水下攝像頭在水輪發電機組檢修中的應用

熊金華，劉曉軍

(云南大唐國際李仙江流域水電開發有限公司，云南 江城 654814)

水下攝像頭在水輪發電機組檢修中的應用

熊金華，劉曉軍

(云南大唐國際李仙江流域水電開發有限公司，云南 江城 654814)

云南大唐國際李仙江流域水電開發有限公司，運營管理李仙江干流崖羊山、石門坎、龍馬、居甫渡、戈蘭灘和土卡河六個梯級水電站，機組檢修成了公司每年都需要面對的問題。文章介紹了水下攝像頭在水輪發電機組檢修中的應用，闡述了其優、缺點，對水下攝像頭的應用實例及其經濟效益進行分析，就水下攝像頭的優勢進行了展望。

機組檢修；水下攝像頭；閘門滲漏；應用；優勢

0 前 言

云南大唐國際李仙江流域水電開發有限公司，運營管理李仙江干流崖羊山、石門坎、龍馬、居甫渡、戈蘭灘和土卡河六個梯級水電站，機組檢修成了我公司每年都需要面對的問題。電廠檢修工作必須如期完成。

然而在實際工作中，恢復機組檢修安全措施時總是會遇到進水口工作閘門漏水、尾水管檢修閘門漏水、閘門關閉和提起受阻等現象，由此嚴重影響檢修工作、延誤檢修工期、增加了檢修成本[1-2]。

經過分析和探索，采用水下攝像頭可以及時、有效發現閘門關閉不嚴、閘門提起受阻、閘門邊緣異物卡塞等原因。

它所傳遞的圖像信息可以輔助工作人員正確判斷決策、合理爭取檢修時間，能輔助檢修人員及時排除水下故障，保證機組檢修工作順利進行，最大限度地減少因水下堵漏、水下檢查等工作所需的開支，為公司節省大量資金[3-5]。

1 布置和恢復安全措施過程中常遇到的問題

檢修結束后安全措施恢復過程中進水閘門、尾水閘門提起受阻，致使機組恢復時間被延誤。為有效查找上述問題，認真總結公司2008年—2013年16臺機組修后安全措施恢復過程，發現常遇到的問題如下：

1)提起尾水檢修閘門時抓梁導向筒與閘門定位桿錯位，無法完成提門工作。

2)提起尾水檢修閘門時抓梁穿銷受阻。

3)提起閘門過程中水下鋼絲繩纏繞抓梁。

4)在抓梁與閘門穿銷過程中出現單邊穿銷現象。

5)液壓抓梁穿銷成功，但傳感器信號誤報等現象。

2 水輪發電機組檢修安全措施布置和恢復常見問題的一般處理方法及分析

在多年的水輪發電機組檢修過程中上述問題總是不可避免地出現在檢修管理人員面前，給檢修工作提出了嚴峻的考驗。

很多技術人員也在不斷分析和探索，然而卻始終沒有找到有效的應對措施，通過總結經驗，水輪發電機組檢修人員針對布置和恢復安全措施過程中常遇見的問題通常采取以下措施：

1)遇到閘門關閉不嚴出現漏水時，通常反復提、落閘門以及左右移動啟閉設備，使閘門重新落到合適位置，從而消除漏點[6-7]。

2)當機組檢修后恢復安全措施過程中，遇到尾水閘門啟閉機抓梁導向筒與尾水閘門定位桿錯位時，常常反復左右移動閘門啟閉機和抓梁的位置來重新定位。

3)提起檢修閘門時抓梁穿銷受阻多表現為抓梁穿銷與閘門吊耳錯位、銷子被卡在閘門吊耳上、單側穿銷成功等現象，遇到此類現象時危險性極大，常常通過反復起落抓梁、反復退銷、穿銷等方法嘗試，此過程中若單邊穿銷成功且穿銷信號異常時操作人員將無法正確判斷穿銷成功否[8-9]。

