齊岳山山巔，隨風(fēng)而轉(zhuǎn)的白色風(fēng)機(jī)，在藍(lán)天白云映襯下，定格出一幅幅美麗的畫面。

齊岳山風(fēng)力變電站坐落于利川市齊岳山之巔，是中國南方最大風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，也是全國十大風(fēng)場(chǎng)之一。

今年6月，國內(nèi)首個(gè)高校自主研發(fā)的基于光纖傳感的風(fēng)機(jī)槳葉形變監(jiān)控系統(tǒng)在這里成功試運(yùn)行，標(biāo)志著湖北民族大學(xué)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及先進(jìn)傳感技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在此領(lǐng)域取得重大突破，將為我州建設(shè)“兩山”實(shí)踐創(chuàng)新示范區(qū)作出綠色貢獻(xiàn)。

運(yùn)維技術(shù)，亟需“國產(chǎn)化”

齊岳山平均海拔1700米，即使夏天最熱的時(shí)候，氣溫也僅20℃左右。因其特殊的地形和氣流循環(huán)，形成了一個(gè)內(nèi)陸地區(qū)較大的風(fēng)帶，常年盛行東南風(fēng)。經(jīng)測(cè)試，一年中有3679到5957小時(shí)為風(fēng)力發(fā)電的最佳風(fēng)速，主要參數(shù)均達(dá)到風(fēng)能豐富區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，非常適合建立風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。

既要金山銀山，更要綠水青山。

于2010年陸續(xù)投產(chǎn)的齊岳山風(fēng)電場(chǎng)，是我州第一批投產(chǎn)的風(fēng)電場(chǎng)，源源不斷輸出的清潔能源，為我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)作出了應(yīng)有貢獻(xiàn)。

千百年來，任憑大風(fēng)白白吹過的日子一去不復(fù)返。

然而，轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)機(jī)背后是一串不為人知的數(shù)字：幾百臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)，需要運(yùn)維人員每年塔筒爬高4924米、巡檢線路1000多公里。

數(shù)字背后，辛苦和艱難自不必言說。每年冬天，積雪覆蓋，檢修車輛無法開到風(fēng)機(jī)檢修平臺(tái)，風(fēng)電人只能徒步上山，開車幾分鐘的路程常常要步行一兩個(gè)小時(shí)。夏天，風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)艙中的齒輪箱、發(fā)電機(jī)運(yùn)行，設(shè)備溫度升高，致使密閉的機(jī)艙內(nèi)溫度太高，運(yùn)維人員在機(jī)艙內(nèi)檢修作業(yè)，衣服常常是濕了干，干了又濕。

隨著時(shí)間推移，風(fēng)電設(shè)備長期與高溫、高寒、風(fēng)沙、潮濕、鹽霧等環(huán)境相伴，風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)壽命過半、故障較多，而運(yùn)維人員相對(duì)較少。如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的高效穩(wěn)定運(yùn)行，如何在日常維護(hù)方面降本增效，成為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)新一輪騰飛必須解決的問題。

“我國風(fēng)電起步較晚，相較于風(fēng)電技術(shù)發(fā)達(dá)、風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維成熟的歐美國家，我國風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維還存在一定差距，缺乏系統(tǒng)的、預(yù)見性的設(shè)備管理和運(yùn)維體系。”齊岳山某風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，目前國外已經(jīng)有了比較成熟的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但購買成本太高，相關(guān)技術(shù)“國產(chǎn)化”已成當(dāng)務(wù)之急。

自主研發(fā)，首次投用齊岳山風(fēng)電場(chǎng)

2021年9月，齊岳山某風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)負(fù)責(zé)人輾轉(zhuǎn)得知湖北民族大學(xué)智能科學(xué)與工程學(xué)院所屬的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及先進(jìn)傳感技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行相關(guān)方面研究，隨即與該團(tuán)隊(duì)接洽、磋商并達(dá)成合作協(xié)議，著手研發(fā)基于光纖傳感的風(fēng)機(jī)槳葉形變監(jiān)控系統(tǒng)。

該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人錢楷是安徽人，碩博分別就讀于安徽大學(xué)和上海交通大學(xué)光學(xué)專業(yè)，博士畢業(yè)后赴法國從事博士后研究工作。2014年，錢楷進(jìn)入湖北民族大學(xué)任教，并擔(dān)任智能科學(xué)與工程學(xué)院副院長。

團(tuán)隊(duì)前期承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目基于雙洛倫茲型光纖光柵快慢光的超高靈敏度傳感器研究以及光纖光柵的架空線弧垂及舞動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)等相關(guān)課題，積累了豐富的光纖傳感研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

“作為州內(nèi)高校，助力本地企業(yè)健康發(fā)展責(zé)無旁貸。”承接項(xiàng)目研究任務(wù)以來，錢楷帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)另外3名教師和4名研究生，幾乎整天泡在實(shí)驗(yàn)室，獨(dú)立完成了傳感器設(shè)計(jì)、光路搭建、解調(diào)電路設(shè)計(jì)制作及大數(shù)據(jù)平臺(tái)開發(fā)等工作。實(shí)驗(yàn)中，每一步進(jìn)展都需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做支撐，每一個(gè)細(xì)節(jié)都需要不斷地調(diào)試和完善。

