应急电源在盾构机电气系统中的使用

邹瑜

摘  要：盾构机在市电供应中断或故障时，为保障操作人员安全及尽可能减小市电故障带来的经济损失，应急电源给予重要负荷电能，维持重要负荷的运行。根据负荷的功能和特性，常以UPS和发电机作为盾构机的应急电源。

关键词：盾构机;应急电源;UPS;发电机

1.盾构机的断电问题

盾构机是隧道掘进的专用工程机械，其供电通常是10kV交流电，经过变压器变成400V交流电， 通过各级控制保护装置到各级负荷。由于隧道环境的特殊性，盾构机电力中断导致隧道无照明、无通风等情况、从而无法保障人员的安全撤离以及维护人员无法及时检修造成长时间停工带来巨大经济损失。因此，在市电停止为盾构机供电时，需要应急电源为盾构机重要负荷提供电力，维持运行，保障安全减少损失。

2.盾构机的重要负荷：

电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电对人身安全、经济损失上所造成的影响程度可分为一级负荷，二级负荷，和三级负荷。盾构机中设备运行监控电脑、气体探测传感器、空压机、通风系统、设备照明、拼装机真空吸盘系统、以及排水系统的断电都可能造成人员伤亡或是重大经济损失，因此归为一级负荷。

一级负荷应是由两路电源供电，当一路电源发生故障第二路电源不应同时受到损坏能接棒供电。由于工程特殊性，大多数盾构机只有一路市电供电。因此，应为一级负荷提供可靠的应急电源。

3.盾构机常用应急电源

3.1UPS（Uninterruptible Power Supply）不间断电源

允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。

在盾构机的一级负荷中有监控电脑、人舱照明、以及气体探测传感器属于特别重要的负荷，不允许断电。

一般的柴油机从启动到发出电能的电压和频率达到负荷的允许的范围需要数秒至数分，不能满足上述负荷的不断电要求。 因此，盾构机电气系统中的监控电脑、人舱照明以及气体探测传感器使用UPS供电。

监控电脑、人舱照明以及气体探测传感器所用电源通常是24V直流，我们通常使用直流UPS给以上重要负荷提供不间断电源供应。

直流UPS主要由整流器和蓄电池组成，如图1.交流400V或230V经由整流器变成24V直流。市电供电正常时，电源一路给蓄电池充电，一路给负荷供电。当市电停止供电或故障时，由蓄电池经过二极管向负荷供电。

UPS的選择除了输入输出电压的选择，还需要选择蓄电池的容量。因为以上所提各负荷在盾构机使用过程中不间断工作，其电流值应为各负荷额定电流和，供应时间应大于市电切换至发电机正常工作的时间。于是，在蓄电池电能用完前发电机可以接力为负荷供电。

3.2 发电机

UPS的所带蓄电池供电时间以及供电负荷有限，在盾构机电气系统中还有二次通风风机、空压机、机器各处照明、排水系统及其控制系统等也不能长时间断电，因此，发电机被派上用场。

发电机容量估算：列出用电设备的安装功率;确定每个负荷的利用系数;以及各负荷之间的同时系数，用电设备的安装功率与其利用系数的乘积，再将各乘积与同时系数相乘，求和，即能估算出发电机所需容量。

4.应急电源与市电的切换

应急电源与正常电源之间，应采取防止并列运行的措施。当有特殊要求，应急电源向正常电源转换需短暂并列运行时，应采取安全运行的措施。

UPS内部自动检测接入市电供应情况，当检测市电供应正常，由市电为负荷供电，否则，中断市电供应，由蓄电池供电，确保不并列运行。

发电机与市电的切换：盾构机电气系统采取的措施是在变压器低压侧之后取电信号控制发电机的启动。如变压器低压侧无电压输出，使用时间继电器控制在市电停止数秒后则启动发电机，同时可通过设计市电和发电机同时输出回路断路器的欠压线圈的互锁达到此目的。此种设计方案的盾构机电气系统简图如图二：

5.结论

UPS和发电机的合理选择及合理配合能为盾构机提供可靠的备用电源，为盾构机断电的状况提供解决方案，也是盾构机电气系统中极为重要的一部分。

参考文献：

[1]《供配电系统设计规范》GB50052-2009

[2]雷开卓，邓威，黄建国，王宇。多功能直流UPS的设计，电源技术应用，2001，5.

[3]陈剗，关于应急柴油发电机启动信号来源的探讨，建筑电气，2006，25（3）

3690500589211