土压平衡盾构机电气系统概述及电气故障处理方法与心得

于颖

摘 要：随着隧道和地下空间的迅猛发展，土压平衡盾构机电技术取得了极大的成就，盾构机电系统是机械、电气、液压、流体、传感、信息技术等的结合体。它是一种复杂的、综合技术性隧道施工机器。盾构施工首先要进行土体挖掘，然后对渣土进行改良并且传送渣土，接着进行注浆、拼装管片，最后是进行精确地測量，完善测量系统。因此迫切需要解决盾构机电气系统中的电气故障问题。文章主要研究土压平衡盾构机电气系统，并且快速、准确地检查其中的电气故障问题，提出相应的处理方案。

关键词：土压平衡盾构机；电气系统；电气故障处理

土压平衡盾构是一种在盾构密封舱内采取刀盘和螺旋输送的方式，把弃土直接从密封泥土舱直接排出去的结构。这种盾构的优势是具有经济实用型，因而得到了广泛的应用和推广。在研究土压平衡盾构机电气系统中出现的故障问题时，要着重研究电气技术对盾构机施工的重要性，对盾构机进行改进，使其能够正常的运行。

1 盾构机的电气系统

盾构机的电气系统主要由配电系统、自动控制系统组成。配电系统又分为高压系统和低压系统。盾构机电气系统的设备组成，包括高压电柜、变压器、补偿电容器、主要动力设备、电气控制器件等。

1.1 盾构机的高压供电系统

基于盾构机的用电量大、供电距离长，采用的是10kV高压供电，其中专线也是从10kV高压开闭所直接提供电力资源的。这种方式最大的优势就是不仅能确保安全供电，也能在盾构机故障时，保持机器的正常运作，且不影响施工现场的城市供电系统。

1.2 盾构机的低压系统

提到盾构机的低压系统，就要分析其低压配电形式、配电保护形式、低压控制形式。NFM盾构机低压配电系统主要采用的是多线的保护接零方式。其配电保护形式主要是在潮湿且较狭窄的盾构施工环境中，为了防止漏电危机，这种盾构机采用的是各个设备的都与地线相连。盾构机要借助电机来进行高速运转，低压控制主要是对机电起作用。

2 电机控制系统

盾构机中电动机的控制方式主要包括启动控制和调速控制，还有PLC自动控制系统可以起到辅助的作用。其中启动控制的主要方法是变频启动、星-三角启动和直接启动，变频器启动和星-三角启动这两种控制方式成本较低，容易操作，并且可以达到减少启动电流的作用。但是一些小型的功率电机都采用直接启动模式启动，这样做主要是为了方便水泵电机的清洗和管片吊装电机的清洁工作。而调速控制常常在大量的电动机在工作时使用，主要采用变频调速，这种调速方法广泛应用在盾构机的电动机控制系统中，工作原理是通过改变频率进行调速。并且遵循一定的调节指标。这种调速方式最大的优势就是可以采用变频调速的大容量电动机，产生较大的启动转矩，促进电动机顺利启动。

3 盾构机电气故障处理方法

对于盾构机掘进系统的控制，一般情况下都是采用机器智能控制的方法，所以机器设备上的传感器、电磁阀等电子元件比较多，产生的线路很多，连接起来也很复杂，电气设备繁多。所以一旦出现电器故障就要从整体上去解决问题。

3.1 解决问题的原则

一般要按照先简后繁、从内到外，正确的操作步骤应该是先检查上面的，再检查外部线路。但是PLC程序的问题比较少，所以对于电气故障要从最容易着手的地方开始检查，当外部出现的故障点都被排除后，再来着重解决PLC的问题。

3.2 常见的故障和运用的排除方法

3.2.1 电气元器损坏。电气元件的损坏主要包括传感器、接触器和电磁阀的故障和损害。比如在2011年10月20日，出现的故障是盾构停机半天，但是当重启机器时准备掘进时，所有的准备工作都做好了，按动了推进的启动按钮，这台机器上的所有油泵电机和刀盘电机出现故障，不能正常运转，报警界面显示的是控制ELB跳闸，就是操作电路漏电导致机器自动短路，然后引起断路器的跳闸。

