TeSys T 電動機管理器在水閘工程中的應用

韓業(yè)慶，田昆鵬，任澤儉，許奎志

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109；2.山東潤魯工程咨詢集團有限公司，山東 濟南 250100；3.山東創(chuàng)元水務有限公司，山東 濟南 250110）

1 引言

南水北調是我國水資源優(yōu)化配置的重大戰(zhàn)略性工程，萬年閘泵站樞紐工程處于韓莊運河中段，是南水北調東線第八級抽水梯級泵站（山東段第二級泵站）。萬年閘泵站為大（1）型泵站，工程等別為Ⅰ等，設計輸水流量125 m3/s，設水位計站上29.74 m，站下24.25 m,設計揚程5.49 m。引水閘位于站下引水渠與韓莊運河北大堤交叉處,具有引水、防洪等綜合功能，共5 孔，孔口寬度5 m。出水閘位于站上出水渠與韓莊運河北大堤交叉處，具有出水、防洪、方便出水渠維修、降低出水渠堤頂高程，避免廠房直接擋洪在穩(wěn)定方面的不利影響等功能，共3 孔，每孔凈寬7 m。

引水閘平面工作閘門5 扇，規(guī)格為5.0×5.6-12.37/3.87 m，實腹式、等截面多主梁焊接結構，閘門重9.18 t，動水啟閉，由自重閉門，最大啟門力200.1 kN，選用5 臺固定卷揚式啟閉機。出水閘平面工作閘門3 扇，規(guī)格為7.0×6.0–9.02/5.12 m，同樣采用實腹式、等截面多主梁焊接結構，最大啟門力262.8 kN，選用3 臺固定卷揚式啟閉機。引出水閘選用同型號啟閉機，主要技術參數為啟門容量2×160 kN，啟門速度1.39 m/min，電動機為YZ225M-8 、P=15 kW、n=701 r/min、FC=25%。

2 原電動機管理器易損原因分析

為保證引（出）水閘固定卷揚式啟閉機電機的運行安全，共安裝8 套電動機管理器，引（出）水閘啟閉機自投入運行以來，8 套電動機管理器經常性損壞，多為線路板發(fā)霉及電源模塊損壞。由此易造成電路板膨脹變形，銅皮與基板剝離，導致走線裸露；電路板的絕緣性能降低，使高壓電部分可能發(fā)生漏電，燒毀電路，存在很大的安全隱患。

現(xiàn)場運管單位多次將電動機管理器返廠檢查維修，經聯(lián)合廠家技術人員研究與分析，損壞原因主要為引（出）水閘周圍環(huán)境較差，閘室內濕度較大，且電源浪涌波動大，無法滿足電動機管理器使用環(huán)境要求。

3 主要解決措施與技改方案

為解決引出水閘卷揚式啟閉機電動機管理器頻繁損壞問題，經現(xiàn)場分析研究，擬定采取措施為：①選用耐受電壓及溫濕度范圍較寬，性能更為穩(wěn)定TeSys T 電動機管理器；②在電氣柜內安裝溫濕度凝露控制器，控制柜內溫濕度；③在電動機管理器進線端安裝穩(wěn)壓電源或浪涌保護器[1-3]。具體技術改造方案如下：

3.1 新型電動機管理器選型

根據環(huán)境因素和工作實際分析，新型電動機管理器須適用于嚴苛的工作環(huán)境，耐受電壓及溫濕度范圍寬，性能穩(wěn)定，能有效為三相交流電機提供高性能多功能保護。通過電機參數測量和監(jiān)視功能，可預先分析故障狀態(tài)，實現(xiàn)預見電機非正常中斷的可能性，從而有效減少電機故障脫扣次數；通過網絡通信端口與自動化系統(tǒng)連接，提供系統(tǒng)運行全部信息，保障設備安全可靠運行[4-8]。

經論證和市場調研，擬應用TeSys T 電動機管理器。TeSys T 電動機管理器包括斷路器、接觸器、LTMR 控制器、操作員控制單元等4 部分，其中最為主要的核心元件為LTMR 控制器和操作員控制單元。

LTMR 控制器主要由控制器電源端子、輸入接線端子、故障輸出接線端子（1NO+1NC）、網絡接線端子、接地故障互感器接線端子、溫度傳感器接線端子、電機控制功能輸出接線端子、HMI 端口（用于連接操作終端、電腦或擴展模塊）、網絡端口（DeviceNet除外）、測試復位按鈕等組成，其可實現(xiàn)①通過自帶電流互感器實現(xiàn)三相電流測量（電流范圍為0.4~100 A；超過100 A，使用外部互感器范圍可增大到810 A）；②通過外部環(huán)形電流互感器，實現(xiàn)接地電流測量；③實現(xiàn)電機預埋熱電阻（PTC）溫度測量；④具有不同電機控制模式下，輸入（出）管理、故障管理等相關功能。

