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机器视觉“提升运维效率——中广核新能源无人机风光线巡检及一体化管理平台应用.pdf

编号：138089

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机器视觉“提升运维效率——中广核新能源无人机风光线巡检及一体化管理平台应用.pdf

1、1中国广核集团有限公司China General Nuclear Power Corporation中广核新能源无人机风光线巡检及一体化管理平台应用2目录/Contents020304风光线业态巡检及管理平台介绍技术路线应用情况01背景描述301背景描述41.1 概况-行业现状巡检难度大巡视盲区安全隐患设备老旧场站装机容量越来越大，大多所在地区偏远，场站所处环境恶劣，场站巡检和运维难度越来越大传统的运维手段单一，依赖人员的责任心和经验判断，人工巡检效率低，存在巡视盲区；设备服役时间长，老化、损耗严重，无法精确掌握设备存在问题，迫切需要新的检测方法。风机、线路人工巡检需高空作业，存在安全隐患，

2、且人工和机械的成本高。随着我国3060双碳目标的重大决策，新能源事业的发展机遇空前利好，电力系统的形态将发生革命性变革，管理、技术、人才面临的挑战前所未有！在新能源发展的快速车道上，仍存在以下运维难点问题：5设备巡检也由人巡时代和机巡时代快速步入至智能精细化巡时代，解决了人工巡检带来的巡检工作人员人身安全隐患等重大问题。6人工巡检存在操作风险缺少拍摄要求及规范光伏巡检视觉重复高度相似风机巡检难以精准分类工作量大，时效性差损害眼睛、影响视力数据分散、难以统计无法关联台账数据702风光线业态巡检及管理平台介绍82.1 风光线业态巡检采用无人机+机器视觉+图像识别+边缘计算技术，实现自动探测组件由灰

3、尘、污垢、遮挡、鸟粪、隐裂等异常情况引起的热斑。智能终端精准导航故障位置，复核消缺。采用无人机+机器视觉+边缘计算，利用AI图像识别技术为风机叶片巡检提供了一种高效的解决方案，实现风机叶片100%全自动巡检，高清晰、完整照片的采集、AI自动识别故障。使用无人机搭载激光雷达、可见光、红外等外挂云台对高压输电线路进行周期性快速巡检，形成可用于包含当前工况与指定工况条件下缺陷位置的线路缺陷数字化巡检报告。光伏巡检1风机巡检2线路巡检3 随着无人机的技术升级和应用普及，加上云计算、边缘计算、图像识别等大数据业务的发展，光伏、风机、线路的传统巡检方式迎来了一场技术大变革！根据不同巡检对象，无人机挂载不同

4、功能的云台进行巡检，利用无人机一体化管理平台进行数据处理、形成报告和缺陷闭环管理，中广核新能源的运维工作正在变得“精准、高效、安全”！92.2 无人机及管理平台介绍新能源无人机管理平台：通过无人机、手持热成像仪和手持终端等智能采集设备进行采集数据，基于领先的人工智能算法，通过云计算和边缘计算技术，为光伏、风机、线路等运维场景提供高效、精准的大数据分析以及业务数字化、可视化于一体的整体解决方案。适用场景：适用于光伏、风机、线路的巡检，满足新能源场站在开发、建设、运维、交易等全寿命周期管理：n 开发阶段：规划选址、地形测绘n 建设阶段：监理功能、缺陷清单、容量统计n 运维阶段：精细化巡检、巡检报告

5、、巡检分离n 资产交易阶段：技术尽调、资产评估。无人机替代传统人工巡检，优势明显：u 可提升运维效率！u 可消除巡检盲区！u 可降低人员安全风险！102.3 无人机管理平台功能介绍新能源无人机管理平台，可以实现12项管理功能：n 电站管理：场站简介、主要设备信息n 飞行管理：航线规划、线塔航线、空域管理n 远程巡检管理：远程控制飞机开展巡检工作n 巡检计划管理：可编制年度、季度、月度巡检计划n 数据处理管理：进展分析、统计、汇总n 巡检结果管理：生成、发布巡检报告，缺陷详细查看n 复核消缺管理：缺陷消除后进行闭环操作n 设备管理：无人机、智能终端的管理n 数据分析管理：缺陷分析、综合分析、运维

