风电场数字化电厂智能巡检技术应用研究

华能新能源股份有限公司四川分公司 韩燕南

风电场数字化电厂运维管理期间，针对风电场运维的现有困难，如人员短缺、环境恶劣等，可积极应用智能巡检技术，通过红外识别、智能塔筒监测等手段，消除机组运行隐患，完成多机组的智能巡检，在此前提下提升电厂管理水平。

1 整体架构

结合数字化电厂的管理方式，智能巡检技术应用前，需要搭建集控平台和诊断平台，在两个平台的保障下，发挥智能巡检的最大优势。实践中，采用科学的部署方式，即两级应用两级部署，在风电场部署厂级的管理系统，随时保障信息的实时共享。风电机组的巡检要求较高，机舱内部和机舱外部均属于巡检的重要内容。第一，机舱内部的巡检。现实工作中，机舱内部的巡检主要包括机械及电气系统。电气设备的温度、使用电流等技术参数是不容忽视的巡检内容；而机械系统的检测，需要将重点放在油温、油位等方面，掌握设备振动指标。第二，机舱外部的巡检。机舱外部的巡检包含的内容同样比较多，叶片、塔筒、塔基均是不能省略的巡检部分。风电机组智能巡检过程中，要充分利用SCADA 数据搭建巡检大数据处理平台，发挥先进技术优势，在综合技术保障下巧妙发挥风电场手持终端的作用，通过多维度的补充和配合，保证安全巡检的状态，满足实际工作需求。除此之外，未来的风电场智能巡检中，还需结合需求完善平台功能，将相应的设备性能参数发送到管理界面中，保证设备检修的信息化支持力度，满足风电场数字化管理的整体要求。

2 模块设计

2.1 数据采集模块

数据采集模块设计是数字化电厂实现高质量运行管理的前提，也是智能巡查技术非常核心的部分。数据采集模块在运行期间，需结合电厂设备的整体状态、运行参数实施有效地监控，满足电厂巡查管理的实际要求。现实工作中，定期做好数据分析及反馈工作，确保巡检系统的应用质量。研究发现，智能巡查技术应用中，需要考虑的内容较多，其数据采集模块的构成至关重要，需要加以重视。除了传感器设备应用外，可靠的编程系统也是关键，只有确保编程设计质量，才能构建巡检系统的基础架构。

2.2 数据分析模块

在整个巡检体系中，数据分析模块位于基础位置，作为系统的“分析大脑”，数据分析主要承担着数据检索和加工的作用，通常在设备的操控端口中。从实践中了解到，智能巡检技术要求高，巡检环境又异常的复杂，所以在数据分析模块的设计中需要秉持科学原则。一是借助合理方式，保障传输端数据分析模块的基本性能，为相关工作提供支持；二是优化连接节点，为操控端的数据分析提供便利。实践中，无论采用哪种方式，都要明确分析模块的具体性能和应用要求，保证模块使用的有效性。在现实应用中，为达到理想化的效果，需要有序安排信息内容，同时完成信息内容的智能化检索与分类，在分类与整合的基础上提升整体的传输效果，保障数据传输的品质[1]。具体工作实践中，需要结合风电场的运维水平及相关的操作要求，对动态数据实施分析，及时掌握异常数据，同时进行错误内容纠错，为巡检管理提供保障。

2.3 数据传输模块

在现实应用环节中，巡查技术的数据通信影响深远，技术效果极为重要，为保障理想效果的实现，现实应用中需要借助相应技术手段，如电信号、蓝牙通信等，达到理想工作状态。在以上技术体系中，蓝牙通信应用比较早，但应用局限性也比较明显，受信号干扰严重，不利于远距离的信号传输。风电厂的运行环境比较恶劣，蓝牙技术并不适用。相比之下，网络通信技术虽然普及晚，但其技术灵活性强，在不同的通信环境下均可实现信息传播。该技术的局限在于无法有效延伸通信功能，也正是因为这一点，网络通信无法成为数字化电厂的核心传输手段。电信号通信技术在智能巡检中存在优势，借助线路通信模式，可合理消除周边的干扰，同时对通信功能可实现有效的延伸及拓展，通过合理的方式，强化应用效果，保障通信质量与效率，提高整体稳定性。

2.4 操作管理模块

Web Services 协议栈如图1所示。通过研究发现，在操作管理模块体系中，Web Services 协议栈是重要内容，同时也是智能巡检系统的关键所在。

图1 Web Services 协议栈

3 智能巡检技术的应用

3.1 远程控制

在智能巡检技术高质量应用中，有一个不容忽视的技术内容——远程控制。该功能的实现是智能巡检的重要保障，技术的应用可充分满足风电厂实际运维管理需求，保障巡查管理实效性。在现实应用中，部分风电厂所配置的设备，主要是指风力发电设施在运行过程中多采用跨区域布置的思路，此种设计方案虽然可以保障一定的效果，但也存在局限性。为科学收集多区域间的信息，实现信息高效利用，在短时间内完成区域信息的资源整合，可应用多套远程控制方案，借此提升智能巡检的有效性，压缩智能巡检管理的周期，保障巡检的实效性。