正常的反应是先去MP柜合闸，合闸后然后重启盾构机，但是正确的方式应该是先检查线路，发现电缆破损的问题时再考虑控制推进油缸的电磁阀的故障问题，对于这些电磁阀块，我们要从上到下，从左到右依次检查，当检查到下面的一组电磁阀时，发现这个电池阀被水浸泡了。先分析原因，然后组织专业的人士将水吸干，然后再将这些电磁阀拆卸下来，用用电吹风吹干重新装上，重新启动系统，恢复正常。

3.2.2 连接线路出现故障。如果电气元件跟模块之间连接，或者是断网，电路接触不良或者是短路都会阻碍通信，导致无法把信号传到PLC的数据处理模块中。我们来看一个案例。2014年9月1日，故障是：在机器推进过程中，盾构机突然停止，出现了显示省配线装置异常的界面，也就是通讯模块连接出现了故障。

具体操作方法是，先看操作说明书上的相关提示，然后再打开有省配线的调试的信息，可以发现在MP柜和第二节台车上的JBK电器柜内，其PLC模块出现异常现象。首先需要对线路进行初步的检查，采用万用表检查接头处，发现没有问题后，再对各个模块进行检查，排除这方面的问题后，再查阅厂家和技术人员方面的资料，得到的信息是更换通信电缆，换了电缆之后，一切恢复了正常。事后分析原因，有可能是通信电缆的故障，特别是电缆屏蔽层遭到损坏，不能正常运行，所以通信电缆和强电电缆交错在一起，信号受到了电磁的影响。

4 提出建议和对策

4.1 我们在进行盾构机的维修工作时，应该要了解它的工作原理和相关部分之间的密切联系，还有了解设备中各个零部件的作用。只用熟悉机器的构造和工作原理，才能有效的解决机器故障问题。

4.2 要坚持“先思考，再动手修理”的原则，在机器出现故障后，应该仔细检查设备，查清楚是哪里出了问题，是不是机械、液压造成的问题。不能盲目进行修理。要找到问题的根源后再动手，以免恶化问题。

4.3 维修设备时应该坚持从外到内，首先检查电线有没有损坏、脱落、水泡。这些都是可以用肉眼观察到的问题，但是往往最容易被忽视。

4.4 其他设备的日常维修和保养工作也非常重要，采取正确的保养方法可以保证设备的寿命，减少设备故障发生的机率，增加生产的效益。同时如果在环境狭窄、潮湿的施工地方，还要注意电气设备的防潮、防水。

4.5 设备出先故障后还要做好相应的记录，时间、故障问题、解决方法、解决效果等等这些全都要记录在案。以后如果遇到类似的问题，还可以再看看记录，这样可以快速解决问题，调高效率。也可以给维修人员提供一个切实可行的依据，减少时间和精力的消耗。

5 结束语

盾构机上面的电气连接和控制系统很重要，做好这方面的维修工作也很重要，作为盾构机使用单位电气技术人员，需要具备专业的素养和技能，通过对机械设备的仔细观察，在出现故障后，按照程序逐一排查，谨慎处理问题，并且加强对盾构机电气系统核心的控制部分的实践和学习，运用先进的技术，周密的思维，准确，快速的找出故障并且进行处理。

参考文献

[1]李明锷.土压平衡盾构机电气系统概述及电气故障处理方法与心得[J].城市建设理论研究，2014.

[2]庄庆华.NFM盾构机的电气组成及故障排除方法[J].现代隧道技术，2012.

[3]王颖.NTU039土压平衡盾构机结构与分系统功能分析[J].机器人技术与应用，2013.

[4]吴玉鹏，蔡启仲，汤尧.土压平衡盾构机电气安全保护应用分析[J].广西工学院学报，2011.