水下監(jiān)視系統(tǒng)在水電站閘門(mén)起重機(jī)的應(yīng)用

陳圣錦

（華能瀾滄江水電股份有限公司烏弄龍·里底電廠(chǎng)，云南 迪慶674606）

水電站通常設(shè)置有進(jìn)水口閘門(mén)、尾水閘門(mén)、溢洪閘門(mén)等，其相應(yīng)的檢修門(mén)主要使用橋門(mén)式起重機(jī)起吊。橋門(mén)式起重機(jī)作為水電站重要的閘門(mén)操作設(shè)備，且一機(jī)承擔(dān)多扇閘門(mén)的操作任務(wù)，傳統(tǒng)的橋門(mén)式閘門(mén)起重設(shè)備抓梁通常配置有液壓自動(dòng)穿銷(xiāo)、抓梁就位信號(hào)、穿銷(xiāo)位移信號(hào)和起吊重量、高度等監(jiān)測(cè)裝置，在水下作業(yè)過(guò)程中，易發(fā)生抓梁液壓泵站故障、穿銷(xiāo)軸卡塞、穿銷(xiāo)退銷(xiāo)不到位等異常情況，指揮和司機(jī)人員均無(wú)法直接觀察到抓梁在水下的狀態(tài)，冒然操作則大大增加起重作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)起重機(jī)設(shè)置可視系統(tǒng)沒(méi)有具體要求，起重機(jī)安裝初期功能配置存在局限性，傳統(tǒng)閘門(mén)起重機(jī)控制功能難以滿(mǎn)足新形勢(shì)下的使用需求，故對(duì)承擔(dān)水下作業(yè)的起重機(jī)進(jìn)行改造和優(yōu)化，增設(shè)水下可視監(jiān)視功能，完善系統(tǒng)功能具有重要意義。

1 水電站閘門(mén)起重機(jī)水下監(jiān)視系統(tǒng)介紹

某大型水電站進(jìn)水口設(shè)置有機(jī)組壓力管道進(jìn)口檢修門(mén)、分層取水疊梁門(mén)以及工作攔污柵，由于機(jī)組較多，需要在水下操作的閘門(mén)和攔污柵數(shù)量達(dá)1020多節(jié)，每年必須進(jìn)行的常規(guī)啟閉操作達(dá)到600節(jié)/次以上，且僅配置1臺(tái)2500kN/1600kN雙向門(mén)式起重機(jī)承擔(dān)操作，為安全高效完成繁重的閘門(mén)操作任務(wù)，將閘門(mén)起重機(jī)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，加裝水下可視監(jiān)視系統(tǒng)，改造抓梁信號(hào)傳輸方式，大大提高了閘門(mén)操作的可靠性。

1.1 水下監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)的信號(hào)功能

閘門(mén)起重機(jī)所配置的水下可視監(jiān)視系統(tǒng)由1臺(tái)工控機(jī)作為監(jiān)視處理主機(jī)，集合抓梁狀態(tài)信號(hào)和視頻監(jiān)視信號(hào)，將整合的信號(hào)分別傳送至主、副司機(jī)室內(nèi)的液晶觸摸顯示屏，在液晶觸摸顯示屏上可通過(guò)畫(huà)面切換，實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、視頻信號(hào)實(shí)時(shí)顯示。

圖1 系統(tǒng)配置圖

2 水下監(jiān)視系統(tǒng)的配置

2.1 主機(jī)系統(tǒng)

新增1套水下可視監(jiān)視系統(tǒng)工控機(jī)，獨(dú)立使用1個(gè)控制柜，安裝于起重機(jī)電氣室內(nèi)。主機(jī)系統(tǒng)配置研華UNO-3072A工控機(jī)，配套安裝視頻信號(hào)處理主機(jī)、外圍通信接口卡、UPS電源、監(jiān)控儲(chǔ)存硬盤(pán)、數(shù)據(jù)交換機(jī)、監(jiān)控觸摸屏、開(kāi)關(guān)電源等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)抓梁各傳感器信號(hào)、各視頻信號(hào)等信號(hào)的集中處理、儲(chǔ)存、通信、顯示、調(diào)閱等多種管理功能，并與現(xiàn)有門(mén)機(jī)控制系統(tǒng) PLC 之間進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)讀取門(mén)機(jī)控制系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)、狀態(tài)，進(jìn)行集中管理。

