海上风电维检成本在海上风电场全生命周期成本中占25%～30%，维检是海上风电产业链中十分关键和重要的环节^[1-3]。目前，在电气设备方面，已有相关的检修以及巡视规程，并已形成完善的变电设备标准化巡视作业^[4-6]；同时，对于风电场的维检管理系统^[7-9]和故障诊断^[10-12]，已经有相关方案，初步形成体系^[13-15]。但是，目前尚无完整的海上风电场智能维护及检修平台，实现海上风电场的维护及检修的智能闭环^[16-19]。

当前海上风电维检存在海上风电场维检资源紧缺、海上风电维检技术落后、可进入性差、维检成本高昂以及缺乏标准规范等问题^[20-21]，需要综合考虑设备管理、智能巡视、智能检修、作业监管、维检排程、培训服务等各方面需求，建立完整的海上风电场智能维检平台，从而提供海上风电的维检效率。

海上风电智能维检平台包括设备管理、智能巡视、智能检修、作业监管、维检排程、培训服务等6大功能，具体如图1所示。

图  1  海上风电智能维检平台的数据流程图

Figure 1.  The data flow chart of offshore wind power intelligent maintenance inspection platform

海上风电智能维检平台是一款具有解决当前海上风电维检痛点的海上风电维检平台，其功能包括设备管理、智能巡视、智能检修、作业监管、维检排程、培训服务等。该系统应用智能巡视（升压站巡检机器人）、自动化智能检修（风电机组螺栓紧固机器人、风电机组防腐喷涂机器人、检修决策）、作业监管（智能门禁、可视化头盔）、智能化维检排程以及全面培训服务等技术，打造无死角的海上风电场智能维检平台，提高海上风力场的维检智能化水平，减低维检成本，做到降本增效。

该系统适用于所有海上风电场项目，它可以通过存量改造及增量新建的方式投入使用。

平台针对维检痛点，采用相应的措施，具体如表1所示。

打通平台与主站的接口，实时获取主站的任务计划、两票、设备缺陷、检修记录等业务数据，从而实现生产业务自动执行、生产数据自动更新、生产过程自主管控等功能。

这样，可实现运行人员录取相关数据与分析无纸化和智能化，比如，全站发电量的自动统计、设备缺陷的统计汇总、检修记录的分析统计。通过设备台账维护、作业全流程管控、站内资源调配等功能，提升生产管理精细度和准确度，优化基层生产管理能力。

通过海上升压站机器人实现海上升压站每层平台的设备进行全面巡视，结合人工智能算法对图像进行识别分析^[22]，实现日常巡视.。

1）通过智能检修的智能决策，实现智能检修决策，减少故障处理时间。

2）通过风电机组防腐除锈机器人、风电机组螺栓紧固机器人等智能检修工具，可有效提升检修效率，解决当前防腐除锈难、螺栓紧固工作量大的痛点。

在海上风电维检作业类型的故障处理中，结合专业的智能检修决策，通过各类设备故障特征和处理策略，实现智能检修决策。

实现整个作业流程的管理控制，对登上平台人员进行监测，提示风险，并控制高音设备的通断。对身份认证以及实现人脸开锁功能。同时，通过配置可视化头盔，进行安全监督指导。

最终，在海上升压站、风机基础平台、海缆等安全区域设置电子围栏，若非工作人员或非法船只进入会触发相关告警，并与风电场视频进行联动。

实现全量全景数据的采集和融合，利用全生命周期数据资料的积累和调用开展业务学习、员工培训、上岗考试等一系列附加值功能。

通过建立员工能力矩阵库、故障案例平台以及考核评估系统等3方面，实现安全培训相关功能。同时，对外来人员和外雇人员也纳入考核评估系统，若考核不及格，则拒绝其作业申请要求。

具体如表2所示。

具体如表3所示。

具体如表4所示。

海上风电场的维检重点在于海上升压站的智能巡视和风电机组的智能检修。本节以这2方面为重点，做相关的案例分析。

以海上升压站主变为例，通过海上升压站机器人实现智能巡视和检修决策。具体如表5所示。

表 5  海上升压站机器人的智能巡视和检修决策表（以海上升压站主变为例）

Table 5.  The intelligent inspection and maintenance decision table for robots in offshore booster stations ( taking the main transformer of offshore booster stations as an example )

