中能电力王栋：无人机在叶片巡检中作用很大 但单体设备昂贵
2017年10月17日-19日，2017中国光伏大会暨展览会（PVCEC2017）在北京隆重召开。中能电力科技开发有限公司王栋在无人机机器人风光场站应用论坛上发表了题为“基于无人机的风电场叶片巡检技术”的主旨演讲。王栋表示无人机用于叶片巡检，立体观测对于成像检测非常好，它本身是一个360度的覆盖，而且无人机能够有垂直起降，精准悬停，起降的速度跟人比起来非常快，作业时间非常短，地域适应性强。它的劳动强度大，还有能够做影像资料留存。无人机现在的一个缺点主要还是由于单体设备比较昂贵，现场运检人员的话整体的操作水平不是很高。但是现在给每个风电场配备一个水平高的，使用无人机是很现实的，所以单体价格昂贵的话，我们技术可用性就要大大折扣了。如果对成像精度要求非常高，可能普通无人机无法满足，所以整个无人机技术还是要求高的。
以下为发言实录：
王栋：大家早上好，谢谢组委会给这个机会，然后也谢谢我们的可再生能源中心。首先先自我介绍，我叫王栋来自于中能电力科技有限公司，然后中能是专门做运维相关的技术和研发的一个企业。我们做的事情包括整个系统，包括我们的一些在线检测系统，这都是我们公司主力做的研发，我们今天分享的题目是我们在无人机风电叶片检测的一些工作，包括一些心得或者说一些问题。
叶片问题主要源自我们整个运营商对我们的需求，包括现在整个存量资产达到现在一个规模之后，存量资产提速增效面临着待解决的问题，叶片实际上最开始我们从相关方面的检测和研究，是2014年左右在我们的几个风电场出现了一些相应的叶片的数据。大家也知道整个风电场最开始是建在一些比较偏远的地区，随着现在建设的风电场越来越多以后，沿海包括一些城镇相关的风电场逐渐增多以后。你这个风电叶片一些问题，包括叶片的折断对安全问题会造成很大的隐患作用。所以说它不但是一个提速增效的问题，变成一个我们生产安全的问题。那叶片我们大概总结了一下，它的问题来源来自于我们从设计制造安装以及在运行中间，在设计阶段的话，我们知道因为现在中国的一些排风非常多，一些极限载荷设计，还有载荷安全越来越少，或者对于叶片减重的方面，那你在设计阶段存在一些问题。
在生产中间的话，叶片属于复合材料的工艺。复合材料和这个中间，包括固化的时间，如果掌握不好难免出现缺陷。像叶片的分层、气泡、包括白斑、褶皱等等。加上我们会做一些设计完之后，做一些实验。像我们出厂中间会有一些无损探伤，每个叶片都做的话集中在探伤。从叶片运输的吊装过程中间的话，因为整个叶片要做，现在往越来越高的地方来做。在吊装中间会有一些拉伤，在现场也不具备这个条件做相应的检测。所以说导致我们叶片在之前可能存在一些内伤，所以我们内伤很难控制的。在运行过程中间的话，我们的一个总结有大量的论文和老师在研究这个事情，叶片本身工作环境非常恶劣，包括风机，沿海的话会有侵蚀，以及循环温差存在。以及夜间的速度，夜间速度我们就有一个两兆瓦的速度来说，会达到三百公里一小时。这个速度加上雨水的问题，雨水对表面的侵蚀是不可估计的损伤，这是风机必须面对的一个事情。
叶片损伤种类的话，我们大概也做了一些归类，那这个叶片损伤大部分体现在外观和表面。也有一部分整体失效，或者内部缺陷，或者说一些主板、副板的缺陷。其实在生产过程中间的一些潜在内方，叶片的一个损伤发展趋势，如果从正常的一款叶片来说，它的趋势还是由表面来磨损，形成大的砂眼，直接扩展到我们横模的里面。这是叶片正常失效的一个流程，叶片在整个过程中间会有那些技术来做检测呢？我们分成两个阶段，一个是在生产阶段，一个是在运行阶段。生产阶段就是在地面，在地面可以尝试各种各样的措施对它做检测，我们显示做一些表面的资料，包括静力实验，疲劳试验，固有频率实验等等。现在有厂商用无损探伤来做，主要是超声波。超声波的有这些问题，主要是复合材料对超声波不太利于超声波传导，因为对这个吸收非常大。然后其实是这个复合材料，以前超声波对单一介质来做结构。那么对超声波衰减会非常高，其中由于叶片是一个曲面结构，不是连续性的介质，对于这种介质的话，超声波检测过程中需要做一些频段的调整，对它的检测技术的要求是非常高的。
