盾构机电气系统及调试故障与解决办法

席永强

（中铁隧道股份有限公司，河南郑州 450003）

盾构机用电设备由于具有耗电量大、设备数量多等特点，因此在设备运行的过程中易出现各种各样的故障，不仅会对设备运行造成严重的影响，还可能会对操作人员的人身安全造成威胁。因此，在调试电气系统时，工作人员应高度重视每一个环节的信息，发现问题立即采取措施解决问题，维持盾构机电气系统的正常运行。

1 盾构机电气系统结构的特征

在隧道工程挖掘施工的过程中，通过认真分析设备运行时电气系统运转的特征，并采取措施不断提升项目施工运行的速度，可以实现对盾构机在电气系统中的组成结构特征的充分认识，促使盾构机在电气系统设计中发挥积极的促进作用。使用盾构机施工时，系统中电气设备供电线路为10 kV高压供电输电线路。就设备电气系统供电而言，供电类型存在较大的差别，核心组成部分为低压配电系统和高压供电系统，在电气系统控制程序中，盾构机的集成控制操作主要由PLC集成控制系统完成。

为了提升运行调试工作的效率，需要加强对盾构机所有电气设备结构的管理和使用，以更好地掌握盾构机计算机信息采集系统运行的特征，并实现集成化管理盾构机械液压设备。针对此，优化升级调试参数，可以使盾构机在隧道工程挖掘施工过程中的效率和速度发生质的改变。针对盾构机电气系统而言，液压控制系统的结构非常复杂，液压控制系统由管片拼装与输送系统、推进挖掘系统和盾构机刀盘驱动系统构成。

盾构机控制系统构成的具体情况如图1所示。

图1 盾构机控制系统的构成

2 盾构机运行电气系统调试

2.1 实行分级合闸制度

在隧道工程挖掘施工项目建设的过程中，需要及时调试盾构机电气系统运行的参数，高效调整设备运行时的输电系统输电配送方式。在供电模式的作用下，高压送电分级合闸的盾构机电力传输方法得以全面实现。

（1）调试电气化系统时，需要在完成组装、调试完电气化系统设备后，集中检查设备的组装调试工作情况。高度重视设备组装过程中运输辅助设备给盾构机灯线控制线带来的负面影响，并合理安排临时设置的盾构机掘进照明线路和运输拖车的照明线路，以确保所有的线路全部实现科学、合理的布置。盾构机开始运行以后，应仔细检查盾构机的所有运行设备，检查设备构件是否全部处于正常运行的状态下，规范化管理设备正常运行的外部环境。

（2）检查温控油温和变压器时，积极采取措施高效管控油位，保证线圈与油位控制之间能够实现正确的系统设备组合与连接。检查盾构机设备时，在打开高压运行程序的高温控制开关柜前，需仔细检查设备高压运行程序，保证其能够正常的运行，且不会存在任何问题。一般情况下，低电压配电输送设备的集中供电主要借助高压控制开关柜的开关操作得以实现。调试完盾构机的电气化系统以后，应及时复位所有的调试按钮。

（3）恢复调试开关按钮时，控制室的按钮应作为重点检查内容，以更好地保证配电柜的复位按钮和控制配线箱的恢复按钮全部都恢复到正常的状态，并注重及时复位隧道挖掘过程中外部支柱上安装的所有紧急测试按钮。检查低压配电柜中的配电状态时，使用万用表完成检测工作，确保所有的检查信息准确、无误。检查配电柜时，重点检查配电柜输送线路的安全性和完整性，确保所有的配电输送线路没有断路和短路的情况存在，调试盾构机的安全运行情况。

（4）检查盾构机运行线路时，应仔细检查设备运行中的安全保障线路，并检查和调试盾构机安全运行的接地线参数时，保证安全保障接线中的下级开关间接短路防护设备始终保持着最佳的运行状态。此外，检查完接线以后，需要再次认真检查接线的实际连接情况，接线的火线和零线位置必须连接正确，不能存在接反的情况。所有的检查全部完成后，将盾构机的电闸合上，检查盾构机能否正常运行。重点关注带电刹车机的接线盒设置情况，以保证盾构机接线盒的刹车模块始终保持正常运转，使盾构机可以正常运行。

