2016年6月份底，全国风电累计并网容量已经超过1.37亿千瓦，约占系统总容量的7%左右。新能源电力在国民经济中的重要作用日益突显，同时也给风电运维产业带来了广阔的市场前景。

无人机的概念及市场应用

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。混合动力无人机一般是使用汽油发动机和锂电池驱动电动机进行协同工作，它具有留空时间长、工作效率高、速度快、工作载荷大和安全可靠性强等优点。

在国家“互联网+”和“大众创业、万众创新”的国家政策激励下，高科技和军工装备的无人机产品在中国发展迅速，目前在个人娱乐、摄像摄影等方面使用越来越广泛。

对于无人机的专业应用，特别是风电行业还是较少，无人机在风电场开发运营中的应用主要有：

1.对风电机组叶片和塔筒巡检。

2.陆上风电场道路和集电线路巡检。

3.风电机组和机舱主设备巡检。

4.风电场前期测绘和机位选址。

5.海上风电场设备巡检。

6.风电场通讯中继传输。

风电场现实应用展望

下面对各主要应用进行如下阐述：

一、无人机在机组叶片和塔筒巡检中的应用

传统叶片和塔筒巡检模式主要依靠巡检人员利用望远镜、蜘蛛人、吊篮、回形平台等进行观察，并凭借经验判断是否存在异常情况。这种模式不仅存在安全性差、工作量大、效率低等问题，而且受观测角度影响，不能全面及时地发现叶片和塔筒设备存在的问题。

无人机叶片和塔筒巡检模式是指运用无人机作为载机，搭载巡检专用的成像设备来近距离观察叶片和塔筒表面的状态，以达到代替人工巡检的目的。利用“无人机”进行叶片和塔筒的巡检相比传统的巡检模式需要时间短，同时可发现人工巡检过程中无法观测到的磨损和腐蚀等情况。

利用“无人机”进行叶片和塔筒巡检的过程中，操作员将通过地面站设备显示的实时数据，来观察叶片和塔筒表面状态，当发现可疑点时，远程操作巡检设备可以进一步详细检查，并采集各角度的高清画面和图片。这些不同角度的高清图像数据通过软件平台汇总发送到专家面前，由专家进行判断和分析，使得问题的诊断更加可靠，有效避免了不可控的人为因素影响。另外，无人机对叶片和塔筒巡检所采集到的高清图像数据将会长期存留，方便每次叶片和塔筒巡检工作

结束后与历史巡检数据进行对比，为叶片和塔筒全寿命的跟踪机制提供宝贵数据。

二、陆上风电场的道路和集电线路巡检中的应用

陆上风电场大部分位于偏远的沙漠，山林高地或海边人烟稀少地带。因南方地区风况资源较好，但人口密集，部分风电场布置于村寨和人类自然共处，人们的生产活动难免会影响到机组的电力传送、电缆或架空线路，甚至造成影响人员和设备安全的严重事故。传统的风电场对于此类安全管理方式是：加大对周围村镇、居民的电力设施保护宣传引导，对场里要求增加车辆出动巡视次数，提高巡检频度和质量，发现电缆或架空线缆走向附近有生产异动及时询问和联系。但是这种方式不仅增加了车辆等费用支出，同时分散了维护值班人员的工作重心，甚至疲于应付，难以从根本上杜绝和防范破坏电力电缆等事故的屡次发生。

风电场输电线路分布点多、面广，部分设备所处环境恶劣，微气象、特殊区段导致的故障时有发生。加之输变电设备运维工作面临条件艰苦、劳动强度大、电力设施保护任务重、视觉死角长期缺乏巡检等问题，也会使故障率提高。

而无人机巡检电力线路在电力部门已经有成功的使用案例，通过对无人机加装应用GPS模块、自动驾驶仪，搭载云台、高清摄像机、照相机和热红外仪等任务设备，采用模块化设计，实现整机快速拆装换件、超视距、全自主飞行作业的功能，降低了技术门槛和应用成本，更加契合现场作业条件。这样可以实现对风电场区域内设备和人员生产活动情况的了解，对线路部分的缺陷发热点的巡检，线路异物的检查和拍图片取证，待条件许可时进行停电维护处理。并且无人机可以随时增加巡检频次，不会增加多少成本。

三、无人机对风电机组和机舱主设备巡检中的应用

出于安全等因数的考虑，维修员对机组的巡测都是在机组停运状态下进行的，而大部分的机组缺陷或隐患往往是暴露在动态的运行过程中的，静态的检测很难发现设备内部的较大缺陷，所以早期投产的机组，很多设备往往是损坏到一定程度才会被发现和处理，给运营商带来的直接和间接损失是巨大的。

利用无人机对风电机组进行巡检，可以在巡检过程中快速对机组机舱、机舱附属件进行检查，易发现螺栓松动、设备漏油、塔桶掉漆等问题。对无人机配备可更换的红外测温、音频探测和相应的GPS定位模块，可实现对运行机组在线设备状况检测、录音和数据传输、软件分析等功能。所以在机组后台数据在线检测系统还未完善的情况下，加强对设备的数据动态检测和自动化分析能力尤其必要。

四、无人机在前期风电场测绘和风电机组选址中的应用

风电场经过一年的测风，对取得的数据论证分析很重要。一般用NRG测风设备，通过软件导出数据并进行初步分析。无人机对风电场进行现场实际测绘，结合相应的软件对某些地形特殊的机位，进行实际论证，测量机位湍流，分析对机组寿命及其关键设备运行的影响。机组运行投产后可以参与到该机位机组的实际运行效果观察，比较可研性分析报告，进行后评价等工作。

五、无人机在海上风电场的设备巡检中的应用

海上风电场具有设备投资高、施工难度大和运行维护成本高等特点，对于设备的巡检往往借助船只，因受海况和天气、观察视野范围等影响巡检难度非常大。

无人机可以在一定的区域范围内使用，巡检范围大、速度快、质量高。对于在风电场范围内，渔民靠养殖业或捕鱼为生或盗挖采沙等作业的船只、人员需要及时告知区域内的电力海缆、通讯光缆等设施，避免这些设备遭受意外的损失或破坏。

六、无人机在风电场中继通讯传输中的应用

因为很多风电场地处偏远的高山、海边和树林中，常常通讯信号较弱，甚至出现无法通讯的情况，给维护人员维修和彼此相互联系带来了极大的不便，生产上存在较大的安全隐患。利用无人机的悬停功能，更换相应的中继通讯模块，在设备维修或需要提供应急通讯时，作用明显。

结束语

综上所述，随着无人机在专业领域应用的发展，特别是在我国风电等新能源产业快速发展的市场需求面前，因其成本低廉、安全可靠、功能强大等优点，必将在风电场节约人力资源、提高设备自动化管理水平中体现越来越强大的生命力。

（作者单位：福建省福能新能源有限责任公司）