壓力管道斜井段外觀檢查攝像系統(tǒng)的技術分析及應用

余海斌

摘 要：文章以實際工程官地水電站為例，重點對壓力管道斜井段外觀攝像檢查系統(tǒng)及其在電站檢修中的應用進行分析。供于類似工程參考有一定的價值。

關鍵詞：壓力管道；斜井段；攝像檢查；實施應用

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0022-02

1 工程概況

官地水電站位于四川省涼山州西昌市與鹽源縣交界的雅礱江上，東距西昌市直線距離約30 km，是錦屏一、二級電站和二灘電站的中間梯級電站。

官地水電站樞紐主要建筑物由左右岸擋水壩、消力池、右岸引水系統(tǒng)及地下廠房發(fā)電系統(tǒng)組成。右岸布置引水發(fā)電系統(tǒng)，官地電站共安裝4臺600 MW機組，總裝機容量2 400 MW。壓力管道采用單機單管供水，共4條壓力管道，每條壓力管道內(nèi)徑為11.8 m。每條壓力管道分為上平段、上彎段、斜井段、下彎段和下平段。壓力管道上平段長85.8 m；斜井段傾角為60度，長 76 m；上彎段轉(zhuǎn)彎半徑35.00 m，長36.6 m，為平面轉(zhuǎn)彎；下彎段轉(zhuǎn)彎半徑35.00 m，長40.6 m，為空間轉(zhuǎn)彎；下平段長58.6 m～133.9 m（#1～#4機組）。

目前官地電站已處在運行期，筆者所在的官地電站水工維護項目部承擔機組檢修時對壓力管道排空后進行機組壓力管道上彎段、斜井段、下彎段管壁的開裂、滲漏水、混凝土掉塊等缺陷進行檢查。壓力管道內(nèi)為全黑、潮濕、無任何外部通訊信號（移動、聯(lián)通等）環(huán)境，頂部可能有滲水、滴水、刺水、混凝土掉塊，下部可能有滲流水等情況，為確保人員安全和檢查質(zhì)量，決定使用壓力管道斜井段外觀攝像檢查系統(tǒng)進行壓力管道放空后的缺陷檢查。

2 攝像檢查系統(tǒng)的技術說明

針對上述合同工作內(nèi)容及壓力管道內(nèi)整體為全黑、潮濕、無任何外部通訊信號（移動、聯(lián)通等）的特殊環(huán)境、壓力管道斜井段傾角為60 °的結構型式等既定條件，人工檢查上彎段、斜井段、下彎段難度及安全隱患較大且與官地電廠的安健環(huán)要求相違背。對此，決定使用無人小車搭載攝像系統(tǒng)，卷揚系統(tǒng)為提升和牽引動力的總體結構作為壓力管道斜井檢查的實施工具。

整套檢查系統(tǒng)主要包括無人小車、卷揚系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)和吊籃提升系統(tǒng)，其中吊籃提升系統(tǒng)作為人員、設備和工具進出通氣孔的特有工具。攝像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)由可拆卸的支架及抱箍等鋼構件固定在小車上，整套攝像系統(tǒng)由安裝在上車上的電池組進行供電，無外接電纜以保證小車提升、溜放過程中的安全，攝像系統(tǒng)的圖像實時觀測和記錄采用無線AP進行傳輸，其中無人小車上設置無線AP信號發(fā)射裝置，上平段內(nèi)設置無線AP信號接收裝置與視頻顯示終端互聯(lián)。

具體實施方法：無人小車（2.5 m×2.5 m×0.4 m）自進水口通氣孔（6 m×1 m）通過25 t汽車吊運至壓力管道上平段內(nèi)，連接至壓力管道上平段內(nèi)距上彎段20 m處已安裝的卷揚系統(tǒng)鋼絲繩上，通過卷揚系統(tǒng)將無人小車緩慢溜放至壓力管道下平段內(nèi)，工作人員攜帶照明系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)及固定所需的鋼構件等從蝸殼進人門（0.7 m×0.9 m）進入壓力管道下平段內(nèi)，將照明系統(tǒng)和攝像系統(tǒng)固定在無人小車上，開啟照明和攝像系統(tǒng)，再通過卷揚系統(tǒng)將無人小車緩慢提升至上平段內(nèi)，提升過程中，通過無人小車上搭載的攝像系統(tǒng)對壓力管道斜井段的全貌進行實時拍攝和影像記錄，工作人員在上平段內(nèi)通過視頻顯示終端可以對攝像機鏡頭進行全角度擺動及清晰度調(diào)節(jié)等操作，以確保對斜井的混凝土狀況進行無死角觀測。完成后，整套系統(tǒng)在壓力管道上平段內(nèi)拆解、裝箱，通過25 t汽車吊和吊籃提升系統(tǒng)運出壓力管道。