我们现在做的话西门子技术是做到了对叶片快速超声波检测，国内的话还是在一个比较快的发展过程的当中。还有热成像，在我们复合材料中间通过主动热成像，我们通过光源对背侧表面做局部性加热，局部性加热有一层正常的组织和异常组织之间，包括有这种差异性，所以从而来检测出这个故障的存在。现在的话我们现在看有一款设备出现，基于这个技术来做的。然后生产检测会有一些声学检测和雷击检测，在运维当中，从运维商角度来看，无人机上天之后可用的手段就不多了。现在我们风电场主要用的还是靠目测，因为目测我们总结来说，现在最直观，最有效的一种检测方式。那主要是分这么几个类别，一个是高倍望远镜，还有长焦相机，以及上绕行下降，这几种我分别做分析。高倍望远镜还是基于地面做检测，去观测表面问题。最大的问题就是比较难做全面覆盖，因为你在观测上的话叶片是一个相对减弱，你观测的话或多或少在对一些叶片的后沿、前沿或者夜间部分的观测，达不到一个覆盖。
其次的话如果说高倍望远镜看不到就是看不到，对这个要求很高。有一些数据资料做事后分析也好，还是做定存也好，很难通过这个来做。就是它难以覆盖，以及本身来做拍摄的话，受地形的影响很大。如果说我们做海上风电的话，你不可能到海面上去找一个距离去拍叶片，这是很难实现的。那叶片的上绕行下降的话，我们就讲这个平台，其实最大的问题是指效率比较低。实际上对叶片检测很全面，以及不但能检测，还能做一些实时的修复，随时能够做掉的。但是由于效率不高，导致一个问题。就是风电场实际上给予的维修窗口期是很少的，不可能说按照我们运维标准就随时随地来做这个检测，这两者的话高于八米风速就不能做了，对你人机安全方面来讲。
其次运检周期也非常少，基本上两个月可以做完。如果一到大风季来临的话，实际上就整个没法使用手段来做检测了。其次的话这两个方面都是效率比较高，在现在来看，性价比为什么运营商没有每一年来做，很难来执行这个技术。
其次的话我们在叶片上有一些在线的检测措施，包括固有频率的检测，固有频率通过分析和检测实现固有频率的变化，由此来推动结构损伤，以及有人机损伤这种空气动力学变差了，这都是来做相应的检测。它的问题主要还是比较贵，第二个是它的普及度的话做后安装是很大的。
另外的话就是我们叶片应力应变的检测，应力应变主要是检测法和灵敏度相对较低。这在我们这里已经使用了，但是做一个可预装型的检测测试，不仅能够检测叶片故障，还能优化我们电场策略等等。但是它有一个问题对于我们现有技术的话，很难使用这个方式。以及我们说后装的话，对装叶片叶根处和叶片本身缺陷的对应是一个缺少的。
我们踏破铁鞋无觅处，我们发现这个发展速度非常快。然后本身叶片在运行的检测中间，主要属于高空的问题，无人机能够高空问题。在无人机叶片巡检这边，我们大概总结了这么三个特点一个是分布式，另外就是立体的观测对于我们的成像检测非常高，立体的话就是我们叶片分成四个面。包括它的迎风面、对风面，压力面和吸力面，包括它的前沿和后沿，这个表面都有损伤。砂眼也好，都要去做观测的，其次就是对成像精度，实际上它所产生的裂纹的大小也好，砂眼的大小也好都是非常小的。前期故障你分辨，初期我们也认为不重要。但是后来对一些叶片厂商也好，对主机厂交流也好，我们的故障跟大小相关，还跟位置相关。位置发生的地方不一样，它产生的意义是完全不一样的，我们对主梁旁边细纹有影响的，对这部分故障是影响到你整体最后技术不能有效的支撑。
无人机的一个特点，首先它就是一个360度的覆盖，其次的话就是因为无人机能够有垂直起降，精准悬停，包括起降的速度跟人比起来非常快，所以作业时间非常短，地域适应性强主要体现在我们有些技术是在山间或者丛林中间，对这些地域到达的话，实际上无人机有很好的一个优势。包括它的劳动强度削，还有能够做影像资料留存，现在面临最大的问题是数据的问题。包括运行的数据也好，包括你的检测数据也好，整个大部件的实时的数据都有，有没有这个数据，包括运检都是有缺陷的，当然无人机现在的一个缺点主要还是由于单体设备比较昂贵，我们现场运检人员的话整体的水平不是特别高。但是也有很多能力很强存在，但是对于无人机来说，我们现在给每个风电场配备一个水平高的，实际上是很现实的。所以单体价格昂贵的话，我们技术可用性就要大大折扣了。其次的话就是本身对成像精度要求高，所以整个无人机技术还是要求高的。
其次就是在整个拍完叶片视频或者影响之后，我们做相应的分析，实际上需要相应的对整个叶片或者熟悉的人或者专家做分析，需要权威性的。的
