風電場數字化電廠智能巡檢技術應用研究

華能新能源股份有限公司四川分公司 韓燕南

風電場數字化電廠運維管理期間，針對風電場運維的現有困難，如人員短缺、環境惡劣等，可積極應用智能巡檢技術，通過紅外識別、智能塔筒監測等手段，消除機組運行隱患，完成多機組的智能巡檢，在此前提下提升電廠管理水平。

1 整體架構

結合數字化電廠的管理方式，智能巡檢技術應用前，需要搭建集控平臺和診斷平臺，在兩個平臺的保障下，發揮智能巡檢的最大優勢。實踐中，采用科學的部署方式，即兩級應用兩級部署，在風電場部署廠級的管理系統，隨時保障信息的實時共享。風電機組的巡檢要求較高，機艙內部和機艙外部均屬于巡檢的重要內容。第一，機艙內部的巡檢。現實工作中，機艙內部的巡檢主要包括機械及電氣系統。電氣設備的溫度、使用電流等技術參數是不容忽視的巡檢內容；而機械系統的檢測，需要將重點放在油溫、油位等方面，掌握設備振動指標。第二，機艙外部的巡檢。機艙外部的巡檢包含的內容同樣比較多，葉片、塔筒、塔基均是不能省略的巡檢部分。風電機組智能巡檢過程中，要充分利用SCADA 數據搭建巡檢大數據處理平臺，發揮先進技術優勢，在綜合技術保障下巧妙發揮風電場手持終端的作用，通過多維度的補充和配合，保證安全巡檢的狀態，滿足實際工作需求。除此之外，未來的風電場智能巡檢中，還需結合需求完善平臺功能，將相應的設備性能參數發送到管理界面中，保證設備檢修的信息化支持力度，滿足風電場數字化管理的整體要求。

2 模塊設計

2.1 數據采集模塊

數據采集模塊設計是數字化電廠實現高質量運行管理的前提，也是智能巡查技術非常核心的部分。數據采集模塊在運行期間，需結合電廠設備的整體狀態、運行參數實施有效地監控，滿足電廠巡查管理的實際要求。現實工作中，定期做好數據分析及反饋工作，確保巡檢系統的應用質量。研究發現，智能巡查技術應用中，需要考慮的內容較多，其數據采集模塊的構成至關重要，需要加以重視。除了傳感器設備應用外，可靠的編程系統也是關鍵，只有確保編程設計質量，才能構建巡檢系統的基礎架構。

2.2 數據分析模塊

在整個巡檢體系中，數據分析模塊位于基礎位置，作為系統的“分析大腦”，數據分析主要承擔著數據檢索和加工的作用，通常在設備的操控端口中。從實踐中了解到，智能巡檢技術要求高，巡檢環境又異常的復雜，所以在數據分析模塊的設計中需要秉持科學原則。一是借助合理方式，保障傳輸端數據分析模塊的基本性能，為相關工作提供支持；二是優化連接節點，為操控端的數據分析提供便利。實踐中，無論采用哪種方式，都要明確分析模塊的具體性能和應用要求，保證模塊使用的有效性。在現實應用中，為達到理想化的效果，需要有序安排信息內容，同時完成信息內容的智能化檢索與分類，在分類與整合的基礎上提升整體的傳輸效果，保障數據傳輸的品質[1]。具體工作實踐中，需要結合風電場的運維水平及相關的操作要求，對動態數據實施分析，及時掌握異常數據，同時進行錯誤內容糾錯，為巡檢管理提供保障。

2.3 數據傳輸模塊

在現實應用環節中，巡查技術的數據通信影響深遠，技術效果極為重要，為保障理想效果的實現，現實應用中需要借助相應技術手段，如電信號、藍牙通信等，達到理想工作狀態。在以上技術體系中，藍牙通信應用比較早，但應用局限性也比較明顯，受信號干擾嚴重，不利于遠距離的信號傳輸。風電廠的運行環境比較惡劣，藍牙技術并不適用。相比之下，網絡通信技術雖然普及晚，但其技術靈活性強，在不同的通信環境下均可實現信息傳播。該技術的局限在于無法有效延伸通信功能，也正是因為這一點，網絡通信無法成為數字化電廠的核心傳輸手段。電信號通信技術在智能巡檢中存在優勢，借助線路通信模式，可合理消除周邊的干擾，同時對通信功能可實現有效的延伸及拓展，通過合理的方式，強化應用效果，保障通信質量與效率，提高整體穩定性。

2.4 操作管理模塊

Web Services 協議棧如圖1所示。通過研究發現，在操作管理模塊體系中，Web Services 協議棧是重要內容，同時也是智能巡檢系統的關鍵所在。

圖1 Web Services 協議棧

3 智能巡檢技術的應用

3.1 遠程控制

在智能巡檢技術高質量應用中，有一個不容忽視的技術內容——遠程控制。該功能的實現是智能巡檢的重要保障，技術的應用可充分滿足風電廠實際運維管理需求，保障巡查管理實效性。在現實應用中，部分風電廠所配置的設備，主要是指風力發電設施在運行過程中多采用跨區域布置的思路，此種設計方案雖然可以保障一定的效果，但也存在局限性。為科學收集多區域間的信息，實現信息高效利用，在短時間內完成區域信息的資源整合，可應用多套遠程控制方案，借此提升智能巡檢的有效性，壓縮智能巡檢管理的周期，保障巡檢的實效性。