3.2 离线故障诊断

一些极端的环境下，在线故障诊断难以发挥出优势，一旦通讯中断，就会造成巡检管理的瘫痪。为此，智能巡检技术应用期间，需完善离线故障诊断的功能，考虑通讯网络中断对巡检技术的影响，确保巡检的可靠性。离线故障诊断设计期间，可将微型设备植入系统构件，实际应用中由传感器发挥主要功能，支持离线故障诊断与排查。除此之外，离线故障诊断设计，需考虑诊断的时效性，设计一定的系统参数理论阈值，借此作为重要保障。当满足特定条件时（超出阈值范围时），便可以启动故障诊断，对多项数据有效分析，保障智能巡查技术的时效性。

3.3 智能监测系统搭建

3.3.1 图像、声像监测系统

风电机组运行环境特殊，基于关键部件的巡检需求需设置性能稳定的监测系统，保障机组的运行安全。针对机舱内的情况，安装图像及声像监测相关软件设备实时采集视频等重要信息，并且将这些信号信息传至存储服务器中，在此前提下进行数据处理[2]。

3.3.2 温度红外采集系统

在具体实践中，需要对重点区域实施远程监测，一旦监测到机械设备温度异常，或者数值偏离实际标准，要及时启动预警方案，构建安全防护体系，避免火灾事故的发生，提高巡检科学性。

3.3.3 塔筒监测系统

结合现有经验可知，塔筒基础不均匀沉降等相关性问题同样要实施有效的监测，现实中要多角度监测塔筒运行状态，及时发现不均匀沉降问题，保障风电机组的运行安全。

3.3.4 叶片监测系统

当遇到雷击、大风等特殊天气时，风电机组的叶片在运行的过程中因为阻力较大会出现叶片结构受损和胶合材料疲劳的问题，严重时将直接造成叶片脱落。为规避此类危险，现实中需要在叶片上加装有效的在线监测系统，全面评估系统运行风险，应用激光测距传感器，采集相关核心数据，建立三支叶片距离模型，为后续工作提供保障。并通过分析诊断系统，完成精细化作业，实时诊断叶片裂纹等情况，保障风电机组平稳运行。

3.3.5 无人机巡检系统

传统的巡检管理技术需要投入的人力比较多，同时巡检管理的效率低。为此，可采用无人机巡检系统，以无人机为载体，实现多个模块无死角监测，对显著隐患实施智能识别。在技术支撑下，实现巡检智能化，科学控制巡检管理成本。

3.4 智能巡检管理系统优化

风电机组智能巡检为达到理想效果，可以将众多新技术及概念等应用到常态化巡检和设备保养中，提高人员的素质要求。现实工作中，建设智能巡检管理的有效平台，不断丰富系统内容，科学优化巡检路线，梳理巡检工作流程，提升风电生产效率。实际操作中，智能巡检管理系统需实现全流程专业化、数字化及标准化的操作，在综合技术保障下，实施全过程精细化管理，保障管理的实效性，将管理系统布设在重点区域，如区域数据中心等，同时完善基础功能模块。在技术保障下，推进缺陷管理、智能巡检等多项工作的落实，建立电子台账，确保信息实时查看。巡检管理重点是对设备、系统等实施流程化管理，按照季度巡检要求，记录管理情况[3]。同时查看关联的缺陷、变更、备份等。巡检管理工作界面，如图2所示。

图2 巡检管理工作界面

在智能巡检系统设计中，需保障系统的可扩充性，系统的可扩充性是重要指标，不容忽视。例如，在系统软件设计上，可运用模块化设计思路，提高系统管理效率，加强对操作系统的监管[4]。具体工作中，可构建良好的系统接口，保障数据资源调度的功能，打造信息管理平台，确保风电厂数字化管理的资源共享。

3.5 风险预警终端设置

风力发电设备结构自身具有复杂性的特点，再加上运行环境相对恶劣，所以设备运行期间的隐患比较大，设计具有预警功能的终端是智能巡检技术应用的关键。借助风险预警，可有效实施风险管控，借助远程技术手段，将风险及时清除，规避故障问题扩散，为风电机组的运行提供良好环境。基于此，智能巡检技术应用期间，要结合现实需求不断优化风险预警终端设计，借助数据分析、异常警示，以及重要风险评估等模块的布局，对故障问题进行预判，掌握故障的等级和影响力，保障风电机组合理运维。

4 结语

综上所述，风电场数字电厂发展转型新时期，智能巡查技术的应用受到关注，在风电厂的运维管理中，智能巡检技术起到重要支撑作用，可及时发现运维风险，同时借助远程操作等手段将风险从源头弄清楚，避免风险事故的扩散，从而保障风电机组较强的生命力。实际工作中，风电厂要基于自身管理需求，对智能巡检技术实施优化，完善功能模块设计，通过智能监测和管理平台的搭建，为风电厂数字化管理转型夯实基础。