盾构机电气系统的设计概要

盾构机电气系统的设计概要

宁志杰

南宁中铁广发轨道装备有限公司，广西南宁市邕宁区 530200

摘要：盾构在施工过程中，极易造成电气元件损坏、烧毁等故障。目前盾构机的电气设备大多由生产厂商来维护和改善。这样既浪费时间，又浪费资金，还浪费时间。为了提高效率和节约资金，对盾构的电气设计进行了深入的研究，提出了较为合理的电路图，对提高电气系统的可靠性和工作效率具有一定的指导意义。

关键词：电气系统；设计；盾构机

由于盾构机是一种耗电设备多、耗电大的大型工程设备，在施工过程中经常发生电气故障，导致电器部件损坏、错误操作、发动机烧坏、威胁到人们的生命和其他问题，这些问题造成了大量的生命财产损失，而且还严重地影响了工程的工期。同时对项目的进度也有很大的影响。造成这种情况的主要原因是由于系统的设计不合理，可靠性不高，因此要保证与盾构机有关的设备安全可靠运行，就必须对其进行合理、可靠的供电。盾构机的电力系统分为四大系统：高压电力系统、低压配电系统、电动机控制系统和照明配电系统。

一、高压电力系统

由于盾构机耗电大，输电距离远，因此通常使用的高压电力。从所属城市电网接收电能，推荐采用辐射供电，由高压开关站直接供电，既保证了电力供应的可靠性，又不会对工地周边地区的电力产生任何影响。

盾构机的高压电源主要包括：电缆引入柜、电源进线柜、计量柜、变压器出线柜等。是一根电缆引入柜，该线路是从本区域变电站中引出的，并安装了避雷器；是电源进线柜，带保险丝的输入线断路器或负载开关，有过电流和快速切断保护。是一种高压仪表，它是一种高压测量设备，它是一种专门的电压、电流互感器，它的供电成本是由一种特殊的电压和电流互感器组成的。具有过载、短路保护功能，适用大容量的变压器。为了方便电力公司的检修，通常，在地上装有一个高压配电箱，而在正常使用期间，则由建设单位负责保养。

图1

二、低压配电系统

1.系统形式

盾构机的低压配电网通常为，而低压配电网应选用单相三线或三相五线供电。在电力设备容量大、负载性质重要或有特殊需求的情况下，辐射分布是最适宜的，在使用该方法时，任何一环发生故障都不会对其它环路造成任何影响，从而使配电系统具有较高的可靠性。

大型油泵电机、空气压缩机电机、刀盘驱动电机、螺旋输送机驱动电机等均需辐射供电。油泵电机、螺旋输送机、注浆泵的供电都是采用配电箱辐射方式配置。在远离供电的地方，小容量的用电装置，可以采取连锁分配，每个环路的环链装置不得多于个，总容量不能大于。该分配方法也适用于隧道内的排污泵、排气扇等。

在某些地下水位高、降雨多的区域，为避免隧道被淹，在隧道中都设置了排水泵，同时还可以将抽水用电作为第二级负荷。当抽水机的耗电量较小时，可以选用 应急电源，如果不能使用，可以自行起动的柴油机作为第二电源。相反，第二路供电应选用能自动起动的柴油发电机。

2.接地方式

在工地作临时用电设施，因其耗电大、用电设备多、作业环境潮湿、空间狭小等特点，低压配电网络中的接零保护。系统将导线与导线（保护零线）隔开，并将其与电气系统中的导线隔离开来。盾构机所用的电源设备的金属外壳必须与线相连，因此，即使工作零点出了问题，只有在断点以下的单相建筑中，才会有损坏，不会对线路保护的建筑电器造成危害；若被保护的建筑物为三相不均衡电源，则只有工作零线上的电位差，而建筑电气设备的外壳则通过线连接到变压器的中间位置，以维持零电压，不会造成危害；另外，将工作零线与导线分开，可在盾构机上安装多层电流型漏电保护，从而使整个盾构机的配电系统受到更大的保护。

