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1.背景意義

隨著風(fēng)力發(fā)電企業(yè)風(fēng)機出質(zhì)保數(shù)量的不斷增多，大部分企業(yè)均面臨著風(fēng)機設(shè)備安全與運維的雙重壓力，尤其在風(fēng)機設(shè)備葉片巡檢方面，因風(fēng)機分散、輪轂較高，葉片損壞不易察覺等現(xiàn)狀，帶來風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)備安全隱患以及高空作業(yè)帶來的人員安全隱患，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。

本項目采用葉片遠(yuǎn)距監(jiān)測技術(shù)、圖像識別技術(shù)、缺陷專家知識庫技術(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，通過圖像識別系統(tǒng)進行葉片缺陷大小、面積、厚度、長度的精確計算，并通過缺陷專家知識庫對相應(yīng)缺陷問題提出維護、檢修建議，最終自動生成包含缺陷描述、問題圖片、解決建議的智能監(jiān)測報告。該項目改變了傳統(tǒng)的人工登機、高空回型平臺檢查，高倍望遠(yuǎn)鏡查看和無人機檢查等巡檢方式，有效防范了因葉片缺陷帶來的設(shè)備安全隱患和高空作業(yè)帶來的人身安全隱患的發(fā)生，同時減少了停機巡檢帶來的經(jīng)濟損失，降低了巡檢、定檢的工作成本，同時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)；圖像識別是以圖像的主要特征為基礎(chǔ)，識別各種不同模式的目標(biāo)和對像的技術(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)報道。

2.1 國內(nèi)外同類技術(shù)研究

平臺升空葉片檢查方式。該方式優(yōu)點在于現(xiàn)場工作人員利用安裝后的升降平臺升空到葉片表面附近，直接人眼觀察進行巡檢，檢查直接、全面，發(fā)現(xiàn)問題能夠當(dāng)場解決；缺點在于：設(shè)備需要車載、安裝拆卸、多人協(xié)作、工作周期長，同時該項工作為高空作業(yè)，存在一定人身安全隱患。

蜘蛛人登機檢查方式。該方式優(yōu)點在于無需大型設(shè)備，通過特殊技能的檢查人員，佩戴安裝安全保護裝置后升空到葉片表面進行檢查，能夠?qū)θ~片進行全面、細(xì)致的檢查工作，發(fā)現(xiàn)缺陷問題可以當(dāng)場判斷是否需要維修；缺點在于對檢查人員專業(yè)技能要求高，需經(jīng)過特殊培訓(xùn)且考核通過的人員方可采取該方式進行檢查工作，同時屬于高空作業(yè)具有一定的安全隱患。

無人機葉片巡檢方式。該方式優(yōu)點在于可以飛到半空中對葉片進行近距離拍照和觀測，也可留存圖像記錄。缺點在于：首先是續(xù)航能力很差，一般連續(xù)飛行時間為30~40分鐘，較短時間內(nèi)很難完成一臺機組的葉片巡檢工作；如要繼續(xù)巡檢需飛回地面更換電池后放可開展工作。其次是拍攝的圖像因飛行抖動、抗風(fēng)能力等原因造成拍攝的圖像不夠清晰，細(xì)微缺陷問題容易遺漏；再有無人機巡檢需要對操作人員技能要求高，需進行專門的技術(shù)培訓(xùn)，若操作失誤會造成機器的毀損；最后是經(jīng)濟投入大，質(zhì)量較好的無人機一般需要60~80萬元一架，質(zhì)量中等的也需10萬元左右。

2.2 主要做法

高清圖像獲取，及時發(fā)現(xiàn)毫米級葉片缺陷。采用遠(yuǎn)距離高清成像設(shè)備對葉片表面進行視覺檢查，可實現(xiàn)在距離風(fēng)機300米以內(nèi)對葉片進行觀測，獲取的高清圖像識別精度可達(dá)毫米級（距離被測目標(biāo)300米內(nèi)可識別出1mm寬度的缺陷）；觀測的缺陷主要是膠衣脫落、沙眼、磨損、雷擊、表面裂紋、前緣保護層脫落、葉尖損傷等已出現(xiàn)的視覺特征問題，獲取葉片表面的高清圖像后并存儲。相關(guān)設(shè)備主要包括主機（鏡頭、光路系統(tǒng)、高清相機等）、二維云臺、快門線、測距望遠(yuǎn)鏡、調(diào)節(jié)把手、三腳架等部分。

