压力管道斜井段外观检查摄像系统的技术分析及应用

余海斌

摘 要：文章以实际工程官地水电站为例，重点对压力管道斜井段外观摄像检查系统及其在电站检修中的应用进行分析。供于类似工程参考有一定的价值。

关键词：压力管道；斜井段；摄像检查；实施应用

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）18-0022-02

1 工程概况

官地水电站位于四川省凉山州西昌市与盐源县交界的雅砻江上，东距西昌市直线距离约30 km，是锦屏一、二级电站和二滩电站的中间梯级电站。

官地水电站枢纽主要建筑物由左右岸挡水坝、消力池、右岸引水系统及地下厂房发电系统组成。右岸布置引水发电系统，官地电站共安装4台600 MW机组，总装机容量2 400 MW。压力管道采用单机单管供水，共4条压力管道，每条压力管道内径为11.8 m。每条压力管道分为上平段、上弯段、斜井段、下弯段和下平段。压力管道上平段长85.8 m；斜井段倾角为60度，长 76 m；上弯段转弯半径35.00 m，长36.6 m，为平面转弯；下弯段转弯半径35.00 m，长40.6 m，为空间转弯；下平段长58.6 m～133.9 m（#1～#4机组）。

目前官地电站已处在运行期，笔者所在的官地电站水工维护项目部承担机组检修时对压力管道排空后进行机组压力管道上弯段、斜井段、下弯段管壁的开裂、渗漏水、混凝土掉块等缺陷进行检查。压力管道内为全黑、潮湿、无任何外部通讯信号（移动、联通等）环境，顶部可能有渗水、滴水、刺水、混凝土掉块，下部可能有渗流水等情况，为确保人员安全和检查质量，决定使用压力管道斜井段外观摄像检查系统进行压力管道放空后的缺陷检查。

2 摄像检查系统的技术说明

针对上述合同工作内容及压力管道内整体为全黑、潮湿、无任何外部通讯信号（移动、联通等）的特殊环境、压力管道斜井段倾角为60 °的结构型式等既定条件，人工检查上弯段、斜井段、下弯段难度及安全隐患较大且与官地电厂的安健环要求相违背。对此，决定使用无人小车搭载摄像系统，卷扬系统为提升和牵引动力的总体结构作为压力管道斜井检查的实施工具。

整套检查系统主要包括无人小车、卷扬系统、照明系统、摄像系统和吊篮提升系统，其中吊篮提升系统作为人员、设备和工具进出通气孔的特有工具。摄像系统和照明系统由可拆卸的支架及抱箍等钢构件固定在小车上，整套摄像系统由安装在上车上的电池组进行供电，无外接电缆以保证小车提升、溜放过程中的安全，摄像系统的图像实时观测和记录采用无线AP进行传输，其中无人小车上设置无线AP信号发射装置，上平段内设置无线AP信号接收装置与视频显示终端互联。

具体实施方法：无人小车（2.5 m×2.5 m×0.4 m）自进水口通气孔（6 m×1 m）通过25 t汽车吊运至压力管道上平段内，连接至压力管道上平段内距上弯段20 m处已安装的卷扬系统钢丝绳上，通过卷扬系统将无人小车缓慢溜放至压力管道下平段内，工作人员携带照明系统、摄像系统及固定所需的钢构件等从蜗壳进人门（0.7 m×0.9 m）进入压力管道下平段内，将照明系统和摄像系统固定在无人小车上，开启照明和摄像系统，再通过卷扬系统将无人小车缓慢提升至上平段内，提升过程中，通过无人小车上搭载的摄像系统对压力管道斜井段的全貌进行实时拍摄和影像记录，工作人员在上平段内通过视频显示终端可以对摄像机镜头进行全角度摆动及清晰度调节等操作，以确保对斜井的混凝土状况进行无死角观测。完成后，整套系统在压力管道上平段内拆解、装箱，通过25 t汽车吊和吊篮提升系统运出压力管道。

本套系统在实际应用中的成败，主要取决于以下几个方面：一是摄像系统的无线AP传输和接收距离满足压力管道的实际情况；二是摄像系统摄像头的分辨率和传输的图像品质有观测和分析价值；三是无人小车搭载的摄像、照明和电池组等满足防水要求；四是照明系统能够为摄像系统提供无死角的全断面照明；五是整套系统的安全性保证。综合以上条件，笔者根据摄像系统、电池组和照明系统的实际情况，设计了整套系统，下面简要介绍下整套系统的结构和组成。

2.1 无人小车

小车主体车身采用Ф100×5 mm的不锈钢方管制作，为了保证拉升时小车的整体强度和稳定性，小车制作为焊接配合铆钉锚固的完整体，所有焊点全部满焊，其上支架、抱箍等钢构件可拆装。小车整体尺寸为2 500 mm（长）×2 500 mm（宽）× 400 mm（高），共装设4个实心胶轮（顺水流方向前后排各2个，每只胶轮可承重350 kg），胶轮直径按照小车底板离地高度 30 cm来配置。

在小车上安装金属支架，支架与小车采用螺栓进行连接，可拆卸，用于安装摄像系统和照明系统等设备。用于加固摄像机、照明及电池柜的抱箍等小型构件按实际采购的摄像机及配套设备尺寸制作。全套小车系统总重约1 t，详细计算，见表1，（摄像机等由于重量较小，忽略不计）。