2.2 抓梁就位、穿銷(xiāo)同步位移檢測(cè)傳感器

改造抓梁原就位、穿銷(xiāo)位移傳感器，采用數(shù)字式WZ-IV型抓梁就位、穿銷(xiāo)位移檢測(cè)傳感器，非接觸式測(cè)量，指示范圍0～1200mm（可調(diào)），非線(xiàn)性誤差±0.05%FS，分辨率0.002%FS，工作電壓電流為DC24V，4～20mA，工作溫度 -40～+85 ℃，防護(hù)等級(jí)IP68，輸出標(biāo)準(zhǔn)RS485通信數(shù)字信號(hào)。

數(shù)字式抓梁就位、穿銷(xiāo)軸同步位移檢測(cè)傳感器內(nèi)部多個(gè)磁傳感器和電子芯片集成一體，包括工業(yè)單片機(jī)、RS485接口芯片、隔離電源等，非接觸式測(cè)量，安裝方便。檢測(cè)儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行采集，由信號(hào)調(diào)理模塊的單片機(jī)處理系統(tǒng)對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行分析判斷，處理后直接按輸出標(biāo)準(zhǔn)RS485通信信號(hào)供上位機(jī)采集顯示，所有傳感器輸出均掛入RS485總線(xiàn)上進(jìn)行串行通信，因此傳感器接線(xiàn)非常容易，且輸出的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，信號(hào)抗干擾能力極強(qiáng)。傳感器外殼使用特殊金屬材料精密加工處理，具靈敏度高、防水防銹蝕、機(jī)械強(qiáng)度好的特點(diǎn)，能適應(yīng)強(qiáng)水流沖擊、高水壓、高泥沙等惡劣環(huán)境。抓梁就位、穿銷(xiāo)同步位移傳感器對(duì)抓梁對(duì)位、穿銷(xiāo)銷(xiāo)軸運(yùn)行全過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)，整個(gè)運(yùn)行監(jiān)測(cè)值為線(xiàn)性化，因此其實(shí)際顯示也為對(duì)全過(guò)程的監(jiān)視，可以避免運(yùn)行時(shí)諸多不安全因素所帶來(lái)的隱患。

閘門(mén)起重機(jī)抓梁數(shù)字式就位、位移、就位檢測(cè)傳感器相對(duì)于采用傳統(tǒng)的干簧式繼電器，具有動(dòng)作無(wú)觸點(diǎn)，檢測(cè)位置準(zhǔn)確，范圍廣的特點(diǎn)；相對(duì)于電感式位移傳感器，具有輸出信號(hào)強(qiáng)，對(duì)電源要求低，互換性好，輸出信號(hào)處理簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)；相對(duì)于電位器式位移傳感器，具有防水處理可靠簡(jiǎn)單，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，無(wú)需潤(rùn)滑等特點(diǎn)。此外，它能很好地解決了高水壓工作狀態(tài)下的防水問(wèn)題和多泥沙問(wèn)題。

2.3 視頻系統(tǒng)

由于閘門(mén)起重機(jī)抓梁通常在水下工作，監(jiān)視攝像頭的防水要求和攝像輔助照明要求較高，水下監(jiān)視攝像頭采用專(zhuān)業(yè)監(jiān)控鏡頭、CCD傳感器、索尼700線(xiàn)主板、新一代陣列LED白光燈和密封外殼防水?dāng)z像頭，防護(hù)等級(jí)IP66，潛水深度120m，分辨率（水平中心）為 700～1200TVL，有效像素PAL：976H×582V，NTSC：976H×494V，信號(hào)制式為PAL/NTSC，最低照度0.01LUX/f1.2，視頻輸出幅度1.0Vp～p/75Ω，工作溫度 -20～60℃。