3.2 離線故障診斷

一些極端的環境下，在線故障診斷難以發揮出優勢，一旦通訊中斷，就會造成巡檢管理的癱瘓。為此，智能巡檢技術應用期間，需完善離線故障診斷的功能，考慮通訊網絡中斷對巡檢技術的影響，確保巡檢的可靠性。離線故障診斷設計期間，可將微型設備植入系統構件，實際應用中由傳感器發揮主要功能，支持離線故障診斷與排查。除此之外，離線故障診斷設計，需考慮診斷的時效性，設計一定的系統參數理論閾值，借此作為重要保障。當滿足特定條件時（超出閾值范圍時），便可以啟動故障診斷，對多項數據有效分析，保障智能巡查技術的時效性。

3.3 智能監測系統搭建

3.3.1 圖像、聲像監測系統

風電機組運行環境特殊，基于關鍵部件的巡檢需求需設置性能穩定的監測系統，保障機組的運行安全。針對機艙內的情況，安裝圖像及聲像監測相關軟件設備實時采集視頻等重要信息，并且將這些信號信息傳至存儲服務器中，在此前提下進行數據處理[2]。

3.3.2 溫度紅外采集系統

在具體實踐中，需要對重點區域實施遠程監測，一旦監測到機械設備溫度異常，或者數值偏離實際標準，要及時啟動預警方案，構建安全防護體系，避免火災事故的發生，提高巡檢科學性。

3.3.3 塔筒監測系統

結合現有經驗可知，塔筒基礎不均勻沉降等相關性問題同樣要實施有效的監測，現實中要多角度監測塔筒運行狀態，及時發現不均勻沉降問題，保障風電機組的運行安全。

3.3.4 葉片監測系統

當遇到雷擊、大風等特殊天氣時，風電機組的葉片在運行的過程中因為阻力較大會出現葉片結構受損和膠合材料疲勞的問題，嚴重時將直接造成葉片脫落。為規避此類危險，現實中需要在葉片上加裝有效的在線監測系統，全面評估系統運行風險，應用激光測距傳感器，采集相關核心數據，建立三支葉片距離模型，為后續工作提供保障。并通過分析診斷系統，完成精細化作業，實時診斷葉片裂紋等情況，保障風電機組平穩運行。

3.3.5 無人機巡檢系統

傳統的巡檢管理技術需要投入的人力比較多，同時巡檢管理的效率低。為此，可采用無人機巡檢系統，以無人機為載體，實現多個模塊無死角監測，對顯著隱患實施智能識別。在技術支撐下，實現巡檢智能化，科學控制巡檢管理成本。

3.4 智能巡檢管理系統優化

風電機組智能巡檢為達到理想效果，可以將眾多新技術及概念等應用到常態化巡檢和設備保養中，提高人員的素質要求。現實工作中，建設智能巡檢管理的有效平臺，不斷豐富系統內容，科學優化巡檢路線，梳理巡檢工作流程，提升風電生產效率。實際操作中，智能巡檢管理系統需實現全流程專業化、數字化及標準化的操作，在綜合技術保障下，實施全過程精細化管理，保障管理的實效性，將管理系統布設在重點區域，如區域數據中心等，同時完善基礎功能模塊。在技術保障下，推進缺陷管理、智能巡檢等多項工作的落實，建立電子臺賬，確保信息實時查看。巡檢管理重點是對設備、系統等實施流程化管理，按照季度巡檢要求，記錄管理情況[3]。同時查看關聯的缺陷、變更、備份等。巡檢管理工作界面，如圖2所示。

圖2 巡檢管理工作界面

在智能巡檢系統設計中，需保障系統的可擴充性，系統的可擴充性是重要指標，不容忽視。例如，在系統軟件設計上，可運用模塊化設計思路，提高系統管理效率，加強對操作系統的監管[4]。具體工作中，可構建良好的系統接口，保障數據資源調度的功能，打造信息管理平臺，確保風電廠數字化管理的資源共享。

3.5 風險預警終端設置

風力發電設備結構自身具有復雜性的特點，再加上運行環境相對惡劣，所以設備運行期間的隱患比較大，設計具有預警功能的終端是智能巡檢技術應用的關鍵。借助風險預警，可有效實施風險管控，借助遠程技術手段，將風險及時清除，規避故障問題擴散，為風電機組的運行提供良好環境。基于此，智能巡檢技術應用期間，要結合現實需求不斷優化風險預警終端設計，借助數據分析、異常警示，以及重要風險評估等模塊的布局，對故障問題進行預判，掌握故障的等級和影響力，保障風電機組合理運維。

4 結語

綜上所述，風電場數字電廠發展轉型新時期，智能巡查技術的應用受到關注，在風電廠的運維管理中，智能巡檢技術起到重要支撐作用，可及時發現運維風險，同時借助遠程操作等手段將風險從源頭弄清楚，避免風險事故的擴散，從而保障風電機組較強的生命力。實際工作中，風電廠要基于自身管理需求，對智能巡檢技術實施優化，完善功能模塊設計，通過智能監測和管理平臺的搭建，為風電廠數字化管理轉型夯實基礎。