巡视 项目	智能巡视	智能巡视效果	检修决策	常规巡视效果 （以巡视图片为主）
温度	本体温度计完好、无破损，表盘内无潮气冷凝；检查变器上层油温数值；强迫油循环风冷变压器的最高上层油温不得超过85 ℃；温升限值：45 ℃。	通过红外测温，若油温经常超过85 ℃，且最高油温达到95 ℃，油箱红外测温异常，则启动检修决策分析。	若温度异常，且油色谱正常： 检修时间：立即； 检修类别：不停电检修； 检修内容：监视油位、油温，进行红外检测，并采取降低变压器负荷措施。
					油位、 油色	油位计无破损和渗漏油。	通过图像识别，若油位计破损且有渗漏油，并发现影响查看油位的油垢；同时，储油柜上标有油位监视线达到报警值，则启动检修决策分析。	若油位模糊，油位指示不清： 检修时间：立即； 检修类别：局部检修； 检修内容；更换油位计，查绝缘油受潮情况。
渗漏油	检查变压器各部位 无渗漏油。	通过图像识别，若变压器的油泵、各阀门、隔膜式储油柜等有渗漏油，则启动检修决策分析。	若有轻微渗油，未形成油滴： 检修时间：尽快； 检修类别：局部检修； 检修内容：监测渗油缺陷发展趋势，停电时对渗漏油部位进行处理。
运行中的声音	变压器运行声音正常。	通过拾音器分析，若有放电声音、异常振动等现象、变压器运行为不均匀的嗡嗡声音，则启动检修决策分析。	若噪声、振动异常，绝缘油色谱正常： 检修时间：立即； 检修类别：不停电检修； 检修内容：加强油色谱跟踪，如发现油色谱变为异常，则应进行进一步诊断分析。
压力释放装置	压力释放阀无喷油痕迹。	通过图像识别，若压力释放器有油迹，压力释放阀指示杆突出，有喷油痕迹，则启动检修决策分析。	若运行中发生喷油： 检修时间：立即； 检修类别：局部检修； 检修内容：检查本体呼吸系统是否堵塞、压力释放阀是否存在密封不良缺陷等问题，并进行处理。

风电机组面临较为严峻的腐蚀检修问题，具体如图2所示。

图  2  海上风电机组腐蚀示意图

Figure 2.  The Corrosion schematic diagram of offshore wind turbines

通过风电机组防腐除锈机器人，实现风电机组的智能检修。主要作业内容包括塔筒塔架的除锈以及喷涂，同时兼备全程的高清实时监控能力。该系统包含塔筒爬壁机器人本体、除锈模块、喷涂模块、高清摄像头监测模块等多种作业模块以及远程人员操控系统。

根据塔筒表面作业环境参数，机器人系统具备核心能力如下：

1）爬行速度：为保证作业效率，爬壁机器人上爬速度不能过小，爬行速度为20 m/min，以100 m塔筒为例，上爬时间可控制在5 min以内。

2）曲率适应：塔桶外形为圆锥曲面，最大直径4 m，最小直径2.5 m，传统的移动平台无法在曲面上转弯运动，因此，为保证爬壁机器人在塔桶壁面的灵活运动，要求具备变曲率自适应能力，机器人可适应曲面半斤适应范围为0.6～∞ mm。

3）表面障碍：塔桶外立面存在的障碍主要为每节塔筒之间的法兰缝，以及塔筒卷制焊接制作过程中的产生的横纵焊缝，机器人能够越障尺寸 > 1 cm。

4）柔性接触：塔桶出场吊装之前会在表面涂装防腐保护涂层，爬壁机器人在表面运动作业过程中不能破坏原本完好的涂层。机器人与塔桶是柔性接触避免漆膜的破损，为橡胶车轮接触。

5）负载能力：除锈、喷涂、高清摄像头等作业模块，以及高空拖缆（供电及信号线）等设备元器件的负载，要求机器人本体具备至少40 kg负载能力。

6）磁吸附能力：风电塔筒材质为钢板结构，采用永磁吸附方式，要求磁吸附结构轻便，磁能积利用率高，漏磁少，提供稳固的吸附力，避免机器人打滑掉落，机器人抗扰能力1 kN，满足风扰和负载要求。

7）操控系统：通过有线拖缆的形式，采用地面遥操作可视化控制系统平台，对机器人的塔筒维护作业发送移动及作业指令，摄像头及超声探头等检测设备信号，可实时传输回地面采控系统，并在地面监控屏幕上实时显示作业面具体情况以及检测数据。

本文分析了海上风电智能维检平台架构，具备设备管理、智能巡视、智能检修、维检决策、作业监管、培训服务等功能，应用智能巡视（升压站巡检机器人、无人机巡视）、自动化智能检修、作业监管（智能门禁和可视化头盔）、智能化维检排程以及全面培训服务等技术，打造无死角的海上风电场智能维检平台，提高海上风力场的维检智能化水平，减低维检成本，做到降本增效。

海上风电智能维检平台的核心在于智能巡视和智能检修。如何实现全方位无死角的海上升压站智能巡视，实现风电机组的可靠高效的智能检修（包括防腐喷涂、螺栓紧固等），还需要进一步的深入研究。