杨兆辉,王 鹏,林建维
(1. 国投广西风电有限公司,广西 钦州 535000;国投电力控股股份有限公司,北京 100034)
随着时代的高速发展,世界能源结构也在快速变化。近年来人们更加认识到风力发电在减轻环境污染、调整电网中的能源结构、解决偏远地区居民用电问题等方面的突出贡献,这些都促使了风电的大力发展。
风电场一般建设在人迹罕见的偏僻地区,尤其近几年三北地区风电容量日渐饱和的情况下,风电建设逐渐向中东部地区和东南沿海地区扩散。尤其东南和南方地区风电建设因丘陵起伏连绵,地形复杂,导致风电场架空线路穿山越岭,架设长度较长。钦州南临北部湾,西北靠十万大山,主要受海洋气候影响,也受大陆气团影响,海洋性气候明显,是中国湿热多雨的地方之一,自然环境恶劣。风电场主要设备基本建设在户外,随着时间推移和自然环境因素影响更容易造成设备老化,较大可能发生设备地基塌陷、引线断股、塔架变形、绝缘子污闪、金具破损、线路走廊植被过高等设备缺陷和安全隐患,如果设备隐患和设备缺陷发现不及时,未能得到有效的整治和处理,将会严重威胁风电安全运行,也会对风电场造成更多的经济损失。
随着我国经济的快速发展,社会对电力能源提出了巨大需求,风电建设规模稳步增长。我国建设的风电场规模越来越大,风机设备也越来越多,建设高度也越来越高。
我公司1个194 MW容量75台风机的风电场,输电线路已达到100 km,因为自然环境限制,线路沿着山脊建设穿越很多沟壑,大多数杆塔均在森林中。针对现代化智能风电场运行、检修管理模式,传统人工巡检一般采用望远镜、目测进行巡检,传统人工巡检方法已经不能满足智能风电场建设需求。现代化智能风电建设需要安全、科学、智能、高效的设备巡检作业流程和方法。
随着无人机技术的快速发展,无人机的价格也在逐步下降,大致50 000元以内可以配置一套专业巡检无人机。而培养一名技术能力较强的巡检人员需要时间,人力成本高昂,从性价比来讲无人机巡检更胜一筹。
风电场建设在一些特别的地方,工作人员需要战胜一些地理环境的约束,需要跋山涉水、穿越森林、爬上爬下,存在诸多安全风险,可能会发生不安全事件。而无人机巡检代替人工巡检后就可以提升巡检人员的环境安全,减少了工作人员以身涉险的状况,可以避免不安全事件发生,大大提高了安全系数。
无人机具有较高的机动性,部分无人机时速可达100 km,无人机可安装配置高清摄像头和红外成像仪等辅助设备,可以对设备实际情况和设备本体温度进行成像,通过多角度红外热成像分析可发现设备内在问题,大大提高巡检的工作效率。
传统人工巡检,基本都是通过望远镜和目视巡视检查设备,对于风电场风电机组、塔筒、叶片、架空线路、杆塔等设备巡检时,存在观察不够清晰和准确的缺点。无人机配置高清摄像头后可完美解决此类问题,可以多角度提供相关设备的实时状态。
结合风电场自身特点,应用新技术、新设备、新方法。创新以往传统工作方式,解决安全生产中存在的问题,通过改变巡检方式,达到了创新创效的结果。
无人机应用于风电场设备巡检,无人机可以飞行在任意高度,不受地面环境限制,尤其适用于风电场这种环境偏僻,人烟稀少的场地开展设备巡检工作。无人机配置的高清摄像头可多方位对巡检设备进行检查拍照,无人机操作人员根据地面ipad实时回传图片随时进行复查和拍照,及时发现设备隐患和设备缺陷。大大提高设备巡检效率,同时也保证了巡检人员的人身安全,高清摄像头更能保证设备清晰照片实时回传,并随时留有记录。采用无人机巡检不仅提高了设备巡检效率,也是现代化智能风电场建设的体现。
表1 无人机主要巡检内容Tab.1 main patrol inspection contents of UAV
功能质量:不同的无人机机型性能不同,所拥有的功能和质量参差不齐,风电场设备巡检环境相对恶劣,建议采用抗风能力较强,功率较大的无人机。
天气原因:如遇大风、雷雨、暴雪浓雾等天气时,无人机严禁风行巡检。无人机巡检前应检查天气预报,目测天空状态后再进行起飞巡检。
空域管制:严禁在禁飞区域进行无人机飞行操作,风电场风机、架空线路、高压设备均为敏感区域,起飞巡检之前必须申请风电场负责人,经批准后方可实施。
无人机操作人员较少,我场取得AOPA颁发的无人机驾驶员合格证只有2人,还需进一步培养操作人员。
无人机巡检工作开展较少,实际操作不够熟练。
无人机操作人员对设备了解不足,不能精准寻找和发现问题。
飞行技术与设备知识结合度不足,还需加强设备技术培训。
未编制无人机巡检标准化作业流程,可能出现个人差错。
无人机的发展为风电场设备巡检提供了新的方向和巡检方法。无人机巡检相比较传统设备巡检有着巨大的优势:
