电力工井多功能勘测工具的研发与应用

电力工井多功能勘测工具的研发与应用

佟羽乔

身份证号码：150105199404152125

摘要：电力工井内作业属于有限空间作业，为保障工作人员人身安全、提高作业效率，研发了一种可代替工作人员下入工井作业的电力工井多功能勘测工具。工作人员可于地面操作该工具完成检（抢）修勘探、施工验收、电缆测温、深度测量、气体检测等各类工作。通过与传统下井工作模式对比，该工具在有效规避进入电力工井所带来的有限空间作业风险的同时，可大幅提升作业效率。

关键词：电力工井；有限空间作业；多功能勘测；效率提升

随着我国城市化建设的推进，城市电网亦开展大规模改造，用于连接电缆通道的电力工井应用越来越广泛，以某地级市为例，现直供区管辖电力工井超5000座。电力工井属于一种地下有限空间，其内作业不可避免的会面临中毒、缺氧窒息、燃爆、淹溺、高处坠落、触电、物体打击、坍塌、掩埋、高温高湿等安全风险，在某些质量较差的工井，上述风险可能共存，并具有隐蔽性和突发性。井下作业项目主要包括工井及所敷设电缆验收、资料获取、电缆敷设、运维巡视、故障点查找等工作，除电缆敷设等少量项目确需井下完成，其他项目如能准确获取工井内实时影像资料，则无下井工作必要。

1结构设计

1.1机械动作单元

机械动作单元主要承担信息采集设备上下进出工井及工井内延展动作功能，作为摄像、测温、测距等设备动作载体，包含纵向伸缩部分及横向动作部分。综合考虑伸缩长度、动作速度、载荷大小、直径、走线方式及制造成本等方面，纵向伸缩部分设计一种竹节式伸缩杆，具备一定稳定度的同时可实现快速有效动作，于内部布置管线槽，可管内穿线，美观的同时增强防水性及防意外破坏性；综合考虑臂展长度、承载力、动作方式、技术难度及制造成本等方面，横向动作部分设计一种双轴精密摆动机构，由直流电机搭配谐波减速机进准定位，定为精准、启停平稳，可有效搭载各信息采集设备动作至目标点位。考虑电力工井下无线信号传输困难，纵向及横向动作部分的动力及数据传输均设计为有线控制，均为内置走线。

1.2采集传输单元

采集传输单元主要承担井内影像、电缆及环境温度、气体含量、高度测量等信息的采集及传输功能，作为采集工井内各类信息的主体，其需具备准确无误采集并上传功能，包含采集部分及传输部分。综合考虑夜视环境、设备自重、防潮防水性能、成本控制等方面，采集部分分别设计采用海康威视的DS-2CD2766FWDV2-IZS球形机实现井内影像采集功能，采用TOPRIE的H2红外热成像测温仪实现电缆及环境温度测量功能，采用Honeywell的MaxXTII四合一泵吸式气体检测仪实现井内有毒有害气体及氧气含量检测功能，采用超声波测距传感器实现实时测距功能；传输部分主要包含电源线、通讯线及气体检测用软管等，综合考虑操作复杂度、美观性、防潮防水性能、等方面，传输部分使用管内穿线方式，并设计一种收线器用于收纳各类型管线。

1.3地面支撑单元

地面支撑单元主要承担机械动作单元与采集传输单元的控制、动力供给、图像显示与信息存储、固定支撑等功能，作为中枢控制及显示系统，其需具备精确控制、高清显示、稳定支撑的功能，包含控制及显示部分、动力部分、设备支撑部分。综合考虑设备体积、有线接口、开发难度、综合成本等方面，控制及显示部分设计使用工控电脑搭配8存电容屏的组合；综合考虑便携性、容量、便适用性等方面，动力供给部分设计使用PERCON的Q300移动电源；综合考虑操作便携度、支撑牢固、易移动等方面，设计一种三角架形式支撑架，并搭配移动滚轮。

