韓業(yè)慶，田昆鵬，任澤儉，許奎志

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109；2.山東潤魯工程咨詢集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250100；3.山東創(chuàng)元水務(wù)有限公司，山東 濟(jì)南 250110）

1 引言

南水北調(diào)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(yùn)河中段，是南水北調(diào)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(shè)計(jì)輸水流量125 m3/s，設(shè)水位計(jì)站上29.74 m，站下24.25 m,設(shè)計(jì)揚(yáng)程5.49 m。引水閘位于站下引水渠與韓莊運(yùn)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(yùn)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(shí)腹式、等截面多主梁焊接結(jié)構(gòu)，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(yáng)式啟閉機(jī)。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(shí)腹式、等截面多主梁焊接結(jié)構(gòu)，最大啟門力262.8 kN，選用3 臺固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。引出水閘選用同型號啟閉機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)為啟門容量2×160 kN，啟門速度1.39 m/min，電動機(jī)為YZ225M-8 、P=15 kW、n=701 r/min、FC=25%。

2 原電動機(jī)管理器易損原因分析

為保證引（出）水閘固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)電機(jī)的運(yùn)行安全，共安裝8 套電動機(jī)管理器，引（出）水閘啟閉機(jī)自投入運(yùn)行以來，8 套電動機(jī)管理器經(jīng)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(dǎo)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(yùn)管單位多次將電動機(jī)管理器返廠檢查維修，經(jīng)聯(lián)合廠家技術(shù)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(nèi)濕度較大，且電源浪涌波動大，無法滿足電動機(jī)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(yáng)式啟閉機(jī)電動機(jī)管理器頻繁損壞問題，經(jīng)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(jī)管理器；②在電氣柜內(nèi)安裝溫濕度凝露控制器，控制柜內(nèi)溫濕度；③在電動機(jī)管理器進(jìn)線端安裝穩(wěn)壓電源或浪涌保護(hù)器[1-3]。具體技術(shù)改造方案如下：

3.1 新型電動機(jī)管理器選型

根據(jù)環(huán)境因素和工作實(shí)際分析，新型電動機(jī)管理器須適用于嚴(yán)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(jī)提供高性能多功能保護(hù)。通過電機(jī)參數(shù)測量和監(jiān)視功能，可預(yù)先分析故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)預(yù)見電機(jī)非正常中斷的可能性，從而有效減少電機(jī)故障脫扣次數(shù)；通過網(wǎng)絡(luò)通信端口與自動化系統(tǒng)連接，提供系統(tǒng)運(yùn)行全部信息，保障設(shè)備安全可靠運(yùn)行[4-8]。

經(jīng)論證和市場調(diào)研，擬應(yīng)用TeSys T 電動機(jī)管理器。TeSys T 電動機(jī)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(wǎng)絡(luò)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(jī)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(kuò)展模塊）、網(wǎng)絡(luò)端口（DeviceNet除外）、測試復(fù)位按鈕等組成，其可實(shí)現(xiàn)①通過自帶電流互感器實(shí)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(shí)現(xiàn)接地電流測量；③實(shí)現(xiàn)電機(jī)預(yù)埋熱電阻（PTC）溫度測量；④具有不同電機(jī)控制模式下，輸入（出）管理、故障管理等相關(guān)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(dǎo)航鍵組成，其具有配置LTMR 控制器的參數(shù)、顯示控制器配置和操作的信息、監(jiān)控由控制器生成的報(bào)警和故障，并可通過本地控制界面對電機(jī)進(jìn)行本地控制等功能。

3.2 電動機(jī)管理器應(yīng)用改造思路

通過對引(出)水閘電氣柜設(shè)計(jì)原理圖、原電動機(jī)管理器原理圖及TeSys T 電動機(jī)管理器原理圖的研究，畫出新的引（出）水閘電氣柜設(shè)計(jì)原理圖及端子接線圖。依據(jù)圖紙對電氣柜一次、二次線路進(jìn)行改造，并調(diào)試開度儀、編碼器及電動機(jī)管理器等元件，以實(shí)現(xiàn)TeSys T 電動機(jī)管理器的控制、保護(hù)、測量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。具體改造思路見圖1。

圖1 電動機(jī)管理器應(yīng)用改造思路

3.3 技術(shù)改造方案

（1）研究原電動機(jī)管理器設(shè)計(jì)原理。結(jié)合原電機(jī)管理器設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)試與試驗(yàn)，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(jī)管理器設(shè)計(jì)原理。通過編程、調(diào)試對其控制方式和保護(hù)方式進(jìn)行邏輯編程與賦值，保證設(shè)備正常使用。

（3））結(jié)合TeSys T 電動機(jī)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(nèi)部線路的改造。先結(jié)合原設(shè)計(jì)圖紙拆除多余的線纜和相關(guān)設(shè)備，對于必須保留的線纜進(jìn)行標(biāo)記；然后根據(jù)柜內(nèi)一次側(cè)線路的實(shí)際情況，加裝導(dǎo)軌，安裝TeSys T 管理器，結(jié)合管理器、新圖紙?jiān)O(shè)計(jì)線路的走向，重新布線，并且按照相關(guān)規(guī)范用纏繞管和扎線固定線路，端子排和設(shè)備上的線路統(tǒng)一編碼作號頭。

（5）水閘電氣柜抽屜開關(guān)改造。安裝三路轉(zhuǎn)換開關(guān)代替原有的兩路轉(zhuǎn)換開關(guān)，用來配合TeSys T 管理器實(shí)現(xiàn)其全部的控制功能。對其相關(guān)線路進(jìn)行重新排查、設(shè)計(jì)和布線，根據(jù)實(shí)際需要更改、更換、優(yōu)化部分線路；對于抽屜開關(guān)內(nèi)存在操作機(jī)構(gòu)卡阻，螺絲松動、變形等情況進(jìn)行修復(fù)，保證機(jī)構(gòu)可以正常使用。