6、成效分析、消缺排名、报告对比分析等n 用户管理：用户信息管理、组织构架管理n 权限管理：分为总部、分公司、场站三级权限管理场站简介及主要设备信息全景图显示及航线规划11远程直播功能，控制无人机远程巡检巡检计划制定巡检报告查询光伏巡检结果人工审核风机巡检结果人工审核架空线路巡检结果人工审核2.3 无人机管理平台功能介绍12缺陷闭环，人工录入无人机及手持终端管理信息录入总部、分公司、场站三级组织构架创建角色的权限创建缺陷消缺情况统计汇总缺陷分类及数据统计2.3 无人机管理平台功能介绍1303技术路线143.1 技术路线-移动终端介绍大疆M300 RTK：作为首款具备六向定位避障与可视化飞行辅助界

7、面的无人机，满足IP45防护等级，抗风等级7级，支持55分钟超长续航和最远15公里图传距离，可同时支持3个有效负载，此外它无需关机便可快速更换电池，搭配快充充电箱能够不间断作业，配合高级双控模式，是当前公认的最强大的行业级应用无人机。n 禅思H20T-四传感器混合云台：具备变焦、广角、热红外、激光测距的功能。n D-RTK2移动基站：保障无人机的定位精度达到0.1m。n 手持终端：可巡检结果进行精准定位、复核消缺作业，可实现与无人机一体化管理平台的双向数据同步。用户登录查看任务分派任务接收任务定位导航消缺反馈153.2 技术路线-巡检流程巡检流程：分为六个步骤：全景制图和航线规划：采集光伏电站

8、全范围全景图，依据巡检的技术要求指标和无人机载荷的特性自动生成对应的最优巡检航线。无人机巡检：在飞行过程中，无人机通过搭载的可见光+热成像相机对光伏场站进行巡检。AI数据分析：利用AI图像识别算法，对采集到的图像进行处理分析，获得缺陷信息及相应的缺陷位置。故障报告生成：通过对缺陷进行分类统计，从多个维度进行大数据管理与分析，输出多种格式的检测报告，对光伏面板缺陷的共性问题提出建议，为日常运维打好“预防针”。故障导航：对不同的异常缺陷类型提出相应的处理建议并定位，将缺陷报告同步至智能终端平台，帮助运维人员快速准确查找组件。消缺复核：系统具备工单派发功能，缺陷信息可同步至智能终端平台，现场复核消缺

9、任务上报（可将现场处理图片、文本信息上传，消缺状态更改等），形成完整的故障处理记录。全景制图和航线规划1无人机巡检2AI数据分析3故障报告生成4故障导航5消缺复核6163.3 光伏巡检 AI故障识别系统：不仅能发现光伏组件/组串缺陷，还能分析引发缺陷的原因（表面破损、草木遮挡、灰尘遮挡等），并对各缺陷进行分级：u一般故障：热斑温差低于20、对发电量影响较小的故障u严重故障：热斑温差超过20；表面破损等不可逆故障；二极管故障、组串开路等对发电量影响较大的故障u危急故障：组串短路等可能引发严重安全生产隐患的故障精准的故障判断、合理的缺陷分级，为电站运维人员消缺的优先级提供了判断依据，辅助电站管理

10、人员做出最优的运维决策。创新点：位置与运行编号统一，故障位置精确到光伏组串编号，例如#05-8H-12C支路。方便现场快速定位、开展检修，避免多次复核支路位置。可实现与“一机一档”等系统对接，建立基于全生命周期的发电设备的运行档案。173.4 风机巡检通过人工智能算法精准识别各种叶片缺陷，可识别1-3mm缺陷。依据JB/T 10194-2000 风力发电机组风轮叶片，GB/T 25383-2010 风力发电机组风轮叶片来进行判断检查，具体缺陷等级划分为一级至五级，其中一级和二级需观察及记录，三级缺陷需要短期修复，四级和五级缺陷需要立即停机检查。18可见光及红外巡检无人机搭载H20T红外云台，

