風電場數(shù)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(shù)字化電廠運維管理期間，針對風電場運維的現(xiàn)有困難，如人員短缺、環(huán)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(jiān)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(shù)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(fā)揮智能巡檢的最大優(yōu)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(tǒng)，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(nèi)部和機艙外部均屬于巡檢的重要內(nèi)容。第一，機艙內(nèi)部的巡檢。現(xiàn)實工作中，機艙內(nèi)部的巡檢主要包括機械及電氣系統(tǒng)。電氣設備的溫度、使用電流等技術參數(shù)是不容忽視的巡檢內(nèi)容；而機械系統(tǒng)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(nèi)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(shù)據(jù)搭建巡檢大數(shù)據(jù)處理平臺，發(fā)揮先進技術優(yōu)勢，在綜合技術保障下巧妙發(fā)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(tài)，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(shù)發(fā)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(shù)字化管理的整體要求。

2 模塊設計

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊設計是數(shù)字化電廠實現(xiàn)高質(zhì)量運行管理的前提，也是智能巡查技術非常核心的部分。數(shù)據(jù)采集模塊在運行期間，需結合電廠設備的整體狀態(tài)、運行參數(shù)實施有效地監(jiān)控，滿足電廠巡查管理的實際要求?，F(xiàn)實工作中，定期做好數(shù)據(jù)分析及反饋工作，確保巡檢系統(tǒng)的應用質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，智能巡查技術應用中，需要考慮的內(nèi)容較多，其數(shù)據(jù)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(tǒng)也是關鍵，只有確保編程設計質(zhì)量，才能構建巡檢系統(tǒng)的基礎架構。

2.2 數(shù)據(jù)分析模塊

在整個巡檢體系中，數(shù)據(jù)分析模塊位于基礎位置，作為系統(tǒng)的“分析大腦”，數(shù)據(jù)分析主要承擔著數(shù)據(jù)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(huán)境又異常的復雜，所以在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分析模塊的基本性能，為相關工作提供支持；二是優(yōu)化連接節(jié)點，為操控端的數(shù)據(jù)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(xiàn)實應用中，為達到理想化的效果，需要有序安排信息內(nèi)容，同時完成信息內(nèi)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(shù)據(jù)傳輸?shù)钠焚|(zhì)[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(tài)數(shù)據(jù)實施分析，及時掌握異常數(shù)據(jù)，同時進行錯誤內(nèi)容糾錯，為巡檢管理提供保障。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊

在現(xiàn)實應用環(huán)節(jié)中，巡查技術的數(shù)據(jù)通信影響深遠，技術效果極為重要，為保障理想效果的實現(xiàn)，現(xiàn)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(tài)。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(huán)境比較惡劣，藍牙技術并不適用。相比之下，網(wǎng)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(huán)境下均可實現(xiàn)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(wǎng)絡通信無法成為數(shù)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(yōu)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(xiàn)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(zhì)量與效率，提高整體穩(wěn)定性。

2.4 操作管理模塊

Web Services 協(xié)議棧如圖1所示。通過研究發(fā)現(xiàn)，在操作管理模塊體系中，Web Services 協(xié)議棧是重要內(nèi)容，同時也是智能巡檢系統(tǒng)的關鍵所在。

圖1 Web Services 協(xié)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(zhì)量應用中，有一個不容忽視的技術內(nèi)容——遠程控制。該功能的實現(xiàn)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(xiàn)實應用中，部分風電廠所配置的設備，主要是指風力發(fā)電設施在運行過程中多采用跨區(qū)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(qū)域間的信息，實現(xiàn)信息高效利用，在短時間內(nèi)完成區(qū)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(huán)境下，在線故障診斷難以發(fā)揮出優(yōu)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(wǎng)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(tǒng)構件，實際應用中由傳感器發(fā)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(tǒng)參數(shù)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(shù)據(jù)有效分析，保障智能巡查技術的時效性。

3.3 智能監(jiān)測系統(tǒng)搭建

3.3.1 圖像、聲像監(jiān)測系統(tǒng)

風電機組運行環(huán)境特殊，基于關鍵部件的巡檢需求需設置性能穩(wěn)定的監(jiān)測系統(tǒng)，保障機組的運行安全。針對機艙內(nèi)的情況，安裝圖像及聲像監(jiān)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(shù)據(jù)處理[2]。

3.3.2 溫度紅外采集系統(tǒng)

在具體實踐中，需要對重點區(qū)域?qū)嵤┻h程監(jiān)測，一旦監(jiān)測到機械設備溫度異常，或者數(shù)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(fā)生，提高巡檢科學性。

3.3.3 塔筒監(jiān)測系統(tǒng)

結合現(xiàn)有經(jīng)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(jiān)測，現(xiàn)實中要多角度監(jiān)測塔筒運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)不均勻沉降問題，保障風電機組的運行安全。

3.3.4 葉片監(jiān)測系統(tǒng)

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(xiàn)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(guī)避此類危險，現(xiàn)實中需要在葉片上加裝有效的在線監(jiān)測系統(tǒng)，全面評估系統(tǒng)運行風險，應用激光測距傳感器，采集相關核心數(shù)據(jù)，建立三支葉片距離模型，為后續(xù)工作提供保障。并通過分析診斷系統(tǒng)，完成精細化作業(yè)，實時診斷葉片裂紋等情況，保障風電機組平穩(wěn)運行。

3.3.5 無人機巡檢系統(tǒng)

傳統(tǒng)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(tǒng)，以無人機為載體，實現(xiàn)多個模塊無死角監(jiān)測，對顯著隱患實施智能識別。在技術支撐下，實現(xiàn)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(tǒng)優(yōu)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(tài)化巡檢和設備保養(yǎng)中，提高人員的素質(zhì)要求。現(xiàn)實工作中，建設智能巡檢管理的有效平臺，不斷豐富系統(tǒng)內(nèi)容，科學優(yōu)化巡檢路線，梳理巡檢工作流程，提升風電生產(chǎn)效率。實際操作中，智能巡檢管理系統(tǒng)需實現(xiàn)全流程專業(yè)化、數(shù)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(tǒng)布設在重點區(qū)域，如區(qū)域數(shù)據(jù)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(tǒng)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(lián)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(tǒng)設計中，需保障系統(tǒng)的可擴充性，系統(tǒng)的可擴充性是重要指標，不容忽視。例如，在系統(tǒng)軟件設計上，可運用模塊化設計思路，提高系統(tǒng)管理效率，加強對操作系統(tǒng)的監(jiān)管[4]。具體工作中，可構建良好的系統(tǒng)接口，保障數(shù)據(jù)資源調(diào)度的功能，打造信息管理平臺，確保風電廠數(shù)字化管理的資源共享。

3.5 風險預警終端設置

風力發(fā)電設備結構自身具有復雜性的特點，再加上運行環(huán)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(guī)避故障問題擴散，為風電機組的運行提供良好環(huán)境?；诖耍悄苎矙z技術應用期間，要結合現(xiàn)實需求不斷優(yōu)化風險預警終端設計，借助數(shù)據(jù)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(shù)字電廠發(fā)展轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)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(yōu)化，完善功能模塊設計，通過智能監(jiān)測和管理平臺的搭建，為風電廠數(shù)字化管理轉(zhuǎn)型夯實基礎。