（6）結(jié)合TeSys T 電動機(jī)管理器的控制原理和功能，對PLC 柜內(nèi)控制線路改造。因新加的設(shè)備較多，且有常閉的控制輸入點(diǎn)，為不增加PLC 電源的負(fù)荷，在PLC 柜內(nèi)加裝了開關(guān)電源作為新設(shè)備的控制電源輸出，并且加裝空氣斷路器起到保護(hù)與控制電源的作用，然后從PLC 柜重新設(shè)計(jì)布線到現(xiàn)場控制柜內(nèi)。

（7）改造調(diào)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(jìn)行改造，加裝導(dǎo)軌、空氣斷路器，重新設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)置與調(diào)試，通過測試搞清密碼、工作原理與按鍵設(shè)置。

（8）安裝調(diào)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(nèi)的線纜，走線較為混亂，對其進(jìn)行改造，重新?lián)芫€、布線，并保留了其線纜內(nèi)的屏蔽層，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定與安全。

（9）調(diào)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(shí)現(xiàn)；對存在問題的指示回路及時調(diào)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(jìn)行完善，保證其整潔美觀、符合規(guī)范。

（10）電氣柜一次側(cè)線路的改造。原電氣柜內(nèi)閘門電機(jī)的一次線布線較為雜亂，重新設(shè)計(jì)線路的走向，并整理美化：對于過長的線纜，放回電纜溝內(nèi)；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(jié)合閘門限位位置、編碼器、開度儀、遠(yuǎn)程上位機(jī)，開展整體聯(lián)動調(diào)試。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場閘門的實(shí)際工作零位與開度儀顯示的“0”開度一致，當(dāng)閘門到達(dá)設(shè)定的限位位置時，閘門可以自動停止，并且通過遠(yuǎn)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(xiàng)及維護(hù)

4.1 管理器操作流程

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

（2）引（出）水閘卷揚(yáng)啟閉機(jī)操作分為現(xiàn)地、遠(yuǎn)程、面板控制3 種操作模式，根據(jù)實(shí)際情況選擇操作模式。

（3）將選擇開關(guān)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(zhuǎn)換開關(guān)打到面板操作位置，通過面板進(jìn)行操作：RUN1 為上升按鍵，RUN2 為下降按鍵，STOP 為停止按鍵，RESET 為復(fù)位按鍵。

（5）把轉(zhuǎn)換開關(guān)打到遠(yuǎn)程操作位置，通過遠(yuǎn)程上位機(jī)操作閘門的上升、下降與停止。

4.2 管理器注意事項(xiàng)

（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(fù)位，方可正常操作設(shè)備。

（2）管理器有諸多保護(hù)功能，當(dāng)運(yùn)行過程中發(fā)生異常狀況或者閘門到達(dá)限位開關(guān)位置時，綜合保護(hù)器會發(fā)出警報(bào)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(rèn)無異常情況后，按管理器上自帶的藍(lán)色復(fù)位按鈕或面板上的RESET 按鍵，讓管理器復(fù)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(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，動力電纜需遠(yuǎn)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(hù)

（1）預(yù)防性維護(hù)

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(fēng)是否良好；經(jīng)常清除灰塵。

（2）輔助性維護(hù)

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

5 新型管理器應(yīng)用分析

5.1 管理器的保護(hù)功能

TeSys T 電動機(jī)管理具有電流相關(guān)保護(hù)功能（過載、欠載、堵轉(zhuǎn)、電流相不平衡、過流、接地、缺相、倒相、啟動時間過長等保護(hù)），還包括功率及電壓相關(guān)保護(hù)功能，如過欠功率保護(hù)、過欠功率因數(shù)保護(hù)、失壓后自動順序重起、過欠壓保護(hù)、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(jī)管理器具備遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)地控制兩種啟動方式。當(dāng)采用遠(yuǎn)程控制時，電動機(jī)管理器對電流、電壓等參數(shù)實(shí)時監(jiān)測，在不同的控制模式下，出現(xiàn)異常情況時，根據(jù)判斷數(shù)據(jù)得出結(jié)果，輸出報(bào)警信號或執(zhí)行跳閘命令。通過增加擴(kuò)展模塊并使用專用電纜連接控制器，可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)進(jìn)線電壓測量，三相進(jìn)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(jī)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(jī)功率及溫度傳感器等參數(shù)，控制器通過通信電纜下載數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)控制程序讀取電動機(jī)相關(guān)參數(shù)，執(zhí)行保護(hù)及管理功能，并可以配置網(wǎng)絡(luò)地址、故障復(fù)位模式、通信協(xié)議及診斷功能等。

6 應(yīng)用與改造效果

南水北調(diào)萬年閘泵站引（出）水閘固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)自改造使用TeSys T 電動機(jī)管理器以來，已經(jīng)歷連續(xù)6 個調(diào)水年度的運(yùn)行檢驗(yàn)，未出現(xiàn)任何故障。實(shí)踐證明，該電動機(jī)管理器運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制靈敏，信號傳輸精準(zhǔn)，有效實(shí)現(xiàn)對大功率電動機(jī)參數(shù)采集和故障保護(hù)，經(jīng)應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)改造，保證了閘門與卷揚(yáng)式啟閉機(jī)的正常啟閉，為南水北調(diào)工程安全運(yùn)行提供了強(qiáng)力保障。