操作員控制單元主要由LCD 顯示屏、本地控制接口（包括LED 指示燈及控制按鍵）、面板連接PC 的RJ45 端口、上下文導航鍵組成，其具有配置LTMR 控制器的參數、顯示控制器配置和操作的信息、監(jiān)控由控制器生成的報警和故障，并可通過本地控制界面對電機進行本地控制等功能。

3.2 電動機管理器應用改造思路

通過對引(出)水閘電氣柜設計原理圖、原電動機管理器原理圖及TeSys T 電動機管理器原理圖的研究，畫出新的引（出）水閘電氣柜設計原理圖及端子接線圖。依據圖紙對電氣柜一次、二次線路進行改造，并調試開度儀、編碼器及電動機管理器等元件，以實現(xiàn)TeSys T 電動機管理器的控制、保護、測量、數據傳輸等功能。具體改造思路見圖1。

圖1 電動機管理器應用改造思路

3.3 技術改造方案

（1）研究原電動機管理器設計原理。結合原電機管理器設計圖紙，進行相應調試與試驗，理清原管理器的工作原理、控制方式、線路走向與接線。

（2）研究TeSys T 電動機管理器設計原理。通過編程、調試對其控制方式和保護方式進行邏輯編程與賦值，保證設備正常使用。

（3））結合TeSys T 電動機管理器原理，畫出新的水閘控制原理圖、端子圖。用于TeSys T 管理器改造施工。

（4）水閘電氣柜內部線路的改造。先結合原設計圖紙拆除多余的線纜和相關設備，對于必須保留的線纜進行標記；然后根據柜內一次側線路的實際情況，加裝導軌，安裝TeSys T 管理器，結合管理器、新圖紙設計線路的走向，重新布線，并且按照相關規(guī)范用纏繞管和扎線固定線路，端子排和設備上的線路統(tǒng)一編碼作號頭。

（5）水閘電氣柜抽屜開關改造。安裝三路轉換開關代替原有的兩路轉換開關，用來配合TeSys T 管理器實現(xiàn)其全部的控制功能。對其相關線路進行重新排查、設計和布線，根據實際需要更改、更換、優(yōu)化部分線路；對于抽屜開關內存在操作機構卡阻，螺絲松動、變形等情況進行修復，保證機構可以正常使用。

（6）結合TeSys T 電動機管理器的控制原理和功能，對PLC 柜內控制線路改造。因新加的設備較多，且有常閉的控制輸入點，為不增加PLC 電源的負荷，在PLC 柜內加裝了開關電源作為新設備的控制電源輸出，并且加裝空氣斷路器起到保護與控制電源的作用，然后從PLC 柜重新設計布線到現(xiàn)場控制柜內。

（7）改造調試閘門開度儀的布線。原開度儀的220 V 工作電源是通過插排接到穩(wěn)壓電源控制器上的，必須通過插拔插頭才能控制其通斷，現(xiàn)對其進行改造，加裝導軌、空氣斷路器，重新設計與布線，保證開度儀工作電源布線的規(guī)范性與美觀性。對開度儀進行設置與調試，通過測試搞清密碼、工作原理與按鍵設置。

（8）安裝調試新的液位傳感編碼器。由于液位傳感器信號線和開度儀到PLC 柜內的線纜，走線較為混亂，對其進行改造，重新?lián)芫€、布線，并保留了其線纜內的屏蔽層，保證信號傳輸的穩(wěn)定與安全。

（9）調試初步改造完成的電氣柜二次線路。對于存在問題的控制回路及時改正，保證TeSys T 管理器的控制功能可以全部實現(xiàn)；對存在問題的指示回路及時調整與改造，保證指示信號正常；對于存在瑕疵和不規(guī)范的線路布線進行完善，保證其整潔美觀、符合規(guī)范。

（10）電氣柜一次側線路的改造。原電氣柜內閘門電機的一次線布線較為雜亂，重新設計線路的走向，并整理美化：對于過長的線纜，放回電纜溝內；過短的線纜，從電纜溝向外抽放；對于底部交叉的線纜，放回電纜溝重新整理，然后再穿過蓋板孔放出。

（11）結合閘門限位位置、編碼器、開度儀、遠程上位機，開展整體聯(lián)動調試。實現(xiàn)現(xiàn)場閘門的實際工作零位與開度儀顯示的“0”開度一致，當閘門到達設定的限位位置時，閘門可以自動停止，并且通過遠程PLC 也可以控制閘門起升、降落與停止。

