无人机遥感技术在电站锅炉防磨防爆检查中的应用

无人机遥感技术在电站锅炉防磨防爆检查中的应用

姚彦龙

（华电宁夏灵武发电有限公司宁夏回族自治区灵武市750400）

摘要：介绍了无人机的定义及其应用特点。结合发电厂锅炉设备泄漏次数和原因，为彻底检查锅炉“死角”区域，强调无人机在火力发电厂发电锅炉防磨防爆检查中的重要性，提供了一个电厂现场检查的成功案例，证明了该检测方法的可靠性，指出无人机技术在该领域存在的问题，并提出改进的方法和建议。

关键词：无人机遥感技术；火力发电厂；电站锅炉

1无人机遥感技术的定义、组成及其特点

1.1无人机遥感技术

无人机遥感技术为无人驾驶、可利用人力资源进行远程控制的技术，目前主要包括差分GPS定位技术、传感器技术、无人飞行器技术、遥测遥控技术、通信技术等，能够实时快速获取相关空间遥感信息，如火灾、自然环境、地震灾区等，同时对采集到的信息运用相应软件进行离线数据分析、建模、提炼等工作。当下的无人机遥感系统正处于快速发展阶段，世界各国的主流课题都把无人机作为一个平台，在此平台的基础上，开发出不计其数的应用，被广泛用于各行各业的领域，可以相信该技术即将成为未来的现场应用遥感技术之一。

1.2应用特点

无人机系统主要通过无线电遥控设备或计算机程控系统进行操控的无人飞行器。无人机使用成本较低、设备结构简单，不仅能完成有人驾驶飞机执行的任务，更适用于人员无法到达的区域执行的任务，如高度危险区域的火险灾害调查、恶劣天气下的空中救援指挥和季节变化的环境遥感监测。目前常用无人机通常采用空中遥感平台的微型遥感技术，其主要特点是将无人机作为空中载体和平台，利用平台或载体上的传感器通过人为方式进行遥控，获取对人类有用的相关信息。在后台的数据加工、处理过程中，采用大型计算机的特定软件对图像信息进行处理，按照约定的精度和格式制作成图像，并加以保存。按照无人机系统组成和飞行特点，无人机一般可分为固定翼型无人机、无人驾驶直升机两个种类。固定翼型无人机主要通过动力系统和机翼的滑行实现起降和飞行，遥控飞行和程控飞行均容易实现，其抗风能力比较强，类型较多，同时能搭载多种遥感传感器。

1.3遥感传感器

在整个无人机遥感系统中，其中央关键核心部件为遥感传感器，根据执行不同类型的遥感任务和要求，在无人机平台上设置不同类型机载遥感设备，满足相应的要求，如红外扫描仪，激光扫描仪、高分辨率甚至于超高分辨率的CCD数码相机。目前流行使用的遥感传感器都具有重量轻、体积小、分辨率高、存储数据量大、抗干扰能力强等许多有点。

1.4数据后期处理

无人机遥感系统通常采用小型数字相机作为载体遥感设备，该设备存储的文件存在像数较小、影像数量多等一系列问题。针对遥感影像的特点，结合相机定标参数、拍摄（或扫描）时的姿态数据和有关几何模型，对不同的图像进行几何和辐射校正，运用不同的应用软件进行交互式的处理。计算机软件在常规处理照片的同时，还应具备影像自动识别和快速拼接软件的共性，从而实现影像质量、飞行质量的快速检查和数据的快速处理，以满足整套系统实时、快速的技术要求。

2某并网发电厂“四管”爆泄次数统计分析

发电机组正常运行时，锅炉“四管”（过热器管、再热器管、省煤器管、水冷壁管）均处于高温、高压状态，且锅炉内运行环境恶劣，烟气流速大，往往会造成“四管”泄漏而导致机组停机。截至2017年底，某地区共有900MW级超临界、超超临界以上机组6台，600MW机组6台（包括亚临界、超临界和超超临界），300MW级机组（亚临界）16台，燃气轮机机组20台，其他小机组19台，总装机容量约21500MW。涉网电厂“四管”泄漏和承压部件泄漏的数据统计共计37次，其中900MW以上机组发生4次，600MW机组发生７次，300MW以上机组发生10次，125MW机组以下发生16次。某地区并网电厂的“四管”泄漏情况不容乐观，虽然泄漏的原因各式各样，但真正、具体的原因还是锅炉防磨防爆检查不到位，每台电站锅炉的结构形式都存在“死角”，依靠大量的人力、物力并不能够彻底检查到“盲区”。因此，采用无人机遥控技术进行电站锅炉的防磨防爆检查，是全面检查“死角”区域最有效的手段之一。