視頻系統(tǒng)實(shí)際程序掃描周期：≤100ms，儲(chǔ)存時(shí)間：60個(gè)工作日；系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間：7×24h，平均年故障時(shí)間：≤3d，平均故障修復(fù)時(shí)間：≤10min。

視頻儲(chǔ)存選用?？低旸S7216HW型視頻儲(chǔ)存錄像機(jī)，功能齊全，性能穩(wěn)，支持16路視頻輸入，1路 RCA，錄像畫(huà)質(zhì) PAL：720×576，NTSC：720×480，回放質(zhì)量 PAL：352×288（CIF），NTSC：352×240（CIF），支持8路同時(shí)回放，支持24h全天運(yùn)行，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存不少于168h。

主、副司機(jī)室觸摸屏選用AOC 27英寸高分辨率液晶顯示器，多比例多畫(huà)面信號(hào)切換，多點(diǎn)觸摸操作更流暢。顯示屏壁掛于司機(jī)室側(cè)面，司機(jī)可隨手操作顯示屏以便監(jiān)視抓梁在水下的狀態(tài)。

2.4 抓梁隨行深水電纜

抓梁隨行深水電纜用于穿銷(xiāo)軸同步位移傳感器、抓梁就位傳感器、攝像頭等信號(hào)傳輸以及抓梁液壓泵站操作動(dòng)力電源輸送，型號(hào)為SXFG16×1.5+SYV75-1+1×2.5（鋼），電壓等級(jí) 0.6/1kV，采用專(zhuān)用信號(hào)傳輸4芯電纜，帶鋼芯，集動(dòng)力電源、信號(hào)傳輸為一體的復(fù)合船用電纜。

2.5 新型防水密封接線(xiàn)盒和防水插頭、插座

深水密封接線(xiàn)盒是閘門(mén)起重機(jī)抓梁上各種電纜和信號(hào)線(xiàn)的中轉(zhuǎn)裝置。一機(jī)多門(mén)的配置方式下，由于不同的門(mén)葉而需要更換與之匹配的抓梁，起重機(jī)在進(jìn)行閘門(mén)操作時(shí)，抓梁的動(dòng)力電源及信號(hào)裝置電纜需要經(jīng)常插拔，且水下作業(yè)環(huán)境特殊，插座、插頭長(zhǎng)時(shí)間暴露在外，容易引起氧化，造成電氣部分接觸不良。抓梁在水下作業(yè)時(shí)，如果深水插頭、插座以及深水電纜轉(zhuǎn)接部位的密封工藝處理不當(dāng)，會(huì)引起插頭進(jìn)水而燒損電纜，甚至損壞整套系統(tǒng)，所以深水密封接線(xiàn)盒、防水插頭、插座、深水電纜的設(shè)計(jì)和密封工藝顯得極為重要。

根據(jù)水電站閘門(mén)起重機(jī)的特點(diǎn)，更換原抓梁接線(xiàn)盒，采用新型不銹鋼深水密封防水接線(xiàn)盒。深水密封接線(xiàn)盒一體加工成型，內(nèi)部通過(guò)焊接及螺栓緊固組裝而成，其結(jié)構(gòu)分為密封倉(cāng)、密封倉(cāng)蓋板、密封轉(zhuǎn)接頭、電纜密封接頭和○型密封圈等幾個(gè)部分，轉(zhuǎn)接頭和電纜接頭采用深水防水插接件，性能可靠，壽命長(zhǎng)。密封倉(cāng)與蓋板間選用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)丁晴橡膠○型密封圈密封，安裝時(shí)涂抹密封膠，提高其密封性能。電纜接頭采用軟橡膠彈性柱壓式密封，壓迫脹緊力達(dá)到30kgf/cm2，安裝時(shí)使用高壓泵進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，當(dāng)水壓達(dá)20kgf/cm2時(shí)，相當(dāng)于水下200m的壓力，接頭處未出現(xiàn)浸水跡象為合格。為加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，在密封接線(xiàn)盒內(nèi)部設(shè)置浸水傳感器，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密封接線(xiàn)盒內(nèi)潮濕狀況，防止密封接線(xiàn)盒裝置因潮濕短路導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓，及時(shí)提醒對(duì)密封接線(xiàn)盒進(jìn)行維護(hù)。