无人小车搭载摄像系统实物，如图1所示。

2.2 卷扬机系统

卷扬机采用地锚固定在上平段距上弯段20 m处，卷扬机外形尺寸：1 545 mm（长）×1 290 mm（宽）×740 mm（高）。荷载为5 t，功率为11 kw，配备直径21.5 mm钢丝绳，地锚采用直径20螺纹钢8根，造孔深度24 cm。卷扬机构造，如图2所示。

卷扬机钢丝绳的安全保证计算：

按照官地电站电厂要求，卷扬机钢丝绳容绳量满足使用要求的情况下，配备最大型号的钢丝绳。综合考虑压力管道上下弯段及斜井总长度约为170 m及卷扬机钢丝绳的安全使用距离及绳筒上预留等因素，至少需要卷扬机容绳量达到240 m。通过上述卷扬机参数计算可得，配备21.5 mm钢丝绳，则卷扬机容绳量可达258 m，满足使用要求。且21.5 mm钢丝绳破断拉力 245.5 kN，压力管道内牵拉按8倍安全系数计算，可承受3.069 t以下重物，远大于小车整体自重1 t，可满足使用要求。通过以上分析，小车整体的安全性可以保证。

2.3 摄像系统

摄像系统采用无线AP装置发射和接收信号，同时可无线遥控摄像机，包括前端摄像单元、无线遥控和无线监看等部分。由于摄像系统使用环境差、不通视、传输强度要求高、质量可靠性要求高，摄像系统部件要求有在相关电站恶劣条件下应用案例的合资或国际名牌。笔者所在项目部通过细致的市场调查、询价以及电厂主管部门询价文件的要求，选择的是我国台湾地区Brickcom公司的产品。该产品的无线AP装置可达到空旷1 000 m、压力管道内350 m的发射和接收距离，镜头为当前国内较高水准的高清摄像头，辅以夜视和补光的功能，能保证洞内传输的图像品质，喷淋实验证明整套摄像系统完全防水，以上三个要素与上文分析的成功要素相呼应，是整套系统成功应用的关键。整套摄像系统不使用外接电源，供电采用的是伊顿UPS标准直流电压96 Vdc（即：每套UPS主机配置8只12 V电池串联为1组），防爆、防淋。单只电池容量：12 V-150 AH，重量35 kg，当前配置满足2 kVA延时8 h后备延时。电池组分装在两个防水电池柜内，UPS主机单独承装在主机箱内，三只箱子按上图（小车实物图）所示固定在小车上。

2.4 进水塔通气孔提升吊篮

根据现场施工需要，在进水塔通气孔处布置一台ZLP630提升吊篮，主要满足人员上下通行，以及其他手持式小型设备垂直运输。ZLP630吊篮由悬吊平台、提升机、安全锁、工作钢丝绳、安全钢丝绳和电气箱及电气控制系统等组成。

2.5 照明系统

使用可充电锂电池防水防爆探照灯，使用抱箍等辅助钢构件固定在小车后部的支架上（详见小车实物图），共配备16只（其中8只泛光，8只聚光），品牌为深圳海洋王，每只探照灯配置4个3 WLED灯（ 探照灯型号为RJW7102A/LT）。通过小车图示的方法进行安装固定，可确保照明无死角。

综上所述，笔者设计的整套无人小车搭载的摄像系统满足在压力管道斜井段内成功应用的关键要素。下面简要介绍一下整套系统在实际应用中的实施方法。

3 摄像系统检查实施方法

3.1 关键作业面

具体实施要通过以下2条路线：

线路①：右高线→EL1 334.0 m上坝公路→进水塔塔顶EL 1 334.0→通气孔→压力管道上平洞；

线路②：进场交通洞→安装间→主厂房→蜗壳进人门→下平洞。

以此线路形成的关键作业面为进水口通气孔和压力管道的上下平段。

3.1.1 进水口通气孔布置

进水口通气孔布置示意图，如图3所示。

3.1.2 上下平段布置

上下平段布置示意图，如图4所示。

3.2 摄像检查步骤

①检查进水口、压力管道相关安全措施具备检查条件，机组蜗壳内设备全部清理、人员撤离；

②施工人员通过通气孔吊篮和机组蜗壳进人门分别进入上下平段，进行用电线路接引及现场施工照明的布置；

③采用25 t汽车吊从进水口通气孔将卷扬机、小车等设备通过进水口通气孔调入压力管道上平段，在上平段装设安全围栏及配备相关安全设施；

④在上平段设置地锚，将卷扬机固定在地锚上，钢丝绳定滑轮安装在上平段末端附近，利用卷扬机将小车经上弯段缓慢溜放至下平段，再人工推至蜗壳段；

⑤工作人员从蜗壳进人门将摄像系统、照明系统等设备运入压力管道蜗壳段。在蜗壳段将摄像系统、照明系统安装在小车上，小车人工推到下弯段末端；

⑥将钢丝绳、小车连接好。下平段内工作人员撤离后，缓慢提升小车上上进行逐断面对压力管道下弯段、斜井段、上弯段进行摄录检查；

⑦检查完毕后，小车提升至压力管道上平段空旷处，就地拆卸，整理装箱，从上平段利用吊篮和25 t汽车吊吊至进水塔塔顶，集中入库。

4 结 语

综上所述，经过在实际中探索与应用，该系统在笔者所在的官地电站已经成功应用，并取得了一定的成就。

参考文献：

[1] 朱家林，王雷，谢长水.大岗山水电站压力管道斜井滑模施工技术分析 [J].中国水能及电气化，2014，（7）.