本套系統(tǒng)在實際應用中的成敗，主要取決于以下幾個方面：一是攝像系統(tǒng)的無線AP傳輸和接收距離滿足壓力管道的實際情況；二是攝像系統(tǒng)攝像頭的分辨率和傳輸?shù)膱D像品質(zhì)有觀測和分析價值；三是無人小車搭載的攝像、照明和電池組等滿足防水要求；四是照明系統(tǒng)能夠為攝像系統(tǒng)提供無死角的全斷面照明；五是整套系統(tǒng)的安全性保證。綜合以上條件，筆者根據(jù)攝像系統(tǒng)、電池組和照明系統(tǒng)的實際情況，設計了整套系統(tǒng)，下面簡要介紹下整套系統(tǒng)的結構和組成。

2.1 無人小車

小車主體車身采用Ф100×5 mm的不銹鋼方管制作，為了保證拉升時小車的整體強度和穩(wěn)定性，小車制作為焊接配合鉚釘錨固的完整體，所有焊點全部滿焊，其上支架、抱箍等鋼構件可拆裝。小車整體尺寸為2 500 mm（長）×2 500 mm（寬）× 400 mm（高），共裝設4個實心膠輪（順水流方向前后排各2個，每只膠輪可承重350 kg），膠輪直徑按照小車底板離地高度 30 cm來配置。

在小車上安裝金屬支架，支架與小車采用螺栓進行連接，可拆卸，用于安裝攝像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等設備。用于加固攝像機、照明及電池柜的抱箍等小型構件按實際采購的攝像機及配套設備尺寸制作。全套小車系統(tǒng)總重約1 t，詳細計算，見表1，（攝像機等由于重量較小，忽略不計）。

無人小車搭載攝像系統(tǒng)實物，如圖1所示。

2.2 卷揚機系統(tǒng)

卷揚機采用地錨固定在上平段距上彎段20 m處，卷揚機外形尺寸：1 545 mm（長）×1 290 mm（寬）×740 mm（高）。荷載為5 t，功率為11 kw，配備直徑21.5 mm鋼絲繩，地錨采用直徑20螺紋鋼8根，造孔深度24 cm。卷揚機構造，如圖2所示。

卷揚機鋼絲繩的安全保證計算：

按照官地電站電廠要求，卷揚機鋼絲繩容繩量滿足使用要求的情況下，配備最大型號的鋼絲繩。綜合考慮壓力管道上下彎段及斜井總長度約為170 m及卷揚機鋼絲繩的安全使用距離及繩筒上預留等因素，至少需要卷揚機容繩量達到240 m。通過上述卷揚機參數(shù)計算可得，配備21.5 mm鋼絲繩，則卷揚機容繩量可達258 m，滿足使用要求。且21.5 mm鋼絲繩破斷拉力 245.5 kN，壓力管道內(nèi)牽拉按8倍安全系數(shù)計算，可承受3.069 t以下重物，遠大于小車整體自重1 t，可滿足使用要求。通過以上分析，小車整體的安全性可以保證。

2.3 攝像系統(tǒng)

