陳圣錦

（華能瀾滄江水電股份有限公司烏弄龍·里底電廠，云南 迪慶674606）

水電站通常設(shè)置有進(jìn)水口閘門、尾水閘門、溢洪閘門等，其相應(yīng)的檢修門主要使用橋門式起重機(jī)起吊。橋門式起重機(jī)作為水電站重要的閘門操作設(shè)備，且一機(jī)承擔(dān)多扇閘門的操作任務(wù)，傳統(tǒng)的橋門式閘門起重設(shè)備抓梁通常配置有液壓自動穿銷、抓梁就位信號、穿銷位移信號和起吊重量、高度等監(jiān)測裝置，在水下作業(yè)過程中，易發(fā)生抓梁液壓泵站故障、穿銷軸卡塞、穿銷退銷不到位等異常情況，指揮和司機(jī)人員均無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。

當(dāng)前國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對起重機(jī)設(shè)置可視系統(tǒng)沒有具體要求，起重機(jī)安裝初期功能配置存在局限性，傳統(tǒng)閘門起重機(jī)控制功能難以滿足新形勢下的使用需求，故對承擔(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、分層取水疊梁門以及工作攔污柵，由于機(jī)組較多，需要在水下操作的閘門和攔污柵數(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2500kN/1600kN雙向門式起重機(jī)承擔(dān)操作，為安全高效完成繁重的閘門操作任務(wù)，將閘門起重機(jī)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，加裝水下可視監(jiān)視系統(tǒng)，改造抓梁信號傳輸方式，大大提高了閘門操作的可靠性。

1.1 水下監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)的信號功能

閘門起重機(jī)所配置的水下可視監(jiān)視系統(tǒng)由1臺工控機(jī)作為監(jiān)視處理主機(jī)，集合抓梁狀態(tài)信號和視頻監(jiān)視信號，將整合的信號分別傳送至主、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畫面切換，實現(xiàn)各種狀態(tài)模擬信號、數(shù)字信號、視頻信號實時顯示。

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)，配套安裝視頻信號處理主機(jī)、外圍通信接口卡、UPS電源、監(jiān)控儲存硬盤、數(shù)據(jù)交換機(jī)、監(jiān)控觸摸屏、開關(guān)電源等設(shè)備，實現(xiàn)起重機(jī)抓梁各傳感器信號、各視頻信號等信號的集中處理、儲存、通信、顯示、調(diào)閱等多種管理功能，并與現(xiàn)有門機(jī)控制系統(tǒng) PLC 之間進(jìn)行通信，實時讀取門機(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、穿銷同步位移檢測傳感器

改造抓梁原就位、穿銷位移傳感器，采用數(shù)字式WZ-IV型抓梁就位、穿銷位移檢測傳感器，非接觸式測量，指示范圍0～1200mm（可調(diào)），非線性誤差±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IP68，輸出標(biāo)準(zhǔn)RS485通信數(shù)字信號。

數(shù)字式抓梁就位、穿銷軸同步位移檢測傳感器內(nèi)部多個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，非接觸式測量，安裝方便。檢測儀對現(xiàn)場信號進(jìn)行采集，由信號調(diào)理模塊的單片機(jī)處理系統(tǒng)對傳感器信號進(jìn)行分析判斷，處理后直接按輸出標(biāo)準(zhǔn)RS485通信信號供上位機(jī)采集顯示，所有傳感器輸出均掛入RS485總線上進(jìn)行串行通信，因此傳感器接線非常容易，且輸出的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號，信號抗干擾能力極強(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、穿銷同步位移傳感器對抓梁對位、穿銷銷軸運(yùn)行全過程進(jìn)行檢測，整個運(yùn)行監(jiān)測值為線性化，因此其實際顯示也為對全過程的監(jiān)視，可以避免運(yùn)行時諸多不安全因素所帶來的隱患。

閘門起重機(jī)抓梁數(shù)字式就位、位移、就位檢測傳感器相對于采用傳統(tǒng)的干簧式繼電器，具有動作無觸點(diǎn)，檢測位置準(zhǔn)確，范圍廣的特點(diǎn)；相對于電感式位移傳感器，具有輸出信號強(qiáng)，對電源要求低，互換性好，輸出信號處理簡單的優(yōu)點(diǎn)；相對于電位器式位移傳感器，具有防水處理可靠簡單，無轉(zhuǎn)動部件，無需潤滑等特點(diǎn)。此外，它能很好地解決了高水壓工作狀態(tài)下的防水問題和多泥沙問題。

2.3 視頻系統(tǒng)

