壓力管道斜井段外觀檢查攝像系統(tǒng)的技術(shù)分析及應(yīng)用

余海斌

摘 要：文章以實(shí)際工程官地水電站為例，重點(diǎn)對(duì)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(yīng)用進(jìn)行分析。供于類似工程參考有一定的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：壓力管道；斜井段；攝像檢查；實(shí)施應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jí)電站和二灘電站的中間梯級(jí)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(tái)600 MW機(jī)組，總裝機(jī)容量2 400 MW。壓力管道采用單機(jī)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(zhǎng)85.8 m；斜井段傾角為60度，長(zhǎng) 76 m；上彎段轉(zhuǎn)彎半徑35.00 m，長(zhǎng)36.6 m，為平面轉(zhuǎn)彎；下彎段轉(zhuǎn)彎半徑35.00 m，長(zhǎng)40.6 m，為空間轉(zhuǎn)彎；下平段長(zhǎng)58.6 m～133.9 m（#1～#4機(jī)組）。

目前官地電站已處在運(yùn)行期，筆者所在的官地電站水工維護(hù)項(xiàng)目部承擔(dān)機(jī)組檢修時(shí)對(duì)壓力管道排空后進(jìn)行機(jī)組壓力管道上彎段、斜井段、下彎段管壁的開(kāi)裂、滲漏水、混凝土掉塊等缺陷進(jìn)行檢查。壓力管道內(nèi)為全黑、潮濕、無(wú)任何外部通訊信號(hào)（移動(dòng)、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(jìn)行壓力管道放空后的缺陷檢查。

2 攝像檢查系統(tǒng)的技術(shù)說(shuō)明

針對(duì)上述合同工作內(nèi)容及壓力管道內(nèi)整體為全黑、潮濕、無(wú)任何外部通訊信號(hào)（移動(dòng)、聯(lián)通等）的特殊環(huán)境、壓力管道斜井段傾角為60 °的結(jié)構(gòu)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(duì)此，決定使用無(wú)人小車搭載攝像系統(tǒng)，卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)為提升和牽引動(dòng)力的總體結(jié)構(gòu)作為壓力管道斜井檢查的實(shí)施工具。

整套檢查系統(tǒng)主要包括無(wú)人小車、卷?yè)P(yáng)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(shè)備和工具進(jìn)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(gòu)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(jìn)行供電，無(wú)外接電纜以保證小車提升、溜放過(guò)程中的安全，攝像系統(tǒng)的圖像實(shí)時(shí)觀測(cè)和記錄采用無(wú)線AP進(jìn)行傳輸，其中無(wú)人小車上設(shè)置無(wú)線AP信號(hào)發(fā)射裝置，上平段內(nèi)設(shè)置無(wú)線AP信號(hào)接收裝置與視頻顯示終端互聯(lián)。

具體實(shí)施方法：無(wú)人小車（2.5 m×2.5 m×0.4 m）自進(jìn)水口通氣孔（6 m×1 m）通過(guò)25 t汽車吊運(yùn)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?yè)P(yáng)系統(tǒng)鋼絲繩上，通過(guò)卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)將無(wú)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(gòu)件等從蝸殼進(jìn)人門（0.7 m×0.9 m）進(jìn)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(wú)人小車上，開(kāi)啟照明和攝像系統(tǒng)，再通過(guò)卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)將無(wú)人小車緩慢提升至上平段內(nèi)，提升過(guò)程中，通過(guò)無(wú)人小車上搭載的攝像系統(tǒng)對(duì)壓力管道斜井段的全貌進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝和影像記錄，工作人員在上平段內(nèi)通過(guò)視頻顯示終端可以對(duì)攝像機(jī)鏡頭進(jìn)行全角度擺動(dòng)及清晰度調(diào)節(jié)等操作，以確保對(duì)斜井的混凝土狀況進(jìn)行無(wú)死角觀測(cè)。完成后，整套系統(tǒng)在壓力管道上平段內(nèi)拆解、裝箱，通過(guò)25 t汽車吊和吊籃提升系統(tǒng)運(yùn)出壓力管道。

本套系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的成敗，主要取決于以下幾個(gè)方面：一是攝像系統(tǒng)的無(wú)線AP傳輸和接收距離滿足壓力管道的實(shí)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(cè)和分析價(jià)值；三是無(wú)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?yàn)閿z像系統(tǒng)提供無(wú)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(shí)際情況，設(shè)計(jì)了整套系統(tǒng)，下面簡(jiǎn)要介紹下整套系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成。

2.1 無(wú)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(shí)小車的整體強(qiáng)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(diǎn)全部滿焊，其上支架、抱箍等鋼構(gòu)件可拆裝。小車整體尺寸為2 500 mm（長(zhǎng)）×2 500 mm（寬）× 400 mm（高），共裝設(shè)4個(gè)實(shí)心膠輪（順?biāo)鞣较蚯昂笈鸥?個(gè)，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(lái)配置。