圖像智能識別，自動判斷缺陷類型。采用相關(guān)的圖像處理軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對葉片表面進行拍攝的同時，通過軟硬件間的無線信號，將拍攝到的圖像實時傳輸?shù)綀D像處理軟件中，對葉片的每一個面的圖像，實現(xiàn)成組存儲，容易區(qū)分；監(jiān)測完畢可在軟件中迅速對圖像進行甄別并識別出缺陷特征，同時對發(fā)現(xiàn)的缺陷進行標(biāo)記，系統(tǒng)還會自動計算出缺陷的大小、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告。軟件功能主要包括圖像采集模塊、無線通信模塊、圖像編碼解碼模塊、圖像處理模塊和智能巡檢報告模塊等幾部分。

2.3 主要創(chuàng)新點

采用地面獲取圖像方式，有效避免高空作業(yè)帶來的人身安全隱患。本項目可在地面進行人工操作，同時具備遠(yuǎn)距離獲取葉片表面清晰圖像的能力，無需利用傳統(tǒng)設(shè)備攀爬到葉片表面進行檢查，大大減少了該項工作造成的安全事故隱患。

采用高清圖像智能識別方式，有效提高葉片細(xì)微缺陷的發(fā)現(xiàn)能力。本項目基于圖像識別及圖像處理技術(shù)，將硬件系統(tǒng)在葉片檢測過程中獲取到的高清圖像為輸入，進行葉片表面缺陷的識別及處理，并對缺陷進行量化，用以進一步判斷確定解決方案。

本項目系統(tǒng)通過超高精度光學(xué)鏡頭清晰捕捉到葉片表面毫米級缺陷，使用圖像自動識別系統(tǒng)對缺陷的類型、位置及尺寸進行精準(zhǔn)判定；通過圖像拼接技術(shù)自動生成帶有缺陷標(biāo)記的可視化全葉片圖形，并通過專家知識庫對缺陷進行問題進行分析，智能提供維護、檢修建議，同時自動生成風(fēng)機葉片的檢測報告。

2.4 應(yīng)用實踐

本項目系統(tǒng)可在地面進行人工操作，通過超高精度光學(xué)鏡頭清晰捕捉到葉片表面毫米級缺陷，并使用圖像自動識別系統(tǒng)對缺陷的類型、位置及尺寸進行準(zhǔn)確判定；通過圖像拼接技術(shù)自動生成帶有缺陷標(biāo)記的可視化全葉片圖形，并自動生成風(fēng)機葉片的檢測報告。自2020年使用至今，公司所屬三個風(fēng)電場的812臺風(fēng)力發(fā)電機組進行了全部的葉片巡檢檢查工作，共發(fā)現(xiàn)葉片缺陷89項，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

本項目在我公司所屬風(fēng)電場的812臺風(fēng)機日常巡檢、定檢工作中使用，有效的降低了因葉片缺陷帶來的風(fēng)機安全事故，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值。

（1）有效避免了葉片缺陷的擴大帶來的風(fēng)機安全事故隱患。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，由于葉片缺陷問題不能及時發(fā)現(xiàn)帶來葉片的整體損壞，同時造成風(fēng)機倒塔事故的發(fā)生，本項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)場人員進行高空作業(yè)，本項目采用地面遠(yuǎn)距離巡檢及監(jiān)測，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)濟效益。采用傳統(tǒng)的葉片巡檢方式需要停機并采用大型設(shè)備以及多人組成的人工團隊協(xié)作開展工作，相關(guān)成本少則幾十萬，多則上百萬，平均每臺風(fēng)機的成本也在十幾萬元，本項目只需2-3人進行現(xiàn)場巡檢檢查，有效減少了該項工作的企業(yè)成本。

原標(biāo)題：大型風(fēng)電場葉片遠(yuǎn)距監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實踐