韩业庆，田昆鹏，任泽俭，许奎志

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.山东润鲁工程咨询集团有限公司，山东 济南 250100；3.山东创元水务有限公司，山东 济南 250110）

1 引言

南水北调是我国水资源优化配置的重大战略性工程，万年闸泵站枢纽工程处于韩庄运河中段，是南水北调东线第八级抽水梯级泵站（山东段第二级泵站）。万年闸泵站为大（1）型泵站，工程等别为Ⅰ等，设计输水流量125 m3/s，设水位计站上29.74 m，站下24.25 m,设计扬程5.49 m。引水闸位于站下引水渠与韩庄运河北大堤交叉处,具有引水、防洪等综合功能，共5 孔，孔口宽度5 m。出水闸位于站上出水渠与韩庄运河北大堤交叉处，具有出水、防洪、方便出水渠维修、降低出水渠堤顶高程，避免厂房直接挡洪在稳定方面的不利影响等功能，共3 孔，每孔净宽7 m。

引水闸平面工作闸门5 扇，规格为5.0×5.6-12.37/3.87 m，实腹式、等截面多主梁焊接结构，闸门重9.18 t，动水启闭，由自重闭门，最大启门力200.1 kN，选用5 台固定卷扬式启闭机。出水闸平面工作闸门3 扇，规格为7.0×6.0–9.02/5.12 m，同样采用实腹式、等截面多主梁焊接结构，最大启门力262.8 kN，选用3 台固定卷扬式启闭机。引出水闸选用同型号启闭机，主要技术参数为启门容量2×160 kN，启门速度1.39 m/min，电动机为YZ225M-8 、P=15 kW、n=701 r/min、FC=25%。

2 原电动机管理器易损原因分析

为保证引（出）水闸固定卷扬式启闭机电机的运行安全，共安装8 套电动机管理器，引（出）水闸启闭机自投入运行以来，8 套电动机管理器经常性损坏，多为线路板发霉及电源模块损坏。由此易造成电路板膨胀变形，铜皮与基板剥离，导致走线裸露；电路板的绝缘性能降低，使高压电部分可能发生漏电，烧毁电路，存在很大的安全隐患。

现场运管单位多次将电动机管理器返厂检查维修，经联合厂家技术人员研究与分析，损坏原因主要为引（出）水闸周围环境较差，闸室内湿度较大，且电源浪涌波动大，无法满足电动机管理器使用环境要求。

3 主要解决措施与技改方案

为解决引出水闸卷扬式启闭机电动机管理器频繁损坏问题，经现场分析研究，拟定采取措施为：①选用耐受电压及温湿度范围较宽，性能更为稳定TeSys T 电动机管理器；②在电气柜内安装温湿度凝露控制器，控制柜内温湿度；③在电动机管理器进线端安装稳压电源或浪涌保护器[1-3]。具体技术改造方案如下：

3.1 新型电动机管理器选型

根据环境因素和工作实际分析，新型电动机管理器须适用于严苛的工作环境，耐受电压及温湿度范围宽，性能稳定，能有效为三相交流电机提供高性能多功能保护。通过电机参数测量和监视功能，可预先分析故障状态，实现预见电机非正常中断的可能性，从而有效减少电机故障脱扣次数；通过网络通信端口与自动化系统连接，提供系统运行全部信息，保障设备安全可靠运行[4-8]。

经论证和市场调研，拟应用TeSys T 电动机管理器。TeSys T 电动机管理器包括断路器、接触器、LTMR 控制器、操作员控制单元等4 部分，其中最为主要的核心元件为LTMR 控制器和操作员控制单元。

LTMR 控制器主要由控制器电源端子、输入接线端子、故障输出接线端子（1NO+1NC）、网络接线端子、接地故障互感器接线端子、温度传感器接线端子、电机控制功能输出接线端子、HMI 端口（用于连接操作终端、电脑或扩展模块）、网络端口（DeviceNet除外）、测试复位按钮等组成，其可实现①通过自带电流互感器实现三相电流测量（电流范围为0.4~100 A；超过100 A，使用外部互感器范围可增大到810 A）；②通过外部环形电流互感器，实现接地电流测量；③实现电机预埋热电阻（PTC）温度测量；④具有不同电机控制模式下，输入（出）管理、故障管理等相关功能。

