浅谈盾构机电气系统组成及故障分析处理

浅谈盾构机电气系统组成及故障分析处理

耿彪

北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 11014

摘要：盾构机的用电设备数量较多且设备集中度高，加上工作环境潮湿度高，复杂的工作环境导致了盾构机时常出现故障，电子元件损坏严重。通常而言，盾构机电器元件一旦损坏，需要联系生产厂家来进行维修，但这样会给工程的正常进行带来阻碍，不仅浪费时间，同时还消耗了不必要的成本，因此需要增进电气维修人员对整个盾构机电气系统组成的了解程度；不断对盾构机电气组成系统进行元件分析，提高维修人员对系统的了解，从而能够快速解决常见的问题，避免耽误工程进度，使工程按时进行。

关键词：盾构机；电气系统；电气故障处理；

随着我国社会经济的发展迅速，隧道和地下空间也取得了迅猛发展，土压平衡盾构机机电技术得到了极大的成就，盾构机机电系统是机械、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。盾构机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，接着拼装管片然后注浆，最后进行精确地测量，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。

一、盾构机电气系统的组成

1.高压供配电。由于盾构机整机负荷较大，因此盾构机采用高压10KV供电。为保证盾构机连续掘进，采用100m高压软电缆和高压电缆卷筒实现连续不间断供电。

2.自动控制系统。自动控制系统主要包括电脑、红外惯导系统、PLC模块操作系统。自动控制系统中的PLC系统主要包括机架、功能模块、CPU模块、接口模块、信号模块、电源模块、通信模块组成。

3.变压器。TBM及盾构机常用的变压器有波纹密封油浸式和干式变压器两种。油浸式变压器具有体积小、价格低等优点，但其维护不便；而干式变压器维护方便，过载能力强，但体积大、价格贵。因此目前一般常见的是盾构机采用的是全密封油浸式变压器，它使变压器内部与大气隔离，防止油的劣化和绝缘受潮，增强了运行的可靠性。TBM采用的是干式变压器。

4.软启动器。功率较大的电动机直接启动时有较大的冲击电流，为了避免启动电流对电网的冲击，对大功率的电动机采用软启动器启动，中小功率的电机采用星三角启动或直接采用启动方式。

5.补偿电容器。采用补偿电容器在低压端集中补偿的方法，利用无功功率自动补偿控制器对无功功率进行自动补偿，它实时监测系统的功率因数，通过控制接触器切换电容组达到动态补偿功率因数的目的。补偿后的功率因数不低于0.9。

二、电气组成系统的常见故障

1.线路问题。盾构系统中，各元件之间，各模块网络之间的连接常出现接触不良或短路等故障会导致线路传输受到阻碍，数据传输困难，信号很难传送到PLC数据模块中。线路也常发生断开等异常情况，在盾构机内复杂的线路情况中各线路长度长，连接的位置复杂，只能通过电箱内电阻情况进行测量，若短接则线路情况正常，若断路则线路存在问题，查看线路接头情况，将线路连接情况进行检查，若有接口松动重新插紧即可使设备恢复正常。

2.管片拼装机前后动作不灵敏。主要有管片拼装机油缸的伸缩和旋转问题。将遥控器拆开后有油缸伸缩的簧片，分别控制前后和红、蓝两个油缸，可对操控两色油缸伸缩的簧片进行检查，若簧片上接触位置有断裂现象，但簧片无法单独进行更换，故将整个操作手柄进行更换。

3.无法正常旋转刀盘。可以通过画面查看刀盘电机的安全启动条件，看冷却水、润滑油脂等是否满足启动条件，操作台电机速度给定旋钮是否速度归零。最后检查控制器与刀盘变频柜之间通讯是否连接正常。

三、盾构机电气故障处理方法

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。

2.常见的故障和运用的排除方法。（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。有次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。（2）连接线路出现故障。如果电气元件跟模块之间的连接，出现断网、电路接触不良或者是短路都会阻碍通信效果，导致无法把信号传到PLC的数据处理模块中。案例。故障是：在机器推进过程中，盾构机突然停止，出现通讯故障。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。

总之，盾构机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.王东平，等，盾构机的电气组成及故障排除方法.2018.

[2]张庆华.吴宏宇，等，浅谈盾构机电气系统组成及故障分析处理.2019.

[3]刘小于，郎月兰，等，关于盾构机电气系统组成及故障分析处理.2019.