3电站锅炉防磨防爆检查应用案例

某电厂12号机组为300MW的亚临界发电机组，锅炉运行至今已超过十万小时，锅炉设备中“四管”、受热面管排、集箱等存在较多问题。结合电厂检修周期，检修中采用Elios无人机进行内部防磨防爆检查，与传统的人工搭建脚手架相比提供了更快捷、更高效、更安全的检测方法。

3.1电厂要求

此次电厂对无人机的初次防磨防爆提出的巡检要求为分段锅炉检测，分别对锅炉11层水冷大灶壳顶部、集箱接管、9层省煤器冷灰斗、6层末级再热管、2层炉膛、换热器片五处目标点进行无人机检测，每层每处目标点均开设尺寸为550mm×550mm方的人孔。通常情况下，需要工人通过人孔进入设备内部，需要搭设防坠落安全设施，提供氧表、绳索、手电筒等设备，实现对目标点进行目视检测排查。

3.2解决方案

采用Elios无人机，一名合格飞手搭配一名电厂锅炉监察工程师。通过电厂锅炉监察工程师提供的锅炉内部需要重点检测的目标点，制定最佳飞行路线，由于炉膛内飞行为超视距操作，所以在飞行前对内部环境结构进行详细、全面了解，对可能存在飞进去飞不出来的区域、危害无人机的尖锐零部件进行再次安全确认，同时对无人机蓄电池电量应用进行规划。在调整最佳曝光量后顺利开展检测工作。

3.3检测结果

五处目标检测点仅在2-3h完成无人机目视巡检，全过程仅两人与一台Elios无人机，通过分析采集完的视频文件，能够非常清楚地观察到，目标点的使用状态与炉灰等杂物的堆积。与之前锅炉停休检测相比，无人机巡检大大节省了检测成本，提高了检测效率与安全性。

4存在的问题与建议

（1）无人机续航时间太短。目前按照说明书的规定仅有15-30min，无法满足远距离、长时间的飞行。一旦失去动力，需频繁更换蓄电池。相对而言，亚临界的炉膛高度一般，炉型整体结构与超超临界机组不一样。超临界、超超临界锅炉炉型为塔式结构布置，垂直高度较高，且层层布置，飞行过程中需预估飞行时间，如中断飞行需更换电池，非常困难。（2）电站锅炉“四管”泄漏抢修时，炉膛温度较高。而无人机的飞行环境温度要求低于60℃、摄像头温度要求低于80℃，不能体现出在抢修时无人机巡检漏点的最大优势。建议无人机采用耐高温性能好的钛合金、铝合金等材料。同时，应装配耐高温的工业级专用摄像头，体现出无人机在高温环境下的真正优势。（3）电站锅炉工作环境较差，尤其在炉膛内的烟尘，个别区域的潮湿、闷热、腐蚀等环境。目前，测试过的无人机粉尘防护性能良好。建议加强对无人机密封性能技术在不同环境下（如潮湿、闷热、腐蚀等）更高要求的提升。（4）电站锅炉炉膛燃烧器附近为重点检查区域，由于燃烧器喷嘴与外部空气相通，炉膛为一个巨大的通风体，自然风的风力较强，导致无人机在喷嘴附近无法靠近，或仅能观察整个喷嘴的局部区域。建议可适当对无人机进行加重处理，或针对炉膛喷嘴检查时，可采用专用工装。

参考文献：

[1]牛轶峰，沈林成．无人机系统导论[M]．北京：国防工业出版社，2014．

[2]淳于泯，张珩．无人机的发展现状与展望[J]．飞航导弹，2005（2）：23-27．