操作员控制单元主要由LCD 显示屏、本地控制接口（包括LED 指示灯及控制按键）、面板连接PC 的RJ45 端口、上下文导航键组成，其具有配置LTMR 控制器的参数、显示控制器配置和操作的信息、监控由控制器生成的报警和故障，并可通过本地控制界面对电机进行本地控制等功能。

3.2 电动机管理器应用改造思路

通过对引(出)水闸电气柜设计原理图、原电动机管理器原理图及TeSys T 电动机管理器原理图的研究，画出新的引（出）水闸电气柜设计原理图及端子接线图。依据图纸对电气柜一次、二次线路进行改造，并调试开度仪、编码器及电动机管理器等元件，以实现TeSys T 电动机管理器的控制、保护、测量、数据传输等功能。具体改造思路见图1。

图1 电动机管理器应用改造思路

3.3 技术改造方案

（1）研究原电动机管理器设计原理。结合原电机管理器设计图纸，进行相应调试与试验，理清原管理器的工作原理、控制方式、线路走向与接线。

（2）研究TeSys T 电动机管理器设计原理。通过编程、调试对其控制方式和保护方式进行逻辑编程与赋值，保证设备正常使用。

（3））结合TeSys T 电动机管理器原理，画出新的水闸控制原理图、端子图。用于TeSys T 管理器改造施工。

（4）水闸电气柜内部线路的改造。先结合原设计图纸拆除多余的线缆和相关设备，对于必须保留的线缆进行标记；然后根据柜内一次侧线路的实际情况，加装导轨，安装TeSys T 管理器，结合管理器、新图纸设计线路的走向，重新布线，并且按照相关规范用缠绕管和扎线固定线路，端子排和设备上的线路统一编码作号头。

（5）水闸电气柜抽屉开关改造。安装三路转换开关代替原有的两路转换开关，用来配合TeSys T 管理器实现其全部的控制功能。对其相关线路进行重新排查、设计和布线，根据实际需要更改、更换、优化部分线路；对于抽屉开关内存在操作机构卡阻，螺丝松动、变形等情况进行修复，保证机构可以正常使用。

（6）结合TeSys T 电动机管理器的控制原理和功能，对PLC 柜内控制线路改造。因新加的设备较多，且有常闭的控制输入点，为不增加PLC 电源的负荷，在PLC 柜内加装了开关电源作为新设备的控制电源输出，并且加装空气断路器起到保护与控制电源的作用，然后从PLC 柜重新设计布线到现场控制柜内。

（7）改造调试闸门开度仪的布线。原开度仪的220 V 工作电源是通过插排接到稳压电源控制器上的，必须通过插拔插头才能控制其通断，现对其进行改造，加装导轨、空气断路器，重新设计与布线，保证开度仪工作电源布线的规范性与美观性。对开度仪进行设置与调试，通过测试搞清密码、工作原理与按键设置。

（8）安装调试新的液位传感编码器。由于液位传感器信号线和开度仪到PLC 柜内的线缆，走线较为混乱，对其进行改造，重新拨线、布线，并保留了其线缆内的屏蔽层，保证信号传输的稳定与安全。

（9）调试初步改造完成的电气柜二次线路。对于存在问题的控制回路及时改正，保证TeSys T 管理器的控制功能可以全部实现；对存在问题的指示回路及时调整与改造，保证指示信号正常；对于存在瑕疵和不规范的线路布线进行完善，保证其整洁美观、符合规范。

（10）电气柜一次侧线路的改造。原电气柜内闸门电机的一次线布线较为杂乱，重新设计线路的走向，并整理美化：对于过长的线缆，放回电缆沟内；过短的线缆，从电缆沟向外抽放；对于底部交叉的线缆，放回电缆沟重新整理，然后再穿过盖板孔放出。