此時若輕易提門會造成閘門在門槽中傾斜甚至卡在門槽內，輕則造成啟閉設備過載損壞，重則可能引發安全事故。

上述常用的處理方法存在著極大的盲目性，常規處理方法效率低而且容易影響工期，更嚴重的是出現閘門單邊穿銷提門、鋼絲繩纏繞抓梁提門時引發的安全事故。

此類安全事故的危害性曾經在2008年居甫渡水電廠基建調試期、2007年土卡河基建調試期得到驗證。

這些常見問題如果通過一般處理方法解決不了則必須請潛水員，如此一來是費用過高，目前最低費用約為每天2萬元，而且潛水服務費用也一直在上漲，就流域公司16臺機組如果在檢修過程中都遇到上述情況時請潛水員所需的費用可想而知。水電站多處偏遠而且交通不便之地，一般潛水員從駐地到電廠所需的時間較長，嚴重耽誤工期。

結合多年來潛水員下水檢查的結果分析，在水輪發電機組檢修過程中布置、恢復安全措施時常遇見的問題原因主要為：

1)提起檢修閘門時抓梁穿銷受阻，主要原因是抓梁穿銷機構降落位置與閘門吊孔不一致所致，主要表現為抓梁降落不到位、吊孔與穿銷機構錯位、抓梁左右傾斜等[10]。

2)檢修閘門抓梁導向筒和閘門定位桿錯位，原因為抓梁前后兩側傾斜使導向桶不垂直，抓梁下降就位后導向桶與定位桿在+Y、-Y向錯位，不能正確定位；啟閉機停靠位置偏移，加上門槽+X、-X向間隙偏大，抓梁下降到位后定位銷與定位桿在+X、-X向出現錯位，只要準確掌握具體錯位情況并稍加調整即可。

3)閘門漏水多為底水封被異物卡塞所致，主要是閘門下降過程中流道底部的泥沙、石頭等雜物未清除，閘門下落后在流道與閘門水封間形成間隙，從而漏水[11-12]。

因此只要準確把握問題之所在便可及時有效地消除障礙，可以爭取更多的操作時間，確保水輪發電機組檢修工作的順利進行，甚至可以免去因為請潛水員所需要的大筆開支。

鑒于上述考慮，2012年該公司采用了水下釣魚用攝像頭，在2013年檢修過程中公司所屬土卡河水電廠使用水下攝像頭檢查8次，借助該設備處理的問題達4次，及時發現問題、提供正確判斷決策依據5次，爭取檢修工期5 d，節省潛水開支8萬余元；在居甫渡水電廠檢修過程中成功協助處理尾水閘門抓梁穿銷不成功1次，共節省費用約2萬元；在龍馬水電廠檢修過程中使用該設備3次，及時發現問題2處，直接爭取檢修工期3 d，節省費用2萬元。

由此看來，僅2013年度檢修過程中就直接節省資金約12萬元、爭取檢修工期8 d，以此類推，公司在每年的檢修中至少直接節約10萬元以上經濟開支，間接節省了因為上述問題延誤工期而被電網考核的費用，有效避免了因為被考核通報而給公司造成的負面影響。

3 水下攝像頭的應用及優勢

水下攝像頭具有良好的防水性、耐腐蝕性以及陸地操作方便和深度屏幕顯示等特點。可有效將人類視線延伸到水下，從而將水下的圖像清晰傳遞給技術人員分析處理，可以準確找出問題之所在，幫助操作人員及時排除異常。

當水電廠運行人員在布置或恢復安全措施過程中發現異常時可將水下攝像頭安裝于相應位置隨著閘門、抓梁等潛入水中，從而觀察到水下相應的情況(安裝示意見圖1)。

在實際工作中關閉檢修閘門時常常遇到關閉不嚴的現象，此時將水下攝像頭安裝于閘門上并隨之進入水中，可以有效觀察到閘門底水封的接觸面是否平整、是否存在異物、流道底部變形等狀況，若存在異常可及時處理。

假如需要對門槽檢查時可適當調整攝像頭的安裝位置便可對門槽由上而下全面檢查；機組檢修結束恢復安全措施階段通常會遇到檢修閘門抓梁導向筒與閘門定位桿錯位、穿銷不到位等現象致使提門受阻，無法及時恢復機組。

此時可將水下攝像頭安裝于啟閉機抓梁上，隨著抓梁逐漸潛入水中可全面觀察到閘門和抓梁定位系統定位的準確性、穿銷的動作情況，發現異常及時糾正，有效排除故障，可大大提高恢復的速度和效率。