11、在线路按预设路径飞行，采用正射影像或倾斜摄影的方式，采集线路通道内的图像信息，主要用于发现线路塔身、金具、导线等各类缺陷问题，包括接触不良导致的发热。无人机搭载激光雷达L1，实现精确的净空排查，准确获取架空线路周围所有障碍物的位置信息，有效、精确判断出树线距离、交跨距离、通道环境等技术难题。雷达树障巡检点云数据处理：基于原始数据的杆塔位置快速进行标定与切档，内嵌深度学习算法，采用条件式分类算法对地面点、建筑物和噪声点进行自动分类，交互编辑工具可对自动分类结果进行人工精细修改。杆塔航线规划：基于高精度三维点云数据，依据特定的拍摄规则（部位+顺序+视角+安全约束），以高效的空间几何算法为支撑，为架

12、空线路自动生成路径规划。3.5 线路巡检无人机线路巡检，可分为激光雷达树障巡检、可见光及红外巡检两个方面，对应重点为点云数据处理和杆塔航线规划。193.6 效率提升对比巡检方巡检方案案巡检周期对比巡检周期对比（天）（天）人工费用对比人工费用对比（万元）（万元）电量损失对比电量损失对比（万度电）（万度电）特点特点传传统统人人工工无无人人机机提提升升效效率率传统传统人工人工无无人人机机降降低低人人工工传传统统人人工工无无人人机机减减少少电电量量传统人工传统人工无人机无人机光伏巡检90330倍90.38.7000工作时间为9点至15点，中午效果最好，但人需要吃饭休息，巡检效率低下，且穿梭于植被存在安

13、全风险可以较好弥补中午连续巡检，飞手作业环境好，效率风机巡检4559倍4.50.5410010需要手动停机，登塔巡检，严重时需要用到吊车、吊篮作业一键起飞，无需停机，20min一台风机线路巡检1553倍1.50.515000500线路人工巡检需停电，涉及周期较长。穿越崇山峻岭，作业环境恶劣，安全风险较高。可以精确巡检铁塔各类缺陷及树障问题备注：1、每人每天按500元计算（含差旅食宿，估算值比实际偏低），两人为一组。2、风机叶片人工巡检分为高倍望远镜、高倍照相机、登塔巡检、吊篮巡检，效率不高，有死角且不精准。3、线路人工巡检需停电，涉及周期较长，现场一般无法做到将线路停电逐台登塔进行精细化巡检，

14、而无人机可以做到带电进行巡检，且巡检质量更加精细。光伏巡检：以100MW光伏电站为例，传统两人巡检需2个月，无人机巡检仅需3天；效率提升20倍，节约人工成本8.7万元！风机巡检：以100MW风电场（50台2MW风机）为例，传统两人巡检需45天，无人机巡检5天；效率提升9倍，节约人工成本4万元！线路巡检：以40公里架空线路(40基）为例，传统两人登塔精细化巡检15天，无人机巡检5天，效率提升3倍，节约人工成本0.8万元！停电的损失电量可能高达500万（售电金额208万元）。无人机比人工巡检更加精细，巡检报告更加权威，每排查的一个重要隐患，相当于规避了将来的一起跳闸事故，每一次跳闸事故造成的直接经

15、济损失和电量损失无疑是很大的，在此不做统计。相比传统的人工巡检方式，无人机在风光线巡检方面优势明显，主要体现在：巡检更高效、巡检更全面、巡检更安全、巡检更经济。2004应用情况214.1 无人机光伏巡检一、组件清洁度问题一、组件清洁度问题二、组件遮挡问题二、组件遮挡问题三、组件内部问题三、组件内部问题四、破损及开路问题四、破损及开路问题主要表现：表面污迹、边缘集尘而导致电池片局部发热，占比45.5%。原因分析：边缘集尘主要是组件表面清洗不彻底，表面污迹主要原因为鸟类活动频繁，鸟粪附着在上排组件上。改进措施：规范清洗步骤，优化清洗效果，强化组件清洗验收；增设驱鸟绳、驱鸟器，减少鸟类在组件上沿的停