（11）结合闸门限位位置、编码器、开度仪、远程上位机，开展整体联动调试。实现现场闸门的实际工作零位与开度仪显示的“0”开度一致，当闸门到达设定的限位位置时，闸门可以自动停止，并且通过远程PLC 也可以控制闸门起升、降落与停止。

4 新型管理器操作流程、注意事项及维护

4.1 管理器操作流程

（1）检查引（出）水闸LCU 柜及TeSys T 电动机综合管理器柜内空气开关已合闸。

（2）引（出）水闸卷扬启闭机操作分为现地、远程、面板控制3 种操作模式，根据实际情况选择操作模式。

（3）将选择开关打到现地位置，红色为上升按钮，绿色为下降按钮，黄色为停止按钮。

（4）把转换开关打到面板操作位置，通过面板进行操作：RUN1 为上升按键，RUN2 为下降按键，STOP 为停止按键，RESET 为复位按键。

（5）把转换开关打到远程操作位置，通过远程上位机操作闸门的上升、下降与停止。

4.2 管理器注意事项

（1）管理器黄色停止按钮自带闭锁功能，按过之后自动闭锁，需再按一次保证其复位，方可正常操作设备。

（2）管理器有诸多保护功能，当运行过程中发生异常状况或者闸门到达限位开关位置时，综合保护器会发出警报信号，同时闭锁输出，闸门停止动作。

（3）若想再次升降闸门，必须现场确认无异常情况后，按管理器上自带的蓝色复位按钮或面板上的RESET 按键，让管理器复位，方能继续操作。

（4）每次对管理器供电前需先切断主回路电源，电缆截面应符合标准要求，动力电缆需远离系统中弱电信号（检测传感器、PLC、测量装置）。

（5）控制线路与动力电缆分开，对于长距离控制线路，使用双绞屏蔽线，间隔2.5~5.0 mm，屏蔽线的屏蔽层单端接地。

4.3 管理器的维护

（1）预防性维护

管理器的工作环境湿度较大，需定期检查工况及接线松紧；检查环境温度，通风是否良好；经常清除灰尘。

（2）辅助性维护

问题分析：若启动时或运行中有问题，应首先检查与环境有关的注意事项、安装和接线等。根据故障或报警代码检测问题所在：在发生跳闸或报警时，先切断电动机三相电源，保留管理器正常通电，以便检查跳闸或报警信息及其原因。清除故障：对不能复位的故障需关断管理器的电源，检查故障原因后，正确处理。恢复供电前，应确保故障已清除。

5 新型管理器应用分析

5.1 管理器的保护功能

TeSys T 电动机管理具有电流相关保护功能（过载、欠载、堵转、电流相不平衡、过流、接地、缺相、倒相、启动时间过长等保护），还包括功率及电压相关保护功能，如过欠功率保护、过欠功率因数保护、失压后自动顺序重起、过欠压保护、电压缺相/倒相/相不平衡等。

5.2 管理器的控制方式

Tesys T 电动机管理器具备远程控制、现地控制两种启动方式。当采用远程控制时，电动机管理器对电流、电压等参数实时监测，在不同的控制模式下，出现异常情况时，根据判断数据得出结果，输出报警信号或执行跳闸命令。通过增加扩展模块并使用专用电缆连接控制器，可实现电动机进线电压测量，三相进线电流值采用外置电流互感器测量。

5.3 管理器的软件配置

Tesys T 电动机管理器借助LTMCONF 软件，可读取包括：输入额定电压、额定电流、互感器变比、电动机功率及温度传感器等参数，控制器通过通信电缆下载数据，从而实现控制程序读取电动机相关参数，执行保护及管理功能，并可以配置网络地址、故障复位模式、通信协议及诊断功能等。

6 应用与改造效果

南水北调万年闸泵站引（出）水闸固定卷扬式启闭机自改造使用TeSys T 电动机管理器以来，已经历连续6 个调水年度的运行检验，未出现任何故障。实践证明，该电动机管理器运行稳定可靠，控制灵敏，信号传输精准，有效实现对大功率电动机参数采集和故障保护，经应用技术系统改造，保证了闸门与卷扬式启闭机的正常启闭，为南水北调工程安全运行提供了强力保障。