葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測(cè)
2025-09-26 北京公司
1. 產(chǎn)品概述
近年葉片尺寸越來(lái)越大，更大的掃風(fēng)面積，單機(jī)容量的大幅攀升，有助于度電成本的進(jìn)一步降低，但大葉片的結(jié)構(gòu)非線性與彎扭耦合效應(yīng)、葉片渦激振動(dòng)、呼吸效應(yīng)、高柔塔的整機(jī)復(fù)雜多體動(dòng)力系統(tǒng)等問(wèn)題的耦合，加上制造難度更大、運(yùn)輸?shù)跹b乃至存儲(chǔ)支架損傷等難以避免，導(dǎo)致大葉片在風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行早期暴露出了前所未有的結(jié)構(gòu)損傷、開(kāi)裂等失效問(wèn)題，乃至葉片斷裂，進(jìn)一步引發(fā)風(fēng)機(jī)倒塔等重大經(jīng)濟(jì)安全事故，使得葉片損傷的早期識(shí)別與預(yù)警變得尤為重要。
葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正是為實(shí)現(xiàn)葉片早期損傷智能識(shí)別與嚴(yán)重問(wèn)題提前預(yù)警的產(chǎn)品，其視頻監(jiān)控相機(jī)安裝在葉片內(nèi)腔中，實(shí)時(shí)采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中葉片內(nèi)部的圖像，分析計(jì)算其動(dòng)態(tài)變形，通過(guò)對(duì)圖像的智能分析與損傷/失效樣本學(xué)習(xí)，自動(dòng)提取葉片開(kāi)裂、發(fā)白、裂紋等呈現(xiàn)在葉片內(nèi)表面的損傷，對(duì)視覺(jué)可見(jiàn)的損傷進(jìn)行報(bào)警；同時(shí)通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)呼吸、扭轉(zhuǎn)、揮舞/擺振的彎曲變形模式結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，跟蹤葉片 3 類不同變形的變化趨勢(shì)以對(duì)結(jié)構(gòu)早期損傷和異常進(jìn)行告警，避免葉片發(fā)生重大失效以波及整機(jī)安全。
葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅可動(dòng)態(tài)直觀展示葉片內(nèi)部的狀態(tài)，通過(guò)在集控或升壓站上位機(jī)軟件上展示的葉片內(nèi)部圖像，無(wú)需停機(jī)即可確認(rèn)葉片是否存在損傷，節(jié)省地毯式人工排查的停機(jī)時(shí)間的同時(shí)，也避免因?yàn)槲醇皶r(shí)維修的導(dǎo)致的大修或斷裂風(fēng)險(xiǎn)；還通過(guò)智能算法，實(shí)現(xiàn)葉片內(nèi)部損傷的自動(dòng)診斷和報(bào)警，避免損傷的進(jìn)一步擴(kuò)展導(dǎo)致的葉片大修或更換，將有效降低風(fēng)機(jī)的停機(jī)電量損失，同時(shí)降低葉片大修，更換帶來(lái)的重大經(jīng)濟(jì)損失，避免安全事故的發(fā)生
2. 系統(tǒng)整體簡(jiǎn)介
感知單元：風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)葉片內(nèi)部距離葉根約 30m~40m 無(wú)遮擋范圍的實(shí)時(shí)測(cè)量，視頻監(jiān)控通過(guò)高清無(wú)畸變相機(jī)采集葉片運(yùn)行過(guò)程畫面，輔以自動(dòng)補(bǔ)光功能實(shí)現(xiàn)葉片內(nèi)部陰暗環(huán)境圖像采集，其中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域前、后緣型腔，選用自動(dòng)循航的高精度相機(jī)進(jìn)行掃掠采集；同時(shí)為了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)葉片的動(dòng)態(tài)變形，在葉片前、后緣型腔根據(jù)功能需要部署靶標(biāo)，輔助進(jìn)行呼吸、扭轉(zhuǎn)、彎曲等動(dòng)態(tài)變形的原始視覺(jué)數(shù)據(jù)采集。