圖1安裝示意圖

水下攝像頭有著自己獨特的優點但也存在自身的不足，主要體現在以下3個方面：

1)遇到渾濁的水流時傳回的圖像模糊，對需要檢測的部位不能很好的觀察，甚至看不到。

2)簡易的水下攝像頭只能預裝在固定部位，不能在操作人員的控制下在一定范圍內巡回檢查，效率不夠高。

3)水下攝像頭預裝在閘門上，潛水過程中可能與其它物體碰撞造成損壞。

盡管水下攝像頭存在著一些不足，但是作為故障排除的輔助設備對水輪發電機組的檢修工作起著積極的作用。

水輪發電機組是靠河道來水發電，枯水季節缺水，電網一般安排枯水期水輪機組維修，此期間水質清澈，幾乎不影響視線，同時多數水電站已修建水庫，水中的含沙量多已沉降于水庫底。

云南大唐國際李仙江流域6個梯級電站庫區運行情況足以說明這一點，因此水庫水質優良，很少遇到檢修期水流渾濁現象，有效避免了因水流渾濁只是攝像頭無法觀測被測設備的缺點。

針對水下攝像頭不能在預訂范圍內游動巡回檢查、效率不夠高、易受碰撞等問題，可以根據各電站的實際情況采用水下機器人或者加裝水下攝像頭保護設施等給予完善。

4 結 論

水下攝像頭的最大優點是直觀、真實地反映水下所存在的問題，且普通水下攝像頭價格適中，適合于多數水電廠采用，在解決水力工程中的水下問題有著特殊優勢，也是在不改變電廠已有基礎設備的前提下，協助排除水電站機組檢修過程中常見水下問題行之有效的方法。該設備在公司的使用中取得了成功，它在水輪發電機組檢修過程中具有很高的應用價值，是協助檢修人員處理水下問題的有效工具。

從引進使用后的效果來看，它投入低，效益高，經濟效益顯著，在節省開支和爭取機組檢修工期方面起著積極的作用。可通過進一步完善、提高后推廣到其它水電站機組檢修乃至其它水力樞紐中應用。

[1]劉細龍.閘門與啟閉設備[M].北京:中國水利水電出版社，2003：37-41.

[2]盛國林.水電站機組設備及運行[M].北京:化學工業出版社，2010：59-62.

[3]鐘登華.水利工程施工(第5版)[M].北京:中國水利水電出版社，2009：79-81.

[4]朱大奇.水下機器人故障診斷與容錯控制技術[M].北京：國防工業出版社，2012：135-139.

[5]王桃，劉小兵，賴喜德，宋文武，魏啟能.寶珠寺水電廠水輪發電機組檢修多媒體仿真系統的研制[J].大電機技術，2005(04)：45-47.

[6]魏佳芳，鄭源，李效旭，張智.軸流轉漿式水輪發電機組檢修仿真與實訓系統[J].水電能源科學，2012,30(06)：141-143.

[7]胡成學，李澤彥，陸明.立式水輪發電機組檢修中軸線找正的探討[J].水電能源科學，2005,23(03)：86-88.

[8]吳洪飛，姚登峰，李延舟.巨型混流式水輪發電機組檢修排水方式探討[J].水電站機電技術，2012,35(05)：21-23.

[9]田維揚.李官電站軸流轉漿式水輪發電機組檢修綜述[J].貴州水力發電，2000,14(03)：60-62.

[10]劉華康.淺談水輪發電機組的檢修特點及檢修周期[J].甘肅科技，2010,26(12)：37-38.

[11]馬元，欒寧，管增輝.便攜式水下機器人硬件系統設計[J].現代電子技術，2013,36(21)：100-102.

[12]蔡立，趙成先，田雪竹，朱寶榮.北疆某重力壩高水頭條件下更壞底孔沖水閥措施研究[J].水利水電技術，2013,44(07)：51-53.

1007-7596(2014)12-0209-03

2014-09-23

熊金華(1983-)，男，云南金平人，助理工程師，研究方向為水利機械；劉曉軍(1966-)，男，陜西安康人，工程師，研究方向為水輪機及金屬結構。

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