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无人机在风电设备维护运营中的应用

日期:2016-06-13    来源:栖西  作者:李俊杰

国际风力发电网

2016
06/13
09:19
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关键词: 风电运维 无人机

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风电场需要定期对风机进行日常的巡视、检修和维护,因为地域偏远,设备分散,对于出现的各种故障无法做到快速,高效地排查解决。大多数的风电场都地处偏僻的旷野,连手机信号都没有,当需要专业技术人员指导时就束手无策,即使有些现场可以通话,但无法实现可视化交流,给工作带来很大的不便。

风电机组维护可以分为预防性维护、计划性维护和突发性维护。主动为风机进行“体检”,逐步从以“修”为主转变为以“检”为主上来,将风机定检和技术监控作为提高设备可靠性的主要手段,达到提前根除风机病症,将故障处理在萌芽之中的效果。这也是无人机替代传统手段维护运营的新领域。

1、叶片的维护运营

遭受雷击是叶片毁坏坏主要原因之一。如果避雷系统工作不正常,当雷集中一个叶片时,电流会直接递给发电机。如果叶片有砂眼下雨时就会积水,在收到雷击的时候这些水分会瞬间蒸发,产生的蒸汽压力会使得叶片爆炸或裂开。

空气中的颗粒,由于叶片转动,它不可避免会与空气中的颗粒产生摩擦和撞击。在许多情况下,叶片的叶尖速度超过70m/s,在这个速度下,空气总的颗粒会导致前缘磨碎,前缘粘合会因此开裂。即使不是结构性损坏,前缘磨损也会造成很大的发电损失。

通常随着风速增加,叶片顺桨,当风俗超过额定值时,叶片顺桨直至直升机组完全停止。强的剪切风或打的阵风可以将叶片载荷超过其设计载荷,即使叶片处在静态状态,也会损坏叶片。暴雨、雷电、暴风雪、冰雹、飓风、寒潮等恶劣气候都可能会给叶片造成损坏,2008年1月30日加拿大安大略省的一台GE生产的1.5MW风机叶片就在遭到暴风雪时突然损害,据初步判断与产品本身的质量有关。

如果生产的叶片疲劳寿命实验值达到了设计要求,说明叶片抗疲劳性能良好,这是叶片很关键的一个技术指标。

风电场的传统检测方法主要包括听和看,运维人员在风机运行当中,利用叶片发出异响的哨声进行判断,如有哨声,基本怀疑叶片存在缺陷,然后待风机停止运行后,利用人工方式对叶片进行进一步检查;看主要指的是运维人员利用高倍望远镜对叶片进行观察,查找风机叶片存在的明显缺陷,然后进行人工处理。

传统风电检测的优点是:能找出比较明显的缺陷,成本低,操作简单。

缺点是:工作量大,不能直观、清晰的观察和记录缺陷的实际尺寸及破损程度,做不到微小损伤的确诊,容易留下较多隐患。

无人机检测是指利用无人机搭载叶片检测专用成像设备近距离观察叶片表面状态,采集各个角度的高清画面,然后通过对高清图像的数据处理,由专家人员进行判断和分析,从而更清晰和直观的确认损伤程度及维修意见。

根据实测我们发现无人机比传统检测至少快3倍,成本节约近50%,减少发电机三分之二的停机时间。

同时无人机所采集的数据和高清图像可持续进行分析,利用大数据和互联网+的观念,改变传统运维模式由“救火式运维”向“预见性运维”转变,从而专门进行机组预测和体检,做到提前预防,减少损失。

2、齿轮箱温度分布监测

齿轮箱位于传动链,将叶轮传递过来的低转速,高扭矩的动能转换成高转速、低扭矩的动能经过联轴器传送到发电机。齿轮箱油温高,问题在齿轮箱油冷却系统。齿轮箱油冷却系统的问题包括以下两个方面:一、齿轮箱油冷却循环回路;二、冷却散热的通风道

采用无人机搭载的热红外相机,快速确定齿轮箱温度异常以及可能出现的事故点,确保齿轮箱的正常运转。

无人机亦可采用具有高清视频采集和无限传输功能的视频眼镜,在巡检过程中可以把图像实时传回监控调度中心。

3、塔架形状监测

塔架是风力发电机组支撑机舱的结构部件,承受来自风电机组各个部件的各种荷载(风轮的作用力和风作用在支架上的力,包括弯矩,推力以及对塔的扭力)。塔架还必须具有足够的疲劳强度和刚度,以保证风电机在风况下不会发生颠覆。

无人机可间歇性对塔架进行360度无死角拍摄,通过不同时间点的照片,采用正射影像投影法判断塔架形变量,提供形变趋势,确立维修及整改方案,防患于未然。

4、冰闪现象预警

我国北方大部分区域属大陆性北温带寒凉气候,夏季干热,冬季严寒,降水量小,蒸发量大,昼夜温差大,初春和初冬季极易出现结霜天气。是配电设备户外绝缘子出现冰闪的高发地带。冰闪容易引起电晕放电现象,加速连接部位以及本体老化,严重时会造成输电线路跳闸。

无人机可以随时对绝缘子进行拍照或实时视频,确定受害状况,进而制定融冰计划,确保设备安全使用。

5、腐蚀现象预警

对于安装和运行于南海海域且距离海岸20公里范围内的风电场,海洋大气中的盐雾是由于悬浮的氯化物的微小液滴所组成的弥散系统,由于盐雾中含有的氯化物盐类,氯离子还具有很大的腐蚀性。南方海洋环境的风电设备的腐蚀是大气环境中相对湿度、含盐量、湿度、光照条件等因素在钢铁表面综合作用的结果。

另外在南方霉菌容易发生在风电设备的钢铁、锌、铝以及其合金的零部件内部和表面,在自然条件下引起潮湿环境的风电设备零部件的霉变和真菌腐蚀。铁细菌生成的氢氧化铁可在细菌膜鞘的内部或外部存储,这些细菌的腐蚀也造成风机表面机体的腐蚀。

无人机通过对整个风机体系的拍照,可以预估腐蚀程度以及评价修复工作,做好整体风机的运行保障工作。





 

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