TeSys T电动机管理器在水闸工程中的应用.pdf

93第 46 卷 第 9 期2023 年 9 月Vol.46No.9Sep.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation1 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 5.05.6-12.37/3.87 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 7.06.09.02/5.12 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 2160 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：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；在电气柜内安装温湿度凝露控制器，控制柜内温湿度；在电动机管理器进线收稿日期：2023-06-26作者简介：韩业庆（1988-），男，工程师，一级建造师，从事南水北调工程建设及运行管理工作。T e S y s T电动机管理器在水闸工程中的应用韩业庆1，田昆鹏1，任泽俭2，许奎志3（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）摘 要：针对南水北调万年闸泵站引出水闸固定卷扬式启闭机电动机管理器频繁出现电路板发霉、电源模块损坏等情况，为保证卷扬式启闭机正常启闭，不影响调水运行，对电动机管理器升级改造。经过多次选型试验，最终采用 TeSys T 系列电动机管理器，通过优化布设电气柜内部线路满足其使用要求，解决了电动机管理器经常性损坏的问题。关键词：南水北调；水闸；固定卷扬式启闭机；TeSys T 电动机管理器中图分类号：TV664文献标识码：B文章编号：1672-5387（2023）09-0093-04D O I：10.13599/ki.11-5130.2023.09.02894第 46 卷水 电 站 机 电 技 术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，其可实现通过自带电流互感器实现三相电流测量（电流范围为0.4100 A；超过 100 A，使用外部互感器范围可增大到 810 A）；通过外部环形电流互感器，实现接地电流测量；实现电机预埋热电阻（PTC）温度测量；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95第 9 期韩业庆，等：TeSys T 电动机管理器在水闸工程中的应用源的作用，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 2.55.0 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96第 46 卷水 电 站 机 电 技 术制两种启动方式。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。参考文献：1董桂华.TeSysT电动机综合管理控制器的原理与应用J.工业控制计算机，2011（7）：16-17.2李翔宇，李长根，许准，等.隔离闭锁功能在防误闭锁系统中的应用 J.水电站机电技术，2021（8）：53-55，105.3张泗.智能型电动机管理器的应用与研究 J.有色冶金设计与研究，2008（1）：10-12.4孙成玲.沙河抽水蓄能电站发电电动机上导油盆盖改造J.水电站机电技术，2022（3）：117-119.5阚永庚，邵莉，孙明权，等.基于边缘计算的大中型泵站电气设备故障红外图像识别 J.水利技术监督，2023（1）：28-31.6黄良夏.大型泵站立式同步电动机推力瓦烧损原因及预防措施 J.水电站机电技术，2019（8）：25-27.7苏海滨.万家寨引黄工程运行监测成果的几点启示 J.水利规划与设计，2017（4）：1-3，8.8魏国,李磊.BIM 技术在机电设备安装及运行管理中的应用 J.山东水利，2022（3）：65-67.定，观察油颜色是否清亮无杂质，油槽油位应有明显的油位信号装置。油冷却器应定期检查、清理、试验，对油冷却器的管道内要用 30%的氢氧化钠液洗涤，最后用清水冲洗干净，防止管道淤积和堵塞，调整油冷却器的供水压力，防止冷却器的铜管破裂。3.5 保证技术供水系统的稳定总水管的滤水器要定期清洗、检查，防止淤积和杂物进入，避免泥沙淤积，必要时应对冷却水循环系统作澄清处理，测量装置应有预告信号和事故报警装置。3.6 严格执行运行操作规程在开机之前会顶转子，让推力瓦与镜板之间进油，形成油膜，杜绝人为因素造成烧瓦事故。同时，要在冷却水管路上装设压力表和示流器，便于观测故障信号。4 结语推力瓦是承受机组转动部件重量的核心部件，烧瓦故障的产生轻则会产生振动、瓦温升高，造成维护和检修成本，重则会影响整个机组稳定运行，造成机组紧急停机，从而影响泵站排涝任务，影响辖区内人民生命安全和经济损失。预防推力瓦烧损事故发生应在平时检修与保养时，对推力瓦进行仔细检查，不仅要从设备本身,还要从推力瓦安装检修质量、运行管理等方面入手，在确保运维工作正常开展的前提下，不断优化预防推力瓦烧损处理措施。此外，长时间不运行后开机，应充分让推力瓦与镜板之间进油，保障水泵同步电动机的安全运行，确保安全度汛。参考文献：1郑攀登.水轮发电机组推力轴承瓦温升高原因分析及处理 J.红水河，2023（1）：140-144.2梁涛，宁飞虎，马志强.核电站汽动辅助给水泵再鉴定试验跳泵故障分析及处理 J.电子测试，2019（13）：110-111,91.3卢胜文.谈电机推力瓦烧损的故障原因及检修 J.机床与液压，2010，38（12）：121-122.4魏强林.弹性支撑推力轴承在大型立式泵机组中的应用J.上海大中型电机，2012（2）：30-31.5黄良夏.大型泵站立式同步电动机推力瓦烧损原因及预防措施 J.水电站机电技术，2019，42（8）：25-27.（上接第 6 4 页）