攝像系統(tǒng)采用無線AP裝置發(fā)射和接收信號，同時可無線遙控攝像機，包括前端攝像單元、無線遙控和無線監(jiān)看等部分。由于攝像系統(tǒng)使用環(huán)境差、不通視、傳輸強度要求高、質(zhì)量可靠性要求高，攝像系統(tǒng)部件要求有在相關電站惡劣條件下應用案例的合資或國際名牌。筆者所在項目部通過細致的市場調(diào)查、詢價以及電廠主管部門詢價文件的要求，選擇的是我國臺灣地區(qū)Brickcom公司的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的無線AP裝置可達到空曠1 000 m、壓力管道內(nèi)350 m的發(fā)射和接收距離，鏡頭為當前國內(nèi)較高水準的高清攝像頭，輔以夜視和補光的功能，能保證洞內(nèi)傳輸?shù)膱D像品質(zhì)，噴淋實驗證明整套攝像系統(tǒng)完全防水，以上三個要素與上文分析的成功要素相呼應，是整套系統(tǒng)成功應用的關鍵。整套攝像系統(tǒng)不使用外接電源，供電采用的是伊頓UPS標準直流電壓96 Vdc（即：每套UPS主機配置8只12 V電池串聯(lián)為1組），防爆、防淋。單只電池容量：12 V-150 AH，重量35 kg，當前配置滿足2 kVA延時8 h后備延時。電池組分裝在兩個防水電池柜內(nèi)，UPS主機單獨承裝在主機箱內(nèi)，三只箱子按上圖（小車實物圖）所示固定在小車上。

2.4 進水塔通氣孔提升吊籃

根據(jù)現(xiàn)場施工需要，在進水塔通氣孔處布置一臺ZLP630提升吊籃，主要滿足人員上下通行，以及其他手持式小型設備垂直運輸。ZLP630吊籃由懸吊平臺、提升機、安全鎖、工作鋼絲繩、安全鋼絲繩和電氣箱及電氣控制系統(tǒng)等組成。

2.5 照明系統(tǒng)

使用可充電鋰電池防水防爆探照燈，使用抱箍等輔助鋼構件固定在小車后部的支架上（詳見小車實物圖），共配備16只（其中8只泛光，8只聚光），品牌為深圳海洋王，每只探照燈配置4個3 WLED燈（ 探照燈型號為RJW7102A/LT）。通過小車圖示的方法進行安裝固定，可確保照明無死角。

綜上所述，筆者設計的整套無人小車搭載的攝像系統(tǒng)滿足在壓力管道斜井段內(nèi)成功應用的關鍵要素。下面簡要介紹一下整套系統(tǒng)在實際應用中的實施方法。

3 攝像系統(tǒng)檢查實施方法

3.1 關鍵作業(yè)面

具體實施要通過以下2條路線：

線路①：右高線→EL1 334.0 m上壩公路→進水塔塔頂EL 1 334.0→通氣孔→壓力管道上平洞；

線路②：進場交通洞→安裝間→主廠房→蝸殼進人門→下平洞。

以此線路形成的關鍵作業(yè)面為進水口通氣孔和壓力管道的上下平段。

3.1.1 進水口通氣孔布置

進水口通氣孔布置示意圖，如圖3所示。

3.1.2 上下平段布置

上下平段布置示意圖，如圖4所示。

3.2 攝像檢查步驟

①檢查進水口、壓力管道相關安全措施具備檢查條件，機組蝸殼內(nèi)設備全部清理、人員撤離；

②施工人員通過通氣孔吊籃和機組蝸殼進人門分別進入上下平段，進行用電線路接引及現(xiàn)場施工照明的布置；

③采用25 t汽車吊從進水口通氣孔將卷揚機、小車等設備通過進水口通氣孔調(diào)入壓力管道上平段，在上平段裝設安全圍欄及配備相關安全設施；

④在上平段設置地錨，將卷揚機固定在地錨上，鋼絲繩定滑輪安裝在上平段末端附近，利用卷揚機將小車經(jīng)上彎段緩慢溜放至下平段，再人工推至蝸殼段；

⑤工作人員從蝸殼進人門將攝像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等設備運入壓力管道蝸殼段。在蝸殼段將攝像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)安裝在小車上，小車人工推到下彎段末端；

⑥將鋼絲繩、小車連接好。下平段內(nèi)工作人員撤離后，緩慢提升小車上上進行逐斷面對壓力管道下彎段、斜井段、上彎段進行攝錄檢查；

⑦檢查完畢后，小車提升至壓力管道上平段空曠處，就地拆卸，整理裝箱，從上平段利用吊籃和25 t汽車吊吊至進水塔塔頂，集中入庫。

4 結 語

綜上所述，經(jīng)過在實際中探索與應用，該系統(tǒng)在筆者所在的官地電站已經(jīng)成功應用，并取得了一定的成就。

參考文獻：

[1] 朱家林，王雷，謝長水.大崗山水電站壓力管道斜井滑模施工技術分析 [J].中國水能及電氣化，2014，（7）.