高壓輸水系統(tǒng)帶水檢查的探討

摘 要：以天荒坪電站為實(shí)例，說明高壓輸水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，介紹了高壓輸水系統(tǒng)帶水檢查方法、水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和耐高壓、螺旋式掃描運(yùn)動推進(jìn)控制、自導(dǎo)航技術(shù)、高精度測量聲納、聲光信息融合、激光尺度測量技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，以及其不會留有檢查死角、測量精度高、人員危險(xiǎn)性低、檢查時(shí)間短、效率高等優(yōu)點(diǎn)，及廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：輸水系統(tǒng)；檢查；水下機(jī)器人

國內(nèi)目前水電站的建設(shè)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(jīng)濟(jì)和安全的角度都是一個(gè)比較好的辦法。

1 高壓水道的設(shè)計(jì)理念

對于巖石條件好、埋藏深的壓力管道，為降低工程造價(jià)，通常采用鋼筋混凝土襯砌。天荒坪等工程壓力隧洞的實(shí)測資料顯示，當(dāng)隧洞內(nèi)水壓力大于120m～150m時(shí)，隧洞混凝土襯砌將完全開裂成為透水襯砌，內(nèi)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(nèi)水壓力的承載結(jié)構(gòu)。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(nèi)水壓力的主要承擔(dān)者，因此充分利用圍巖承擔(dān)內(nèi)水壓力是壓力隧洞的主要設(shè)計(jì)理論。襯砌的作用主要是保護(hù)圍巖表面、避免水流長期沖刷使圍巖表層應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生惡化掉塊；減少過流糙率、降低水頭損失。根據(jù)以挪威為代表的國外不襯砌壓力隧洞設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，歸納總結(jié)出如下四個(gè)常用的不襯砌或混凝土透水襯砌隧洞圍巖承載設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

1.1 挪威準(zhǔn)則

1.2 雪山準(zhǔn)則

1.3 最小地應(yīng)力準(zhǔn)則

研究光、聲數(shù)據(jù)融合技術(shù)，用視頻疊加技術(shù)，在視頻圖像上疊加聲測數(shù)據(jù)，以實(shí)時(shí)觀測輸水道管壁的變形狀況并獲取破損狀態(tài)數(shù)據(jù)。

完成信息實(shí)時(shí)融合處理軟件包以及視頻和疊加數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)錄取硬件。

3.5 激光尺度測量技術(shù)及設(shè)備

研制激光尺寸測量系統(tǒng)，實(shí)時(shí)測量視頻系統(tǒng)觀測輸水道管壁破損的尺度；

研究和集成可視激光信號發(fā)生器及水密裝置，并標(biāo)定其在不同距離下的測量精度。

3.6 機(jī)器人系統(tǒng)水下載體和水上終端間的高速信息傳輸技術(shù)

研制高速、高可靠性光電變換、光纖編碼信息傳輸系統(tǒng)。

3.7 高可靠性、高安全性高壓供電、傳輸及變換系統(tǒng)

研制供水下機(jī)器人使用的高可靠性、高安全性、高效供電系統(tǒng)。

4 帶水檢查的優(yōu)點(diǎn)

4.1 輸水道一般屬于規(guī)則形狀，ROV沿水道壁循環(huán)運(yùn)動，每圈間距恒定，不會有檢查死角。

4.2帶水時(shí)水道處于高壓狀態(tài)，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(zhǔn)確的標(biāo)注位置。特別是對于襯砌內(nèi)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(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行期與施工期不同，輸水道內(nèi)沒有施工的軌道和工作平臺。人工檢查的難度大，危險(xiǎn)性高。國內(nèi)某電站就安排放空后登山隊(duì)員進(jìn)入水道檢查，差點(diǎn)發(fā)生事故的情況。

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

5 應(yīng)用前景

目前，國內(nèi)的水下ROV發(fā)展較快，隨著抽水蓄能電站和西部常規(guī)水電的建設(shè)和運(yùn)行，對長引水系統(tǒng)的檢查將會變?yōu)殡娬镜闹匾ぷ魅蝿?wù)之一。如能實(shí)現(xiàn)輸水道安全、方便、快捷的檢查，應(yīng)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。