葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測
2025-09-26 北京公司
1. 產(chǎn)品概述
近年葉片尺寸越來越大,更大的掃風(fēng)面積,單機容量的大幅攀升,有助于度電成本的進一步降低,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、呼吸效應(yīng)、高柔塔的整機復(fù)雜多體動力系統(tǒng)等問題的耦合,加上制造難度更大、運輸?shù)跹b乃至存儲支架損傷等難以避免,導(dǎo)致大葉片在風(fēng)場運行早期暴露出了前所未有的結(jié)構(gòu)損傷、開裂等失效問題,乃至葉片斷裂,進一步引發(fā)風(fēng)機倒塔等重大經(jīng)濟安全事故,使得葉片損傷的早期識別與預(yù)警變得尤為重要。
葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測系統(tǒng)正是為實現(xiàn)葉片早期損傷智能識別與嚴(yán)重問題提前預(yù)警的產(chǎn)品,其視頻監(jiān)控相機安裝在葉片內(nèi)腔中,實時采集風(fēng)力發(fā)電機組運行過程中葉片內(nèi)部的圖像,分析計算其動態(tài)變形,通過對圖像的智能分析與損傷/失效樣本學(xué)習(xí),自動提取葉片開裂、發(fā)白、裂紋等呈現(xiàn)在葉片內(nèi)表面的損傷,對視覺可見的損傷進行報警;同時通過動態(tài)監(jiān)測呼吸、扭轉(zhuǎn)、揮舞/擺振的彎曲變形模式結(jié)合機器學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù),跟蹤葉片 3 類不同變形的變化趨勢以對結(jié)構(gòu)早期損傷和異常進行告警,避免葉片發(fā)生重大失效以波及整機安全。
葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測系統(tǒng)不僅可動態(tài)直觀展示葉片內(nèi)部的狀態(tài),通過在集控或升壓站上位機軟件上展示的葉片內(nèi)部圖像,無需停機即可確認(rèn)葉片是否存在損傷,節(jié)省地毯式人工排查的停機時間的同時,也避免因為未及時維修的導(dǎo)致的大修或斷裂風(fēng)險;還通過智能算法,實現(xiàn)葉片內(nèi)部損傷的自動診斷和報警,避免損傷的進一步擴展導(dǎo)致的葉片大修或更換,將有效降低風(fēng)機的停機電量損失,同時降低葉片大修,更換帶來的重大經(jīng)濟損失,避免安全事故的發(fā)生
2. 系統(tǒng)整體簡介
感知單元:風(fēng)機葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)葉片內(nèi)部距離葉根約 30m~40m 無遮擋范圍的實時測量,視頻監(jiān)控通過高清無畸變相機采集葉片運行過程畫面,輔以自動補光功能實現(xiàn)葉片內(nèi)部陰暗環(huán)境圖像采集,其中重點監(jiān)測區(qū)域前、后緣型腔,選用自動循航的高精度相機進行掃掠采集;同時為了動態(tài)監(jiān)測葉片的動態(tài)變形,在葉片前、后緣型腔根據(jù)功能需要部署靶標(biāo),輔助進行呼吸、扭轉(zhuǎn)、彎曲等動態(tài)變形的原始視覺數(shù)據(jù)采集。
采集與分析單元:機端采集單元部署在輪轂,內(nèi)設(shè)有智能系統(tǒng),可實現(xiàn)基于工況的條件采集,并自動進行指定時長和間隔的數(shù)據(jù)動態(tài)采集,同時也部署有對應(yīng)的算法,算法應(yīng)用計算機視覺技術(shù),對圖像進行解析,提取葉片內(nèi)腔目標(biāo)位置圖像,識別損傷,如葉片穿透性開裂,葉片裂紋,發(fā)白等;也可進一步自動計算目標(biāo)截面靶標(biāo)點的動態(tài)變形,用以動態(tài)展示葉片在運行過程中的復(fù)雜動態(tài)變形;同時也部署了,損傷識別算法,基于動態(tài)變形趨勢,對由于損傷導(dǎo)致彎曲、徑向、扭轉(zhuǎn)等相關(guān)剛度退化影響變形型態(tài)的損傷進行識別和早期預(yù)警。
通訊單元:通過無線 AP,將系統(tǒng)監(jiān)測到的原始視頻數(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艙的接受單元;借由風(fēng)場 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。
拉個朗日軟件平臺:站端或集控的服務(wù)器中部署有軟件平臺,軟件平臺支持運維人員查看葉片內(nèi)部的視頻動態(tài)畫面,同時軟件平臺還根據(jù)識別的損傷和異常變形趨勢進行報警,支持運維人員進行檢查/維修/保護性運行或停機等運維決策,避免葉片發(fā)生重大失效乃至斷裂,保障風(fēng)力發(fā)電機組安全運行。
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,通過葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測系統(tǒng)成功實現(xiàn)某陸上 16X 機組葉片的穿透性損傷的診斷和告警,避免了葉片損傷的進一步擴展導(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,開裂尺寸擴大到 1340mm。

圖 2 葉片內(nèi)部穿透性開裂識別
葉片結(jié)構(gòu)損傷通常是一個累積損傷的過程,當(dāng)葉片內(nèi)部鋪層發(fā)生分層,纖維開裂或脫站等問題時,往往外表面難以察覺,然而它會導(dǎo)致葉片結(jié)構(gòu)局部剛度的改變,進而導(dǎo)致葉片徑向、展向變形輪廓的變化,因此可以通過監(jiān)測葉片變形輪廓異常,有效的識別葉片結(jié)構(gòu)早期損傷帶來的剛度變化,進而進行早期預(yù)警。
以下案例,為用戶提供了一個基于葉片內(nèi)部視頻監(jiān)測和損傷預(yù)警系統(tǒng),從預(yù)警到損傷確認(rèn),再到現(xiàn)場檢查和維修以及維修后質(zhì)量確認(rèn)的閉環(huán)過程。
某風(fēng)場 70m+葉片,在安裝葉片內(nèi)部視覺監(jiān)測系統(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程中,同時維修完成后,系統(tǒng)同步進行維修前后變形對比分析,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基于變形趨勢異常告警的現(xiàn)場維修及維修質(zhì)量確認(rèn)的閉環(huán)案例