无人驾驶,人机分离,巡检人员在安全区域内,无安全危险因素,安全系数高;不受设备位置和高度限制,最高可以飞行至500 m高空巡检,可以到达设备任意高度巡检,解决了使用望远镜观察不清晰的问题;不受自然环境限制,即使因自然环境问题,导致人员不能行动,无人机依然能够开展设备巡检工作;无人机飞行速度快,时速94 km/h,机动性高,巡检效率大幅提高;无人机巡检拍摄图片清晰,可近距离观察拍摄到设备实际状态。
风电场架空线路巡检难度较大,而无人机巡检具备高空、远距离、快速、自行作业的能力,可以穿越高山、森林、沟壑、河流对架空线路进行快速巡线,对架空线的铁塔、支架、导线、绝缘子、防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等进行全程摄像和故障检查。
图1 架空线路巡检Fig.1 overhead line inspection
应用无人机进行风机外部巡检,可从外部接近风力发电机,解决风机外部巡检难问题,无人机携带的高清摄像头可拍摄高精度的图片和视频,清晰地辨识风机外部情况和运行状态,还可以通过飞行器储存的超高清视频素材进行后续分析,让风机外部巡检变得安全、便捷。
图2 风机叶片巡检Fig.2 inspection for fan blades
根据风电场实际,结合自身设备和地理环境特点,建立无人机巡检管理组织体系,明确责任,落实到人。将公司高层、中层、基层人员纳入组织机构。
参考风电场现有巡检标准,筛选适用于无人机巡检的设备和巡检内容,并制定本风电场无人机巡检技术标准,审定下发后,无人机巡检严格按照无人机巡检技术标准开展巡检工作。
如风电场有取得AOPA颁发无人机驾驶员合格证的工作人员,可安排取得驾驶员合格证的人员开展无人机技术培训,讲授无人机飞行操作的基本方法和经验。如无取得驾驶员合格证人员,可以参加无人机驾驶培训机构培训,通过考试取得证书。风电场应根据自身拥有的无人机机型制定无人机技术培训课件,详细阐述无人机的功能、操作方法、安全注意事项等,组织全员学习。
当操作人员取得试飞资格后,由有驾驶证和有经验的无人机驾驶员进行监护模拟操作。经过多次的模拟飞行巡检,提高无人机操作人员的操作技术。
每次无人机巡检工作结束后,巡检人员应及时上报巡检数据,设备责任人收到数据后应及时对比分析,通过无人机巡检台帐,对比查找问题,如有问题应进行复检,检查完毕后根据存在的问题进行缺陷和隐患分类处理。
风电场应不定开展无人机巡检技术比武活动,提前制定无人机技术比武方案,制定规则,营造比学赶帮超的学习氛围,让更多的员工,掌握无人机巡检的精髓。
无人机巡检工作的主要工作内容包括发布巡检任务、接受巡检任务、选择巡检路线/飞行场地选择、无人机组装测试/飞行前检查、无人机巡检/飞行航拍、数据检查/降落。
图3 无人机作业流程图Fig.3 UAV operation flow chart
班组根据生产管理部设备巡检标准,根据巡检标准期限要求,将巡检标准上传至智能两票管理系统,通过智能两票系统巡检任务下发到设备责任人。
设备责任人通过智能两票系统或移动APP接受无人机巡检任务,设备责任人查看并受理任务。
工作负责人接受巡检任务后,根据巡检任务在智能两票系统,办理无人机巡检工作票,调用相关设备无人机巡检标准,准备工作完成后,经签发人签发,许可人许可后方可开展无人机巡检工作。
无人机巡检前,首先应检查天气预报,是否会影响巡检工作。
检查无人机电源充足,可以正常起飞巡检。
检查确认巡检范围不属于禁飞区域。
图4 巡检任务图Fig.4 patrol inspection task diagram
图5 巡检功能Fig.5 patrol function
无人机巡检工作必须严格按照无人机巡检标准进行巡检,不得漏项、跳项。
无人机巡检过程中发现无人机有异常现象,首先应操作无人机正常降落。
无人机巡检过程中如遇突发天气情况,应立即停止飞行。
无人机巡检过程中如发现重大设备隐患,应第一时间汇报值长。
严禁在开展无人机巡检工作中将无人机摞做他用。
无人机巡检过程中,巡检人员应实时观察巡检数据是否正常。
无人机巡检结束后应及时将数据导出,移交至设备负责人,由设备负责人进行分析总结。
随着科技快速发展,无人机技术应用也逐渐普及到各个行业和生活中。采用无人机巡检,不仅可以降低企业在设备巡检过程中的人力,同时用无人机巡检代替人工巡检保证了人身安全,无人机更具有高机动性,大大提高了设备巡检工作效率。随着机器视觉概念的提出,高清摄像头成为无人机的标配,这也保证了我们对设备的清晰观察,更能及时发现设备存在的问题。所以无人机会成为风电场巡检工作中的中坚力量。