由于閘門起重機(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)視攝像頭采用專業(yè)監(jiān)控鏡頭、CCD傳感器、索尼700線主板、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)實際程序掃描周期：≤100ms，儲存時間：60個工作日；系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行時間：7×24h，平均年故障時間：≤3d，平均故障修復(fù)時間：≤10min。

視頻儲存選用?？低旸S7216HW型視頻儲存錄像機(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路同時回放，支持24h全天運(yùn)行，數(shù)據(jù)儲存不少于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，多比例多畫面信號切換，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軸同步位移傳感器、抓梁就位傳感器、攝像頭等信號傳輸以及抓梁液壓泵站操作動力電源輸送，型號為SXFG16×1.5+SYV75-1+1×2.5（鋼），電壓等級 0.6/1kV，采用專用信號傳輸4芯電纜，帶鋼芯，集動力電源、信號傳輸為一體的復(fù)合船用電纜。

2.5 新型防水密封接線盒和防水插頭、插座

深水密封接線盒是閘門起重機(jī)抓梁上各種電纜和信號線的中轉(zhuǎn)裝置。一機(jī)多門的配置方式下，由于不同的門葉而需要更換與之匹配的抓梁，起重機(jī)在進(jìn)行閘門操作時，抓梁的動力電源及信號裝置電纜需要經(jīng)常插拔，且水下作業(yè)環(huán)境特殊，插座、插頭長時間暴露在外，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，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)，所以深水密封接線盒、防水插頭、插座、深水電纜的設(shè)計和密封工藝顯得極為重要。

根據(jù)水電站閘門起重機(jī)的特點(diǎn)，更換原抓梁接線盒，采用新型不銹鋼深水密封防水接線盒。深水密封接線盒一體加工成型，內(nèi)部通過焊接及螺栓緊固組裝而成，其結(jié)構(gòu)分為密封倉、密封倉蓋板、密封轉(zhuǎn)接頭、電纜密封接頭和○型密封圈等幾個部分，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。密封倉與蓋板間選用進(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，安裝時使用高壓泵進(jìn)行耐壓試驗，當(dāng)水壓達(dá)20kgf/cm2時，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，在密封接線盒內(nèi)部設(shè)置浸水傳感器，以便實時監(jiān)測密封接線盒內(nèi)潮濕狀況，防止密封接線盒裝置因潮濕短路導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓，及時提醒對密封接線盒進(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進(jìn)口軍工級專用防水插頭、插座，法國法碼通M系列水下連接器，性能可靠，壽命長。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)置五鍵防錯插，螺紋鎖緊，可拆卸式結(jié)構(gòu)，半防斜插插配，有利于對接觸件的保護(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、穿銷位移傳感器，更換防水接線盒，根據(jù)自動抓梁液壓裝置以及其他電子附件的控制要求，現(xiàn)場重新布線接線和封裝。抓梁隨行深水電纜需要在出廠前進(jìn)行插頭接線封裝，完成絕緣試驗，安裝現(xiàn)場直接更換和進(jìn)行隨行同步性調(diào)整。數(shù)字式抓梁就位、穿銷位移傳感器的數(shù)字信號傳輸至抓梁防水密封接線盒內(nèi)，掛入RS485信號總線傳輸?shù)焦た刂鳈C(jī)，將新系統(tǒng)控制輸出信號并入門機(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實時動作模擬圖。

根據(jù)抓梁監(jiān)視的要求，在抓梁穿銷接力器油缸正上方安裝一個攝像頭，監(jiān)視穿銷同步位移滑塊的走位、就位、回位的實時位置狀態(tài)。在抓梁吊耳側(cè)面安裝一個攝像頭，監(jiān)視抓梁就位及就位傳感器的實時狀態(tài)。在抓梁吊耳正面安裝一個攝像頭，監(jiān)視穿銷軸抓門時實際就位狀態(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，抓梁本體布線全部使用鋼套管整體布置。各個攝像頭的視頻信號傳輸至抓梁防水密封接線盒內(nèi)的視頻發(fā)送器，視頻發(fā)送器將多路視頻合成1路視頻信號輸出，通過抓梁隨行深水電纜傳輸?shù)焦た刂鳈C(jī)，在主、副司機(jī)室觸摸屏上可實時監(jiān)視抓梁作業(yè)的狀態(tài)。

圖2 安裝及走線示意圖

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

4 結(jié)語

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)的實時狀態(tài)，避免發(fā)生盲目操作，提高了閘門操作的正確性，在出現(xiàn)設(shè)備故障等突發(fā)狀況時，根據(jù)視頻影像做出準(zhǔn)確判斷，有針對性地制訂解決方案，有效降低水電站閘門起重機(jī)水下作業(yè)風(fēng)險。