在小車上安裝金屬支架，支架與小車采用螺栓進(jìn)行連接，可拆卸，用于安裝攝像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)等設(shè)備。用于加固攝像機(jī)、照明及電池柜的抱箍等小型構(gòu)件按實(shí)際采購(gòu)的攝像機(jī)及配套設(shè)備尺寸制作。全套小車系統(tǒng)總重約1 t，詳細(xì)計(jì)算，見(jiàn)表1，（攝像機(jī)等由于重量較小，忽略不計(jì)）。

無(wú)人小車搭載攝像系統(tǒng)實(shí)物，如圖1所示。

2.2 卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)

卷?yè)P(yáng)機(jī)采用地錨固定在上平段距上彎段20 m處，卷?yè)P(yáng)機(jī)外形尺寸：1 545 mm（長(zhǎng)）×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?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)造，如圖2所示。

卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩的安全保證計(jì)算：

按照官地電站電廠要求，卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩容繩量滿足使用要求的情況下，配備最大型號(hào)的鋼絲繩。綜合考慮壓力管道上下彎段及斜井總長(zhǎng)度約為170 m及卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩的安全使用距離及繩筒上預(yù)留等因素，至少需要卷?yè)P(yáng)機(jī)容繩量達(dá)到240 m。通過(guò)上述卷?yè)P(yáng)機(jī)參數(shù)計(jì)算可得，配備21.5 mm鋼絲繩，則卷?yè)P(yáng)機(jī)容繩量可達(dá)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(jì)算，可承受3.069 t以下重物，遠(yuǎn)大于小車整體自重1 t，可滿足使用要求。通過(guò)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(wú)線AP裝置發(fā)射和接收信號(hào)，同時(shí)可無(wú)線遙控?cái)z像機(jī)，包括前端攝像單元、無(wú)線遙控和無(wú)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(qiáng)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(guān)電站惡劣條件下應(yīng)用案例的合資或國(guó)際名牌。筆者所在項(xiàng)目部通過(guò)細(xì)致的市場(chǎng)調(diào)查、詢價(jià)以及電廠主管部門詢價(jià)文件的要求，選擇的是我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)Brickcom公司的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的無(wú)線AP裝置可達(dá)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(dāng)前國(guó)內(nèi)較高水準(zhǔn)的高清攝像頭，輔以夜視和補(bǔ)光的功能，能保證洞內(nèi)傳輸?shù)膱D像品質(zhì)，噴淋實(shí)驗(yàn)證明整套攝像系統(tǒng)完全防水，以上三個(gè)要素與上文分析的成功要素相呼應(yīng)，是整套系統(tǒng)成功應(yīng)用的關(guān)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(biāo)準(zhǔn)直流電壓96 Vdc（即：每套UPS主機(jī)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(dāng)前配置滿足2 kVA延時(shí)8 h后備延時(shí)。電池組分裝在兩個(gè)防水電池柜內(nèi)，UPS主機(jī)單獨(dú)承裝在主機(jī)箱內(nèi)，三只箱子按上圖（小車實(shí)物圖）所示固定在小車上。

2.4 進(jìn)水塔通氣孔提升吊籃

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需要，在進(jìn)水塔通氣孔處布置一臺(tái)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(shè)備垂直運(yùn)輸。ZLP630吊籃由懸吊平臺(tái)、提升機(jī)、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(gòu)件固定在小車后部的支架上（詳見(jiàn)小車實(shí)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(gè)3 WLED燈（ 探照燈型號(hào)為RJW7102A/LT）。通過(guò)小車圖示的方法進(jìn)行安裝固定，可確保照明無(wú)死角。

綜上所述，筆者設(shè)計(jì)的整套無(wú)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(yīng)用的關(guān)鍵要素。下面簡(jiǎn)要介紹一下整套系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)施方法。

3 攝像系統(tǒng)檢查實(shí)施方法

3.1 關(guān)鍵作業(yè)面

具體實(shí)施要通過(guò)以下2條路線：

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

線路②：進(jìn)場(chǎng)交通洞→安裝間→主廠房→蝸殼進(jìn)人門→下平洞。

以此線路形成的關(guān)鍵作業(yè)面為進(jìn)水口通氣孔和壓力管道的上下平段。

3.1.1 進(jìn)水口通氣孔布置

進(jìn)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(jìn)水口、壓力管道相關(guān)安全措施具備檢查條件，機(jī)組蝸殼內(nèi)設(shè)備全部清理、人員撤離；

②施工人員通過(guò)通氣孔吊籃和機(jī)組蝸殼進(jìn)人門分別進(jìn)入上下平段，進(jìn)行用電線路接引及現(xiàn)場(chǎng)施工照明的布置；

③采用25 t汽車吊從進(jìn)水口通氣孔將卷?yè)P(yáng)機(jī)、小車等設(shè)備通過(guò)進(jìn)水口通氣孔調(diào)入壓力管道上平段，在上平段裝設(shè)安全圍欄及配備相關(guān)安全設(shè)施；

④在上平段設(shè)置地錨，將卷?yè)P(yáng)機(jī)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?yè)P(yáng)機(jī)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(jìn)人門將攝像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等設(shè)備運(yùn)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(jìn)行逐斷面對(duì)壓力管道下彎段、斜井段、上彎段進(jìn)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(jìn)水塔塔頂，集中入庫(kù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)：

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