这是我们目前运行检测技术手段的一个对比，我们实际上可以看出来无人机加上相应的检测，实际上我们都保证叶片故障范围。我们现在对整个无人机的需求大概从这么一个页面，从整个无人机本身来说的话，我们现在就是四轴到八轴，这是风况和运转的一个情况。我们建议选择相应的比较强的做四轴到八轴的情况，定位的话是GPS和北斗。由于这个技术推出之后，这个技术的价格在迅速下降。所以说在之后能够用到对现场无人机检测的密度达到厘米级，对它的一个检测安全性也好，对它的精确性也好会有很大的提升。有效载荷在5公斤，我们现在30分钟能够检测完整个机组。这样的话不至于说在检测运载机中间还需要更换电池，效率就会提升。还有相应的双冗余的设计，包括抗风性。抗风性最好到3米，平均风速都在七八米。你的窗口期会很少，你找不到太好的时间去检测。
温差的话我们也是鉴于80左右，还是需要有防淋雨的功能。如果你突然出现下雨，我们有一次碰到大雪。如果你没有防护性能，对电机造成损伤，无人机就会造成失效。然后就是避碍，对无人机的考量。阵风也好，或者是我们相应的一些检测过程中间对机组比较近的情况下，对我们有一个可以保障。
其次是云台，云台我们对页面上大部分的云台做了测试，现在我们感觉是有变焦能力，没有变焦，我们变焦镜头可能一亿的像速也解决不了你的问题，因为它不是像素的问题，是变焦的问题。角度抖动量，我们在变焦的情况下是可用的，如果你抖动太大的话，高度变焦也没有用，因为东西是模糊的，或者分辨率不高。然后一个测距的功能，测距的功能为了满足我们之后校正，我们主要是关注三个点。一个就是位置，一个是形状，一个是大小。实际上我们通过检测要达到这三个特点的确定，你要确定它在什么地方，知道它多大，对它的形状是什么样子，对它叶片之后的是很重要的事情。测距是能够定位我们的位置，给了一个大概的数据，可以参考一下。
我们巡检流程的话，主要是确定相应的巡检计划，然后去看相应的天气和空域的管理情况，其次我们要有人员去现场做部署，我们要把相应的起飞的准备要做好。因为现场有相应的检测和管控越来越严格的话，对于各种知识的要求也必须要做提前的部署，方便你做后期的检测，以及现场的影像确认，现场影像确认对我们现在来讲是比较重要的事情。因为现在我们无人机巡检还是有一段距离，所以说我们对影像确认的话，方便我们做之后的补拍，或者是相应的故障，你需要再次确认。最后要做我们的巡检报告，我们一般现场是要配备两名人员，一名叫主控飞行手，一名是云台保护的一个人员。大家可以看图片，主要是三个叶片，这三个叶片就是单独来做四面的拍摄。包括它的前沿、后沿、吸力面和压力面。
这个是我们的，大家可以通过这个图片对叶面的定义，包括前沿、后沿然后我们的顺序是ABC三个叶面，分级来做。包括我们中间巡检流程分成三个方面，我们的测试包括拍摄的精度优劣性是39度是最好的，但是这次检测是最佳的位置。对这个光照调整调到最佳，这样的话能够保证后续的分析不会有相应的漏洞。因为如果说大家可以看这张图，我们会把页面放到这个位置。2和3叶片两个朝下的表面拍摄起来会有问题，因为它从曝光性、采光量也好，那一块是需要做补拍的。这两个叶片需要做相应的补拍，这是我们现在企标，对叶片缺陷分类级别是这么定义的，分成五个级别。主要是对它损伤的一个程度，包括它的一个面积来做一个界定，然后也有效应的说我们检测出来的页面故障对我们后续的一些措施。
下面是我们的几个案例的分享。这是我们所能够拍摄到的清晰度，能够分析到叶片具体定量的一个观测。这个我们下面会有VCR具体来讲这个事情怎么来做，对。
（视频）
这也是我们和相应的合作伙伴来一块做的事情，之后总结的话就是我们在无人机叶片这方面应用的话，我们叶片故障是可以从观测表面来发现的，其次叶片内胺检查能够满足这个需求。其次这个还是有一个成本的下降，最后我们现在无人机领域也是有很多的厂商参与进来，所以技术迭代是非常快的。之后的一些发展趋势，我们这边也是在尝试着做一些趋势，一个是无人机的叶片巡检的自动化。其次就是视频和图片的识别，最后的话就是关于叶片的资产运维管理系统和寿命预测，基于我们检测数据预测的一个技术方案在进行当中，我的分享就到这里，谢谢大家。
（发言为能见App根据速记整理，未经本人审核）
