摘要：
风机桨叶日常巡检是生产经营过程中的一项必不可少工作，诊断出风机桨叶是否存在缺陷以及存在缺陷的位置和大小，对风机桨叶健康状况进行评估，判断风机桨叶是否可以进行修复，是风电检修维护日常管理过程中重要的一个环节。传统的风机桨叶巡检方式存在效率低、正确率低的缺陷。本人设计并实现了代替人工的地空协同巡检方式，由车载巡检系统与无人机巡检系统相互配合，实现了高自动化、高准确性的风机桨叶巡检方式。
关键词：
风机桨叶；协同巡检；自动化
0引言
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍[1]。中国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10×108kW，目前中国也大量的修建风电厂，这给风电厂的运行维护带来了极大的困难，风机桨叶日常巡检是生产经营过程中的一项必不可少工作，诊断出风机桨叶是否存在缺陷，以及存在缺陷的位置和大小，对风机桨叶健康状况进行评估，判断风机桨叶是否可以进行修复，是风电检修维护日常管理过程中重要的一个环节。传统的风机桨叶巡检方式主要依靠巡检人员利用望远镜、蜘蛛人、吊篮、回形平台等方式进行观察[2]，并凭借经验判断是否存在异常情况，存在以下主要问题：1）效率低：吊篮、回形平台等方式工作量大、操作时间较长、检修人员工作量大。2）精度低：受人工观测角度和观测距离影响，不能全面及时地发现叶片问题，无法实现精细化巡检。3）检修环境恶劣：如冬季雨雪天气下，桨叶观测需要车外进行，难度增大，不利于检修工作顺利开展。4）影响风机利用率：需要在风机停运状态下进行，减少了发电时间，带来发电量损失，不利于提高风机的利用率。5）管理模式粗放：人工巡检记录以笔录的方式进行，手段落后、信息化程度低。6）存在安全隐患：巡检过程中缺少人员定位信息，安全管理欠缺。文章设计并实现的地空协同桨叶巡检系统由地空协同方式进行，风机桨叶巡检来替代人工巡检，可安全、高效、准确地完成巡检任务，20min便可对风机桨叶进行整体与细节的全面检查，拍摄图像信息与影像信息均可存储，为桨叶全寿命的跟踪机制提供宝贵数据。本系统分为两部分，车载巡检部分为车顶安装高清摄像头实现桨叶的初步粗略巡检，无人机巡检部分为桨叶巡检提供更细致的巡检图像信息。
1车载巡检系统
系统硬件部分主要由检测系统以及辅助系统构成。检测系统主要分为云台系统、图像采集系统以及两者之间的通信系统；辅助系统由供电系统、支架系统以及显示系统构成，如图1所示。云台系统主要实现摄像仪在不同位置时，可以快速对准桨叶；图像采集系统能够实现在风机不停机的情况下获得桨叶的高清图片；通信系统负责将拍摄到的桨叶图片传输回服务器进行故障分析。
1.1手持终端介绍
采用PC平板二合一作为手持终端，12.2英寸显示器、四核1.83GHzIntelAtomx5Z8300CPU、64GB存储、1920x1200分辨率、电容屏、windows10操作系统、WiFi/GPS/3G通话。基于该终端，能够在车内对摄像头操作，进行图像采集，巡检人员完成工作后可随时、随地及时地将数据上传，满足了巡检系统对巡检结果实时性的要求；可以及时了解员工在巡检路线中的具体位置，建立一个移动化的智能巡检系统和人员定位系统，实现风电场设备巡检信息的数字化管理。
2无人机巡检系统
采用PIXHAWK作为飞行控制器，它是世界上最出名的开源飞控的硬件厂商3DR推出的飞控系统。PIXHAWK是一个双处理器的飞行控制器，一个擅长于强大运算的32bitSTM32F427CortexM4核心168MHz/256KBRAM/2MBFlash处理器，还有一个主要定位于工业用途的协处理器32bitSTM32F103，它的特点就是安全、稳定。主处理器死机了，协处理器来保障安全。PIXHAWK的PCB板是没有地线层和电源层的6层板[3]PCB板布线概况如图5所示。PIXHAWK以NUTTX为操作系统、uORB为进程间通信机制、MAVlink为与地面站通信协议。
2.1无人机桨叶自动巡检设计
无人机搭载RTK定位模块，实现高精度厘米级定位，无人机可在地面站一键起飞飞到指定高度，飞机搭建激光测距模块帮助巡检人员定位到风机机头的距离，地面站可开启自动巡检的功能，飞控提前上传好航线，航线设定的依据及将风机桨叶旋转面视为正方形，将正方形划分为几个小的正方形如图7所示。以每个正方形中心作为航点，无人机将在每个航点悬停3s，拍摄高清照片并传回地面站保存，供巡检人员分析。
3总结
本文设计并实现的风机桨叶巡检系统代替人工巡检方式，节省人力的同时提高了风机桨叶巡检的安全性、可靠性和准确性。
参考文献：
[1]卢为平.风力发电基础[M].北京：化学工业出版社，2011.
[2]张志英.风能与风力发电技术[M].北京：化学工业出版社，2010.
[3]基于Pixhawk飞控板的六旋翼飞行器自适应动态逆控制技术研究[J].2016.[1]
作者:桑海洋 单位:大唐(赤峰)新能源有限公司