2参数功能

该电力工井多功能勘测工具纵向竹节式伸缩杆有效行程4000mm，超出绝大部分电力工井井筒长度，满足勘探使用条件，可由井上电动按键控制，按键伸缩、松开即止，可于任意位置停止；双轴机械臂摆臂范围芏1000mm，与纵向竹节式伸缩杆配合使用，可越过电缆拍摄，具备越障功能，可由井上电动摇杆控制摆幅，动作准确、启停平稳；摄像部分具备实时传输、远程控制、拍照存储、日夜全彩、IP66防护等功能；具备红外热成像功能，可实时反馈数据；具备实时测距功能，可实时反馈数值；配备8路1TNVR网络高清监控主机适用于多种平台接入，预留传输端口；配备8存电容触摸屏，可于同一界面实时显示摄像拍摄画面、红外热成像画面、高度数值等实时数据，根据现场需要，可下达各类控制指令，并存储所需数据；电力管线及通讯数据线均为有线传输、管内走线，美观大方且具备更好的防水、防外力破坏性能，并可于无线信号缺失的地下工井开展作业。利用该电力工井多功能勘测工具开展电力工井勘测作业时，首先利用可收缩支撑架将该工具稳定置于井口上方，并利用锁紧扣锁紧，接入配备户外移动电源为设备通电后。首先选择相应热成像模式、摄像模式、高度测距模式，设定相应参数。控制上下操作按键，移动竹节式伸缩杆至目标高度，操控电动摇杆，控制双轴机械臂横向移动至目标位置。根据屏幕显示影像画面及热成像画面做进一步动作调整，可操控云台进一步调整摄像头俯仰角度、旋转角度，直至屏幕显示所需目标画面，并可利用伸缩焦距功能拉伸画面至工井内目标物体。

可于控制屏幕拍摄需要画面并存储，全部资料均可导出至手机等各类存储设备。单工井勘测作业完毕后，收缩支撑架后可利用所配备滚轮方便移动本设备至下一工井，再次展开下一工井勘测作业。利用该电力工井多功能勘测工具可有效开展检（抢）修勘探、施工验收、电缆测温、深度测量、气体检测等各类工作，无各类有限空间作业风险，且相对于传统作业模式效率较高。该工具可进一步推广应用于雨污水、路灯、热力、燃气等4米深度内各类工井。

3应用对比

目前井下作业主要采用的方式为利用爬梯、梯子或速差自控器及三角架套装。工作人员井下工作需严格遵守“先通风、再检测、后作业”的原则。采用带送风管道的强制通风设备通风时间应不少于5分钟，并应保证作业场所应满足人均30m3/h的新风量，自然通风时间应不少于半小时；有毒有害气体及氧气含量检测耗时大约为8分钟；布置下井工具，绝缘伸缩梯约需5分钟、救援三脚架套装约需15分钟，综上可得，一次简单的井下信息采集工作约需25~50分钟准备时间，浪费时间长、工作效率低。

分别于某地市高某路及渤某路对比测试两种工作模式。其中高某路为市政施工新建造电力工井开展土建项目验收，井筒平均深度约2.5米，尚未敷设电缆，井内环境相对简单，须充分观测井内各部分，以确定有无接地扁铁焊接不规范、防腐处理不充分、管孔压扁、墙壁异物及防水封堵不合格等缺陷。渤某路为现有工井，井筒平均深度约3.5米，敷设电力电缆后进行电气项目验收，井内电缆、通讯线密布，井内环境复杂，且部分工井内有积水，须观测项目为电缆穿越管孔是否封堵、电缆中间头制作是否规范、电缆标识牌制作是否规范及是否遗留施工垃圾等项目。分别针对两路段进行测试，其中计时时间不包括布置安全围栏及井盖开关耗时，为提高效率，伸缩梯作业组多名工作人员交替开展通风、气体检测工作。

4结论

本文介绍了一种电力工井多功能勘测工具的研究与应用，详细介绍了该工具的结构组成与基本功能，并利用验收作业任务与伸缩梯下井作业模式展开对比。经实践表明，该工具可于检（抢）修勘探、施工验收、电缆测温、深度测量、气体检测等各类工作中代替工作人员下井工作，在有效避免有限空间作业所面临的各项风险的同时，大幅提升现场作业效率，具有重要推广价值。

参考文献

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