2.2 安装盾构机电气程序

（1）控制PLC程序。

核心内容为控制盾构机的主机系统，以太网络是盾构机上位机使用的主要局域网，核心控制系统为SiemensS7-400。该系统可以实现编程控制，为盾构机机电系统的正常工作奠定了坚实的基础，使其能够实现正常运行。

（2）PLC通信回路畅通。

①通信回路检查无误以后，以图纸为基础完成通信模块地址的快速设置，落实与其相关联的工作。

②完成所有的倍福模块和PLC模块的送电通信工作，使信息能够实现及时传输。

PLC的硬件系统结构如图2所示。

图2 PLC的硬件系统结构

2.3 调试盾构机电气系统参数

在调试盾构机参数的过程中，需要确保隧道掘进项目施工速度与参数设计之间实现有效连接。检查和调试参数时，应集中检查电力设备的仪器参数，并在纠正参数设置的准确性和可操作性的同时，将补偿控制器的参数检查工作作为重中之重。

由于断路器和动力系统输出控制参数联合部分与补偿控制器参数息息相关，因此需要及时纠正其参数值。在调试和矫正参数值时，需要确保设计施工进度方案中的指标与盾构机通电运行过程中电力补偿器上出现的参数相同，同时仔细检查其设置情况，更好地为后续设备运行提供有力支撑[1]。

3 盾构机电气系统常见故障的解决策略

3.1 遵循的原则

检查盾构机电气系统故障时，遵循的主要原则为“由外而内、先简后繁”。

（1）检测的部位就是电源。

（2）仔细检查外部线路。

（3）由于PLC程序很少出现故障，因此需要最先检查简单的部位，排除外部故障点以后，再检查PLC程序是否出现了故障。

3.2 线路连接

当信网络间的连接或元器件与模块间的连接出现故障时，短路、接触不良等都会影响数据传输，使信号无法及时传输到PLC的数据信息处理模块。通常情况下，短路故障和连接线路中间断开处理都比较困难，其原因主要为盾构机上的线路比较长，错综复杂，互相连接的点比较多。

处理这些问题时，最有效的方法是短接电箱中的线路一端后，对另一端电阻进行测量，显示的结论为短接，表明线路一切正常；显示的结论为断路或有电阻，则表明线路连接发生了故障，线路中间有断开的地方或接头出现了松动的情况，此时需要找到故障位置进行快速处理，确保设备的正常运行。

3.3 元器件故障

如果接触器、继电器等元器件出现烧坏或损坏的情况，会对设备的正常运行造成严重的影响。检查元器件是否出现问题时，通过分析电磁圈在连接上额定电压后继电器能否正常吸合或断电后能否正常复位而完成准确判断。

针对电磁阀和传感器等电气元器件而言，其在工作时的电流和电压非常小，因此通常难以从外观实现准确判定。对此，可以使用排除法对其实施检测，将传感器连接到正常运行的相同工作状态下的接口，如果传感器能够正常工作可以将其他正常工作的传感器连接到故障接口；如果不能正常工作，则表明接口出现故障。

使用该方法逐个检查显示器接口和传输线，能够在短时间之内找到故障点，快速排除故障，确保设备正常运行。

3.4 参数及程序问题

在排除元器件与电气线路等外部可能存在的故障后，如果问题依然存在，需要检查放大版参数或PLC程序是否出现了问题。例如，在对某号盾构机进行调试的过程中，调试人员在调试螺旋输送机时发现该螺旋输送机转速比较慢，与设计值之间存在较大差距。对此，经过认真的检测以后，调试人员发现螺旋输送机的元器件和外部线路都不存在问题，液压阀组也呈现正常连接的状态，PLC输出和输入信号没有异常情况出现，最后对螺旋输送机的放大版参数进行了仔细检查，找到了问题的原因，即放大版参数的输出电流过小。经过对放大版参数输出电流的调整，快速提升了螺旋输送机的转速，使其满足了设计的标准。

4 结语

综上所述，本文详细论述了盾构机电气系统的调试过程、常见故障和解决办法，使其在实际调试，能够迅速找到问题的原因，采取措施解决问题，使盾构机在隧道工程挖掘施工的过程中发挥了较好的促进作用。