今年3月，團(tuán)隊(duì)自行設(shè)計(jì)、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的傳感系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)測(cè)試，并在齊岳山風(fēng)電場(chǎng)102號(hào)風(fēng)機(jī)安裝調(diào)試。

“我們共安裝調(diào)試了12次。安裝階段，在葉片里面一待就是一整天，有時(shí)候晚上才下來。”錢楷打趣道，每次進(jìn)去調(diào)試就像是經(jīng)歷了一次季節(jié)更替。

經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，今年6月，傳感系統(tǒng)克服嚴(yán)寒、高溫、強(qiáng)電磁干擾等惡劣工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作。截至目前，系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行近100天。

錢楷介紹，基于光纖傳感的風(fēng)機(jī)槳葉形變監(jiān)控系統(tǒng)主要由光纖傳感器、傳輸光纖、解調(diào)儀表、數(shù)據(jù)傳輸模塊和監(jiān)測(cè)軟件組成，科研人員將光纖傳感器布置在葉片指定位置，傳感器將信號(hào)通過光纖傳輸至解調(diào)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再通過專業(yè)軟件進(jìn)行分析判斷。

光纖傳感是利用光學(xué)方式對(duì)外界信號(hào)進(jìn)行感知，具有高靈敏度、抗電磁干擾、質(zhì)量輕等一系列優(yōu)勢(shì)，是傳感領(lǐng)域最重要的發(fā)展方向。”錢楷介紹，團(tuán)隊(duì)獨(dú)立自主研發(fā)的基于光纖傳感的風(fēng)機(jī)槳葉形變監(jiān)控系統(tǒng)，具有高穩(wěn)定性、低成本等優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)運(yùn)用于風(fēng)機(jī)運(yùn)維，不僅提升了風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行監(jiān)測(cè)水平，提高了風(fēng)電葉片維修保障效率，降低了檢查維護(hù)成本，而且打破了國外技術(shù)限制，率先形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，提升了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為恩施州打造華中地區(qū)重要的潔凈能源基地提供了科技支撐。

足不出戶，實(shí)現(xiàn)預(yù)警干預(yù)

9月4日，102號(hào)風(fēng)機(jī)葉片溫度42攝氏度，旋轉(zhuǎn)角速度1.5弧度每秒，1-1號(hào)光柵應(yīng)變峰值在150微應(yīng)變以內(nèi)……系統(tǒng)工作正常。

湖北民族大學(xué)智能科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，基于光纖傳感的風(fēng)機(jī)槳葉形變監(jiān)控系統(tǒng)的電子顯示屏上，風(fēng)機(jī)葉片的溫度、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一目了然。

青年教師邱達(dá)是該團(tuán)隊(duì)研發(fā)成員之一，他現(xiàn)場(chǎng)用手機(jī)展示了風(fēng)機(jī)葉片的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。每個(gè)光纖傳感探頭相當(dāng)于一個(gè)神經(jīng)元，可以實(shí)現(xiàn)槳葉覆冰、應(yīng)變、溫度的全時(shí)監(jiān)控。風(fēng)電設(shè)備的狀態(tài)分析是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、可靠性分析、壽命管理、預(yù)知性維修等運(yùn)維工作的前提。通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅在實(shí)驗(yàn)室的電子顯示屏上可以直觀觀測(cè)葉片的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，還可以通過手機(jī)端的風(fēng)機(jī)葉片監(jiān)測(cè)平臺(tái)，隨時(shí)隨地觀測(cè)葉片的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

齊岳山巔，102號(hào)風(fēng)機(jī)像一根“定海神針”，直插云霄，風(fēng)機(jī)葉片則像一根根碩大無比的羽毛。每片風(fēng)機(jī)葉片長約50米，重達(dá)7噸。

9月4日上午，錢楷身著工裝，頭戴安全帽，通過狹窄的鐵門進(jìn)入塔筒，徒手登上2層平臺(tái)，到達(dá)風(fēng)機(jī)塔筒內(nèi)部的筆直爬梯前。

從下往上望去，黑乎乎的看不到頂。檢修風(fēng)機(jī)要從這里爬上去，錢楷不記得自己已多少次從這里上上下下、進(jìn)進(jìn)出出了。

他熟練地綁定安全帶，然后乘坐免爬器，10分鐘左右上升80米，相當(dāng)于近30層樓的高度，到達(dá)塔筒頂部對(duì)傳感器進(jìn)行檢修。錢楷介紹，每片槳葉上安裝有8個(gè)傳感器，其中6個(gè)是應(yīng)變傳感器，2個(gè)為溫度傳感器，每臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝有24個(gè)傳感器。

由于太陽暴曬，風(fēng)機(jī)葉片里面的溫度近50攝氏度。進(jìn)去沒多久，錢楷就已汗流浹背。

“基于光纖傳感的風(fēng)機(jī)槳葉形變監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅解決了運(yùn)維人員人手少的問題，而且收到了事半功倍的效果。”錢楷此次進(jìn)入塔筒檢修，是因?yàn)殡姶鸥蓴_，傳感數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。經(jīng)過一個(gè)多小時(shí)的檢修，異常解除。

目前，錢楷正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)試、完善，不斷拓展應(yīng)用范圍。屆時(shí)，操作人員足不出戶便可及時(shí)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)掌握風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)行狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)問題并采取干預(yù)措施，為風(fēng)電安全運(yùn)行保駕護(hù)航。

編輯：黃飛