三、电动机控制系统

由于盾构机中的电机数目较多，其容量也各不相同，因此对其进行控制时，要考虑到其容量和负荷。盾构机的电机控制分为起动和速度调节。

1.启动控制

盾构机用的主要驱动电机是交流电机，它对供电电压的变化很敏感，所以在起动过程中，必须降低电机的功率波动。

对于不常起动和低负荷的电机，通常建议使用星-三角降压起动，例如盾构机的油泵马达和水泵；不常起动但负荷稍大的电动机，一般宜选用自耦合变压器进行降压起动，例如盾构机的空压机电机：经常起动的电动机，例如管片拼装电机，应选用软起动，此起动方式对供电电压的影响很小，电动机可以产生大的起动力矩。

对于需要调速并装有变频调速的电动机，可以采用变频起动方式，即在起动时，改变起动频率，减小起动电流，提高起动力矩。

对于低功率电机，可以采用直接起动模式。首先，通过对电机容量与变压器容量的对比和计算，发现在电机频繁起动时，电机的容量不超过变压器额定功率的，在不经常起动的情况下，电机的容量不超过额定功率的，可以直接起动。

2.调速控制

在盾构机中，由于使用过程中存在着大量的电机，所以必须对其进行转速调节。例如，盾构机的刀片和推进马达是按照推进速度来调整的，泥浆平衡盾构机的螺旋输送机是按照泥浆压力来调整旋转，而土压平衡盾构机的皮带输送机则是按照掘进速度调整的，一般都是使用双极或变频调速。双极调速就是通过使用电动机的极对数来调整电动机的转速，通常适用于地质条件不太好的区域，采用变频调速技术在盾构机电机控制系统中得到了广泛的应用。该方法可根据所需调整的参数而变化，由于大容量电机采用变频调速，可产生大的起动力矩，而变频调速又可有效地解决起动问题。

四、照明配电系统

根据国家有关法律、法规，在通道内安装普通和局部的灯光。一般照明是用来照亮整个工地的均匀照明，包括盾构工位的灯光和地道的灯光：局部照明是一种特别的可视工作，或者用来点亮特定的地方，例如盾构工区和后面的交通工具。

在规定的停电条件下，作业人员在紧急情况下必须立即疏散，并在紧急情况下安装自备电源。按照本条例，在隧道中应设有紧急照明和应急照明，以保证安全通道能被使用者识别并使用。

盾构机的照明配电系统，配电箱内部装有工作照明母线和紧急照明母线，当停电时，紧急照明母线由集中应急电源提供，当停电时，灯具可以在停电后自动打开。额定输出功率不得少于所连接的紧急照明负载总量的倍，并且电池的初始充放电能力必须在以内。紧急逃生通道灯光也可以使用自备的应急照明装置。

由于施工现场及隧道内的潮气较大，为了避免发生漏电事故，在工作灯的出线开关上，必须使用带漏电保护的断路器，并选择具有密封、防水、防尘、可开启的灯具。在地下以下的地下灯泡，其供电电压必须为以上。尤其是在湿气较重或接地导电性较好的地区，照明供电电压必须为以下。另外，在隧道中使用灯光时，也要注意下列事项。

1.安全照明变压器应采用双绕组，禁止采用自耦合变压器。

2.便携式照明变压器一次侧供电导线必须是橡胶套管或塑料套管软线。

3.照明灯具的金属外壳要有一个保护性的零点。

结论

本文从四个方向对盾构机进行了设计，着重对其可靠性、合理性、设计和施工中的几个安全问题进行了分析。盾构是一种大型、复杂的施工机械，其结构形式复杂。由于不同的项目，不同的厂家使用的电力系统也不尽相同，所以在设计和运行时要结合实际情况综合考虑。电力系统的设计是一个非常复杂的项目，除上述分析之外，还涉及到电气设备的选型、电气设备的安装和运行维护。在实际工程中，不管环境怎样改变，必须合理可靠地进行电气系统的设计，以确保施工人员和设备的正常运行。

参考文献：

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