16、留活动，必要时增加清扫机器人。主要表现：草木遮挡、线缆杆遮挡等缺陷，占比 27.7%。原因分析：春夏季草木生长较快，每月生长高度达到60cm以上；电站建设初期，存在电线杆、通讯线等固有设施，包括场区外部高大乔木，形成永久遮挡。改进措施：应增加每月流动除草的频率，草木茂盛的部位进行重点关注。在工程建设阶段，应合理优化组件布局，做好原有线缆的改迁工作，避免形成遮挡。主要表现：二极管故障、组件内部缺陷等，占比25.9%。原因分析：生产过程中二极管、电池片栅线等位置焊接存在瑕疵，运行过程中发热导致脱焊现象，或组件接地线缺失而接地不良，受雷电影响造成组件二极管击穿。改进措施：严格设备监造质量把控。无人机

17、巡检的缺陷需组件厂家到场排查、分析，倒逼厂家技术升级和革新。冗余设计组件与檩条的接地线，加强安装工艺，整治高发区域的接地问题。主要表现：组件表面玻璃破损、组串支路开路、短路等缺陷，占比 0.9%。原因分析：组件表面玻璃运行期间可能出现自爆现象，或者受外力而破裂。汇流箱保险选型不当造成频繁熔断，或MC4插头制作工艺不良或混插，造成插头处熔断开路。改进措施：加强巡检，及时发现并更换破损组件。强化MC4插头的制作工艺，必须使用专用工具压接，端帽需拧紧，插头避免积水受潮。光伏精细化巡检光伏精细化巡检：截止去年底，湖北区域巡检队自主飞行符庄、肖刘、七方、郧县、万店、大畈等六座光伏电站，累计巡检光伏组件3

18、32万块，总容量1120MW，主要分为以下四种类型：22 2-开路故障（紧急缺陷）3-组件表面破损（紧急缺陷）4-组件异位掉落（紧急缺陷）5-二极管故障（严重缺陷）6-草木遮挡（严重缺陷）7-组件内部缺陷（严重缺陷）8-固定设施遮挡（严重缺陷）9-表面污迹（一般缺陷）10-边缘积尘（一般缺陷）1-组串短路故障（紧急缺陷）4.1 无人机光伏巡检234.2 风机巡检风机精细化巡检：利用M300无人机对区域16个风电场风机叶片精细化巡检508台。其中，胶衣脱落、掉漆、保护膜破损占比48.9%，纤维层破损、胶衣裂纹占比3.2%，前缘腐蚀占比43.6%，叶片遭雷击、开裂占比4.3%。244.3 线路巡检

19、线路精细化巡检：截止去年年底，完成区域25回35kV集电线路（共计643级杆塔）无人机精细化巡检，发现导线散股、塔材螺栓缺失和松动、销钉安装不规范、鸟窝、塔身异物、锈蚀等一般缺陷，支撑绝缘子，悬垂线夹安装不规范，插销或螺母缺失等严重缺陷，主受力金具缺失、放电灼烧等危及缺陷。场站名称集电线路杆塔数量五岳山风电场出线4、5、764擂鼓台风电场出线2、3、5、651仙舞山风电场出线1、228宣化风电场出线1、6、7212敖家山风电场出线1、2、385大坡顶风电场出线1、2、3、496华湖风电场出线1、248大幕山风电场送出线路20肖刘光伏电站出线1、291朝阳山送出线路2125无人机M300搭载雷达