將原抓梁隨行深水電纜的防水插接件改造為法國(guó)進(jìn)口軍工級(jí)專(zhuān)用防水插頭、插座，法國(guó)法碼通M系列水下連接器，性能可靠，壽命長(zhǎng)。新型防水插接件殼體采用青銅制成，接觸件采用黃銅焊接接觸件，鎳基層鍍金，絕緣體采用PTFE或PCTFE，具有適用溫度范圍廣、耐油、耐酒精、耐海水、各種氣體以及各種酸等特點(diǎn)。插接件設(shè)置五鍵防錯(cuò)插，螺紋鎖緊，可拆卸式結(jié)構(gòu)，半防斜插插配，有利于對(duì)接觸件的保護(hù)。

3 水下監(jiān)視系統(tǒng)的布置和安裝

將水下抓梁原位置直接更換新型數(shù)字式抓梁就位、穿銷(xiāo)位移傳感器，更換防水接線(xiàn)盒，根據(jù)自動(dòng)抓梁液壓裝置以及其他電子附件的控制要求，現(xiàn)場(chǎng)重新布線(xiàn)接線(xiàn)和封裝。抓梁隨行深水電纜需要在出廠(chǎng)前進(jìn)行插頭接線(xiàn)封裝，完成絕緣試驗(yàn)，安裝現(xiàn)場(chǎng)直接更換和進(jìn)行隨行同步性調(diào)整。數(shù)字式抓梁就位、穿銷(xiāo)位移傳感器的數(shù)字信號(hào)傳輸至抓梁防水密封接線(xiàn)盒內(nèi)，掛入RS485信號(hào)總線(xiàn)傳輸?shù)焦た刂鳈C(jī)，將新系統(tǒng)控制輸出信號(hào)并入門(mén)機(jī)控制系統(tǒng)相應(yīng)保護(hù)回路和主、副司機(jī)室觸摸屏上抓梁抓門(mén)實(shí)時(shí)動(dòng)作模擬圖。

根據(jù)抓梁監(jiān)視的要求，在抓梁穿銷(xiāo)接力器油缸正上方安裝一個(gè)攝像頭，監(jiān)視穿銷(xiāo)同步位移滑塊的走位、就位、回位的實(shí)時(shí)位置狀態(tài)。在抓梁吊耳側(cè)面安裝一個(gè)攝像頭，監(jiān)視抓梁就位及就位傳感器的實(shí)時(shí)狀態(tài)。在抓梁吊耳正面安裝一個(gè)攝像頭，監(jiān)視穿銷(xiāo)軸抓門(mén)時(shí)實(shí)際就位狀態(tài)。要求攝像頭支撐支架焊接和攝像頭安裝牢固，監(jiān)視位置準(zhǔn)確，抓梁本體布線(xiàn)全部使用鋼套管整體布置。各個(gè)攝像頭的視頻信號(hào)傳輸至抓梁防水密封接線(xiàn)盒內(nèi)的視頻發(fā)送器，視頻發(fā)送器將多路視頻合成1路視頻信號(hào)輸出，通過(guò)抓梁隨行深水電纜傳輸?shù)焦た刂鳈C(jī)，在主、副司機(jī)室觸摸屏上可實(shí)時(shí)監(jiān)視抓梁作業(yè)的狀態(tài)。

圖2 安裝及走線(xiàn)示意圖

安裝結(jié)束，分別對(duì)各路信號(hào)調(diào)試，最終進(jìn)行抓梁空載水中穿、退銷(xiāo)試驗(yàn)及帶門(mén)水中綜合試驗(yàn)，確保新系統(tǒng)安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

水下可視監(jiān)視系統(tǒng)的投入使用，起重司機(jī)可全面、精確掌握抓梁在水下作業(yè)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，避免發(fā)生盲目操作，提高了閘門(mén)操作的正確性，在出現(xiàn)設(shè)備故障等突發(fā)狀況時(shí)，根據(jù)視頻影像做出準(zhǔn)確判斷，有針對(duì)性地制訂解決方案，有效降低水電站閘門(mén)起重機(jī)水下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。