高壓輸水系統帶水檢查的探討

摘 要：以天荒坪電站為實例，說明高壓輸水系統的設計理念，介紹了高壓輸水系統帶水檢查方法、水下機器人的結構特點和耐高壓、螺旋式掃描運動推進控制、自導航技術、高精度測量聲納、聲光信息融合、激光尺度測量技術等關鍵技術，以及其不會留有檢查死角、測量精度高、人員危險性低、檢查時間短、效率高等優點，及廣闊的應用前景。

關鍵詞：輸水系統；檢查；水下機器人

國內目前水電站的建設為了追求水頭，多采用引水式電站，特別是抽水蓄能電站，一般都有較長的引水洞，壓力高，斜井或豎井，對輸水道的檢查方法變成日益突出的問題。如能不放空輸水道即可檢查，從經濟和安全的角度都是一個比較好的辦法。

1 高壓水道的設計理念

對于巖石條件好、埋藏深的壓力管道，為降低工程造價，通常采用鋼筋混凝土襯砌。天荒坪等工程壓力隧洞的實測資料顯示，當隧洞內水壓力大于120m～150m時，隧洞混凝土襯砌將完全開裂成為透水襯砌，內水壓力直接以體力的方式傳遞到圍巖上，使圍巖成為隧洞內水壓力的承載結構。因此，對于高水頭的混凝土襯砌的高壓隧洞（大于100m水頭），圍巖將是內水壓力的主要承擔者，因此充分利用圍巖承擔內水壓力是壓力隧洞的主要設計理論。襯砌的作用主要是保護圍巖表面、避免水流長期沖刷使圍巖表層應力狀態發生惡化掉塊；減少過流糙率、降低水頭損失。根據以挪威為代表的國外不襯砌壓力隧洞設計經驗，歸納總結出如下四個常用的不襯砌或混凝土透水襯砌隧洞圍巖承載設計準則。

1.1 挪威準則

1.2 雪山準則

1.3 最小地應力準則

研究光、聲數據融合技術，用視頻疊加技術，在視頻圖像上疊加聲測數據，以實時觀測輸水道管壁的變形狀況并獲取破損狀態數據。

完成信息實時融合處理軟件包以及視頻和疊加數據實時錄取硬件。

3.5 激光尺度測量技術及設備

研制激光尺寸測量系統，實時測量視頻系統觀測輸水道管壁破損的尺度；

研究和集成可視激光信號發生器及水密裝置，并標定其在不同距離下的測量精度。

3.6 機器人系統水下載體和水上終端間的高速信息傳輸技術

研制高速、高可靠性光電變換、光纖編碼信息傳輸系統。

3.7 高可靠性、高安全性高壓供電、傳輸及變換系統

研制供水下機器人使用的高可靠性、高安全性、高效供電系統。

4 帶水檢查的優點

4.1 輸水道一般屬于規則形狀，ROV沿水道壁循環運動，每圈間距恒定，不會有檢查死角。

4.2帶水時水道處于高壓狀態，混凝土裂縫在高壓下基本張開，能夠較好的檢查出縫寬，并準確的標注位置。特別是對于襯砌內壁變形和掉快的情況，效果更好。

4.3 降低了人工檢查的安全風險，運行期與施工期不同，輸水道內沒有施工的軌道和工作平臺。人工檢查的難度大，危險性高。國內某電站就安排放空后登山隊員進入水道檢查，差點發生事故的情況。

4.4 檢查時間短，效率高。運用此種方式檢查，對電站運行影響時間較短，電站機組全停即可。如果采用人工檢查，單單放空水道就要花費很長時間，然后還要采取安全措施，檢查完后還要回充水。整個人工檢查過程需20天左右，對電站運行影響較大。

5 應用前景

目前，國內的水下ROV發展較快，隨著抽水蓄能電站和西部常規水電的建設和運行，對長引水系統的檢查將會變為電站的重要工作任務之一。如能實現輸水道安全、方便、快捷的檢查，應用前景將非常廣泛。

作者簡介：吳宏煒，男，江蘇如皋，高工，本科，水電站管理。