20、L1云台，对大悟片区110kV送出线路、35kV架空线路进行激光雷达扫描、点云图像处理分析，发现树障距离导线净空距离小于0.5m的有21处，0.5m-1m有18处，1m-2m有46处，立即组织外包维护单位人员进行线路廊道清理工作。巡检报告的数据权威性：外包维护单位起初是抵触的，但在树障巡检报告中直观、准确描述了树冠与导线的距离，在数据分析面前，维护单位方最终按要求清理了导线下及两侧廊道的树障。无人机应用为曾经繁杂的运维工作提供了精准、高效、有力的数据支撑。4.3 线路巡检264.4 应用优化光伏组件缺陷分级优化需求分析：自区域巡检队开展光伏场站无人机精细化巡检以来，区域6个光伏场站累计识别缺陷

21、68865处，缺陷类别涵盖10余个类别。如此庞大的缺陷数量，给区域光伏场站运维、消缺带来了严峻的挑战。光伏组件缺陷急需一套缺陷分级系统，针对不同等级的缺陷开展计划性消缺。解决思路：区域巡检队参照公司运维事业部指导文件编制出湖北分公司光伏组件缺陷分级标准。现根据光伏组件的特性以及场站实际情况，考量生产、安全等方面的因素考虑，不断优化调整缺陷分级。同时，专人负责对接无人机一体化平台供应商调整优化分级算法。风机巡检无人机外挂算力装置需求分析：在对风机叶片无人机自动化巡检过程中，现阶段虽然可以完成自动化巡检，但是图片的质量受当前的天气、采集的参数影响，导致巡检数据图片质量存在差异，图片质量的好坏会影响

22、到缺陷的分析，如缺陷的深度和长度等缺陷判定。另外加上测量的风机参数和经纬度、无人机的位置在巡检中都存在误差，因此在巡检过程中需要不断调整无人机云台，来保证叶片基本在画面中心。解决思路：无人机加装机载计算装置，为无人机添加额外的算力单元，针对当前的天气、光照等因素，通过智能算法自动获取最优的拍摄参数，根据风机模型识别定位叶片自动调整云台使其对焦。提升叶片巡检的自动化程度和拍摄的风机图片的质量、提高缺陷识别的准确率和更加标准化的作业，减少了飞手主动干预巡检频次。27组件全检精准定位到短路、开路、二极管故障、树障、固定设施遮挡等问题组件，下发报告，督促总包方整改闭环，运维人员进行复核督办。征地范围复

23、测核查光伏场区有无超出征地红线范围，对征地范围和面积进行精确复核。统计组串数量及容量统计组件组串数量、组件数量、直流侧容量统计，一目了然，与设计图纸核对不符项，提高工程质量。风机安装验收将风机外观缺陷消除在风机吊装过程中、带电调试前，在吊装完成后，随即开展风机叶片、机舱、塔筒的外观检测杆塔安装验收在杆塔架设完毕后，对架空线路的塔身、金具、导线进行全面巡检，发现问题形成报告，通知总包方进行整改消缺。树障巡检对架空线路进行电力廊道进行测绘，导线下方五米以内不得栽种高大乔木，从带电前进行规避。工程建设特点：工期紧、工作面多，管理人员有限，缺少有效的施工监管手段，主要依靠监理、项目部、生产准备人员的工

24、作经验和责任心，发现的问题不够全面、具体，缺少数据和分析报告，协调施工单位及厂家整改较为困难。无人机巡检特点：无人机在光伏组件、风机、架空线路方面的巡检效率高、出具报告更权威、将过去的人工局部抽检变成全部设备详细巡检，能够很好弥补工程建设过程中被忽视的质量缺陷的问题。将无人机应用推将无人机应用推广到工程建设阶段，广到工程建设阶段，发挥监理功能，提升发挥监理功能，提升工程建设质量和管理工程建设质量和管理水平，确保生产准备水平，确保生产准备工作落到实处。工作落到实处。4.5 工程建设阶段的应用推广28汇报完毕，汇报完毕，谢谢谢谢！中国广核集团有限公司China General Nuclear Power Corporation

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