采集與分析單元：機(jī)端采集單元部署在輪轂，內(nèi)設(shè)有智能系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)基于工況的條件采集，并自動(dòng)進(jìn)行指定時(shí)長(zhǎng)和間隔的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集，同時(shí)也部署有對(duì)應(yīng)的算法，算法應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，對(duì)圖像進(jìn)行解析，提取葉片內(nèi)腔目標(biāo)位置圖像，識(shí)別損傷，如葉片穿透性開(kāi)裂，葉片裂紋，發(fā)白等；也可進(jìn)一步自動(dòng)計(jì)算目標(biāo)截面靶標(biāo)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變形，用以動(dòng)態(tài)展示葉片在運(yùn)行過(guò)程中的復(fù)雜動(dòng)態(tài)變形；同時(shí)也部署了，損傷識(shí)別算法，基于動(dòng)態(tài)變形趨勢(shì)，對(duì)由于損傷導(dǎo)致彎曲、徑向、扭轉(zhuǎn)等相關(guān)剛度退化影響變形型態(tài)的損傷進(jìn)行識(shí)別和早期預(yù)警。
通訊單元：通過(guò)無(wú)線 AP，將系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的原始視頻數(shù)據(jù)、分析輸出的變形數(shù)據(jù)及預(yù)警診斷數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，從位于輪轂的發(fā)射單元傳遞到位于機(jī)艙的接受單元；借由風(fēng)場(chǎng) III 區(qū)視頻環(huán)網(wǎng)將圖像數(shù)據(jù)和分析結(jié)果發(fā)送到站端服務(wù)器中。
拉個(gè)朗日軟件平臺(tái)：站端或集控的服務(wù)器中部署有軟件平臺(tái)，軟件平臺(tái)支持運(yùn)維人員查看葉片內(nèi)部的視頻動(dòng)態(tài)畫面，同時(shí)軟件平臺(tái)還根據(jù)識(shí)別的損傷和異常變形趨勢(shì)進(jìn)行報(bào)警，支持運(yùn)維人員進(jìn)行檢查/維修/保護(hù)性運(yùn)行或停機(jī)等運(yùn)維決策，避免葉片發(fā)生重大失效乃至斷裂，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行。
其整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。
圖 1 葉片內(nèi)部視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
3.基于圖像的穿透性結(jié)構(gòu)損傷診斷：
2023 年 6 月，通過(guò)葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)某陸上 16X 機(jī)組葉片的穿透性損傷的診斷和告警，避免了葉片損傷的進(jìn)一步擴(kuò)展導(dǎo)致的斷裂。該葉片在后緣迎風(fēng)面芯材靠近后緣梁的區(qū)域發(fā)生橫向裂紋（尺寸約 30mm），并在 58 天后發(fā)展成穿透性裂紋，開(kāi)裂尺寸擴(kuò)大到 1340mm。
圖 2 葉片內(nèi)部穿透性開(kāi)裂識(shí)別
葉片結(jié)構(gòu)損傷通常是一個(gè)累積損傷的過(guò)程，當(dāng)葉片內(nèi)部鋪層發(fā)生分層，纖維開(kāi)裂或脫站等問(wèn)題時(shí)，往往外表面難以察覺(jué)，然而它會(huì)導(dǎo)致葉片結(jié)構(gòu)局部剛度的改變，進(jìn)而導(dǎo)致葉片徑向、展向變形輪廓的變化，因此可以通過(guò)監(jiān)測(cè)葉片變形輪廓異常，有效的識(shí)別葉片結(jié)構(gòu)早期損傷帶來(lái)的剛度變化，進(jìn)而進(jìn)行早期預(yù)警。
以下案例，為用戶提供了一個(gè)基于葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測(cè)和損傷預(yù)警系統(tǒng)，從預(yù)警到損傷確認(rèn)，再到現(xiàn)場(chǎng)檢查和維修以及維修后質(zhì)量確認(rèn)的閉環(huán)過(guò)程。
某風(fēng)場(chǎng) 70m+葉片，在安裝葉片內(nèi)部視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)其中一支葉片擺振方向變形存在一定程度的偏差和異常，通過(guò)升壓站的上位軟件系統(tǒng)查看葉片內(nèi)部視頻圖像，發(fā)現(xiàn)葉 片后緣型腔存在輕微透光，葉片維修人員前往現(xiàn)場(chǎng)檢查并制定維修方案，內(nèi)部視頻系統(tǒng)記錄下了精確的勘察和維修過(guò)程中，同時(shí)維修完成后，系統(tǒng)同步進(jìn)行維修前后變形對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)該葉片剛度得到提升和恢復(fù)，變形回落到正常水平。
圖3基于變形趨勢(shì)異常告警的現(xiàn)場(chǎng)維修及維修質(zhì)量確認(rèn)的閉環(huán)案例