4 新型管理器操作流程、注意事項及維護

4.1 管理器操作流程

（1）檢查引（出）水閘LCU 柜及TeSys T 電動機綜合管理器柜內空氣開關已合閘。

（2）引（出）水閘卷揚啟閉機操作分為現(xiàn)地、遠程、面板控制3 種操作模式，根據實際情況選擇操作模式。

（3）將選擇開關打到現(xiàn)地位置，紅色為上升按鈕，綠色為下降按鈕，黃色為停止按鈕。

（4）把轉換開關打到面板操作位置，通過面板進行操作：RUN1 為上升按鍵，RUN2 為下降按鍵，STOP 為停止按鍵，RESET 為復位按鍵。

（5）把轉換開關打到遠程操作位置，通過遠程上位機操作閘門的上升、下降與停止。

4.2 管理器注意事項

（1）管理器黃色停止按鈕自帶閉鎖功能，按過之后自動閉鎖，需再按一次保證其復位，方可正常操作設備。

（2）管理器有諸多保護功能，當運行過程中發(fā)生異常狀況或者閘門到達限位開關位置時，綜合保護器會發(fā)出警報信號，同時閉鎖輸出，閘門停止動作。

（3）若想再次升降閘門，必須現(xiàn)場確認無異常情況后，按管理器上自帶的藍色復位按鈕或面板上的RESET 按鍵，讓管理器復位，方能繼續(xù)操作。

（4）每次對管理器供電前需先切斷主回路電源，電纜截面應符合標準要求，動力電纜需遠離系統(tǒng)中弱電信號（檢測傳感器、PLC、測量裝置）。

（5）控制線路與動力電纜分開，對于長距離控制線路，使用雙絞屏蔽線，間隔2.5~5.0 mm，屏蔽線的屏蔽層單端接地。

4.3 管理器的維護

（1）預防性維護

管理器的工作環(huán)境濕度較大，需定期檢查工況及接線松緊；檢查環(huán)境溫度，通風是否良好；經常清除灰塵。

（2）輔助性維護

問題分析：若啟動時或運行中有問題，應首先檢查與環(huán)境有關的注意事項、安裝和接線等。根據故障或報警代碼檢測問題所在：在發(fā)生跳閘或報警時，先切斷電動機三相電源，保留管理器正常通電，以便檢查跳閘或報警信息及其原因。清除故障：對不能復位的故障需關斷管理器的電源，檢查故障原因后，正確處理。恢復供電前，應確保故障已清除。

5 新型管理器應用分析

5.1 管理器的保護功能

TeSys T 電動機管理具有電流相關保護功能（過載、欠載、堵轉、電流相不平衡、過流、接地、缺相、倒相、啟動時間過長等保護），還包括功率及電壓相關保護功能，如過欠功率保護、過欠功率因數保護、失壓后自動順序重起、過欠壓保護、電壓缺相/倒相/相不平衡等。

5.2 管理器的控制方式

Tesys T 電動機管理器具備遠程控制、現(xiàn)地控制兩種啟動方式。當采用遠程控制時，電動機管理器對電流、電壓等參數實時監(jiān)測，在不同的控制模式下，出現(xiàn)異常情況時，根據判斷數據得出結果，輸出報警信號或執(zhí)行跳閘命令。通過增加擴展模塊并使用專用電纜連接控制器，可實現(xiàn)電動機進線電壓測量，三相進線電流值采用外置電流互感器測量。

5.3 管理器的軟件配置

Tesys T 電動機管理器借助LTMCONF 軟件，可讀取包括：輸入額定電壓、額定電流、互感器變比、電動機功率及溫度傳感器等參數，控制器通過通信電纜下載數據，從而實現(xiàn)控制程序讀取電動機相關參數，執(zhí)行保護及管理功能，并可以配置網絡地址、故障復位模式、通信協(xié)議及診斷功能等。

6 應用與改造效果

南水北調萬年閘泵站引（出）水閘固定卷揚式啟閉機自改造使用TeSys T 電動機管理器以來，已經歷連續(xù)6 個調水年度的運行檢驗，未出現(xiàn)任何故障。實踐證明，該電動機管理器運行穩(wěn)定可靠，控制靈敏，信號傳輸精準，有效實現(xiàn)對大功率電動機參數采集和故障保護，經應用技術系統(tǒng)改造，保證了閘門與卷揚式啟閉機的正常啟閉，為南水北調工程安全運行提供了強力保障。