搭載紅外熱成像無人機在新能源發電設備中的應用

項東敏

(浙江大唐烏沙山發電有限責任公司，浙江 象山 315700)

新建光伏電站可分為大中型電站、分散電站和屋頂電站三種。大中型電站一般面積較大，設備較多，而分散式和屋頂太陽能光伏組件高、不安全，不便于檢查[1]。無人機(UAV)技術可以輕松完成新能源光伏電站的巡檢工作，完成危險的高空巡檢作業和日常巡檢[2]。在熱成像系統中，大多數設備使用手持式紅外熱像儀進行平臺檢測。介紹了搭載紅外熱像儀與無人機的操作過程，在對高壓設備溫度進行測定檢查時，要注意高壓架空線的電流走向與電流電壓大小[3]。

1 紅外熱像儀搭載無人機系統的描述

無人機主要是以無電線遙控進行控制，其設備自身利用控制軟件來定位無人機飛行軌跡；紅外熱成像儀進行光學透鏡，獲得紅外成像分布圖，將其得到的信息反射到熱成像儀中，在光敏元件的作用下，獲取對應物體表面熱分布場的紅外熱成像。由于工業廢水的溫度高于河水，環保部門使用配備紅外熱像儀的無人機，在白天和夜間對廢水排放進行視覺檢測，可監測工廠環保設備運行情況，排放廢水和污染氣體，查找污染源(圖1)，這是控制污染物排放取證的有效手段，廣泛應用于環保法執法機構。

圖1 綠色環保太陽能發電板

2 紅外熱像儀搭載無人機的拍攝方式

2.1 無人機手動拍攝

無人機在進行手動控制時，在手動模式下定位于太陽組件上的熱點，無人機組件檢測可以根據其溫度變化進行多次檢測，隨著太陽輻射強度變化，檢測信息也不同，熱點效應會越來越大，模塊上的溫度也會更加明顯。

2.2 無人機自動拍攝

以手動檢測的方式對無人機的準確位置進行定位，確定檢測范圍，確保搭配紅外熱像儀的無人機能夠穩定運行，通過固定路徑軌跡拍攝多邊形光伏面板，解決高空光伏組件熱點效應問題。

2.3 拍攝流程

無人機拍攝流程如下：劃分無人機飛行路徑→利用無人機對檢測點進行拍攝→將所拍到的圖片進行采集→將采集到的圖片進行數據分析→生成數據報告→對出現的故障進行處理。

無人機拍攝過程：要手動控制無人機，根據無人機探測到的區域內電廠的具體情況，確定飛行范圍；在確定無人機的飛行范圍后，對所要測試的點進行GPS精準定位。

飛行路徑劃分規則：所獲得的數據要傳輸到無人機導航系統軟件中。

紅外成像圖片拍攝：高精度紅外成像技術的廣泛應用，可以將所拍攝的圖片進行系統性分析，利用無人機的自動光伏組件進行自動檢測，這樣會對光伏太陽能中產生的溫差隱患進行實時監測。驗證過程中，照片會自動在固定點拍攝，如圖2。

圖2 光伏面板的溫差檢測面板

圖像分析與所標記的異常區域：利用計算機軟件來對所拍攝的圖片進行異常標記，確定出精準位置。

形成數據報告：通過形成數據報告，判斷故障情況，找出故障元件準確位置，對元件的異常位置進行處理。

2.4 無人機拍攝數據的傳輸與存儲

無人機的數據采集方法主要是利用無人機的搭載形式，將紅外攝像頭進行位置調整，這樣拍攝的點會更加精準。

低配系統：受到傳輸范圍的限制，無人機拍攝的圖片及數據有一部分無法實時進行傳輸，只能暫時進行智能卡的數據保護。儲存卡的空間達到飽和時，要及時對儲存卡進行更換，防止數據與圖片丟失，執行分析以確定位置。

高配系統：傳輸范圍不受限制，可以實現實時數據傳輸，有效縮減數據傳輸時間和步驟，提高檢測效率。

2.5 拍攝注意事項

為避免陽光或強輔助光源的反射，拍攝時應在正常日光或附加光源下操作本機，或在上述光源下將本機短路，否則不會出現熱點。

在進行對紅外設備的熱敏感進行選擇時，設備鏡頭面要保持垂直狀態，令目標更加確定。

設置溫度傳感器時，先使用自動模式下測得的溫度量程，再手動設置電平和量程，設置最小溫度量程，開啟之前測量的溫度量程。

由于配備了高分辨率可見光攝像頭和紅外熱像儀，在實際使用情況下電池壽命很短，因此需注意功耗，以免損壞設備。

3 熱斑圖片的分析處理

人工分析：在電腦上手動選擇拍攝的圖像，查看熱點圖像，選擇熱點圖像，分析圖像并生成報告。

自動分析：將接收到的圖片用專業的分析軟件進行分析，通過軟件找出有問題的照片，生成相關報告。

軟件初選人工分析：對所得到的圖片進行分析時，所能了解到的只有圖片中的表面問題，并不能了解根本原因，因此，在進行軟件測試后，對軟件中出現的具體問題應進行人工分析。

4 高壓設備溫度檢測

大型的光伏發電站設備之間的距離較大，因此，導致光伏發電站的高壓設備相對較為分散，人工檢查結果存在問題。在對高壓設備進行檢測時，可以利用無人機的紅外熱成像儀器來完成工作，這極大提高了工作效率。與傳統方法相比，紅外成像儀器可以對高壓設備中的電流異常溫度進行判斷。例如：油溫過高、端子發燙、熔斷器熔斷等，如有問題可及時報告，以便及時處理，減少損失。

5 高壓架空線路檢測

高壓架空線路具有地理位置復雜、線路高、電壓高等特點，一般多存在于原始森林外圍及海拔高、冰雪覆蓋地區。當搭載了紅外熱像儀的無人機對這些復雜地理位置的高壓架空線路進行檢測時，可以直接檢測出架空線路中存在的異常點并進行定位，存儲相應的紅外圖像和視頻數據，及時通知維護人員。

6 結語

對無人機的紅外成像儀進行可靠性分析，了解光伏太陽能電熱板的運行與維護方法，可以提高發電效率，減輕勞動量，降低材料成本。為了加強電站的有序運行，可應用搭載式無人機紅外成像，提高光伏發電站的工作效率。