土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)概述及電氣故障處理方法與心得

于穎

摘 要：隨著隧道和地下空間的迅猛發(fā)展，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電技術(shù)取得了極大的成就，盾構(gòu)機(jī)電系統(tǒng)是機(jī)械、電氣、液壓、流體、傳感、信息技術(shù)等的結(jié)合體。它是一種復(fù)雜的、綜合技術(shù)性隧道施工機(jī)器。盾構(gòu)施工首先要進(jìn)行土體挖掘，然后對渣土進(jìn)行改良并且傳送渣土，接著進(jìn)行注漿、拼裝管片，最后是進(jìn)行精確地測量，完善測量系統(tǒng)。因此迫切需要解決盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)中的電氣故障問題。文章主要研究土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)，并且快速、準(zhǔn)確地檢查其中的電氣故障問題，提出相應(yīng)的處理方案。

關(guān)鍵詞：土壓平衡盾構(gòu)機(jī)；電氣系統(tǒng)；電氣故障處理

土壓平衡盾構(gòu)是一種在盾構(gòu)密封艙內(nèi)采取刀盤和螺旋輸送的方式，把棄土直接從密封泥土艙直接排出去的結(jié)構(gòu)。這種盾構(gòu)的優(yōu)勢是具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用型，因而得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。在研究土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障問題時(shí)，要著重研究電氣技術(shù)對盾構(gòu)機(jī)施工的重要性，對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，使其能夠正常的運(yùn)行。

1 盾構(gòu)機(jī)的電氣系統(tǒng)

盾構(gòu)機(jī)的電氣系統(tǒng)主要由配電系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)組成。配電系統(tǒng)又分為高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)。盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)備組成，包括高壓電柜、變壓器、補(bǔ)償電容器、主要動力設(shè)備、電氣控制器件等。

1.1 盾構(gòu)機(jī)的高壓供電系統(tǒng)

基于盾構(gòu)機(jī)的用電量大、供電距離長，采用的是10kV高壓供電，其中專線也是從10kV高壓開閉所直接提供電力資源的。這種方式最大的優(yōu)勢就是不僅能確保安全供電，也能在盾構(gòu)機(jī)故障時(shí)，保持機(jī)器的正常運(yùn)作，且不影響施工現(xiàn)場的城市供電系統(tǒng)。

1.2 盾構(gòu)機(jī)的低壓系統(tǒng)

提到盾構(gòu)機(jī)的低壓系統(tǒng)，就要分析其低壓配電形式、配電保護(hù)形式、低壓控制形式。NFM盾構(gòu)機(jī)低壓配電系統(tǒng)主要采用的是多線的保護(hù)接零方式。其配電保護(hù)形式主要是在潮濕且較狹窄的盾構(gòu)施工環(huán)境中，為了防止漏電危機(jī)，這種盾構(gòu)機(jī)采用的是各個(gè)設(shè)備的都與地線相連。盾構(gòu)機(jī)要借助電機(jī)來進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)，低壓控制主要是對機(jī)電起作用。

2 電機(jī)控制系統(tǒng)

盾構(gòu)機(jī)中電動機(jī)的控制方式主要包括啟動控制和調(diào)速控制，還有PLC自動控制系統(tǒng)可以起到輔助的作用。其中啟動控制的主要方法是變頻啟動、星-三角啟動和直接啟動，變頻器啟動和星-三角啟動這兩種控制方式成本較低，容易操作，并且可以達(dá)到減少啟動電流的作用。但是一些小型的功率電機(jī)都采用直接啟動模式啟動，這樣做主要是為了方便水泵電機(jī)的清洗和管片吊裝電機(jī)的清潔工作。而調(diào)速控制常常在大量的電動機(jī)在工作時(shí)使用，主要采用變頻調(diào)速，這種調(diào)速方法廣泛應(yīng)用在盾構(gòu)機(jī)的電動機(jī)控制系統(tǒng)中，工作原理是通過改變頻率進(jìn)行調(diào)速。并且遵循一定的調(diào)節(jié)指標(biāo)。這種調(diào)速方式最大的優(yōu)勢就是可以采用變頻調(diào)速的大容量電動機(jī)，產(chǎn)生較大的啟動轉(zhuǎn)矩，促進(jìn)電動機(jī)順利啟動。

3 盾構(gòu)機(jī)電氣故障處理方法

對于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)系統(tǒng)的控制，一般情況下都是采用機(jī)器智能控制的方法，所以機(jī)器設(shè)備上的傳感器、電磁閥等電子元件比較多，產(chǎn)生的線路很多，連接起來也很復(fù)雜，電氣設(shè)備繁多。所以一旦出現(xiàn)電器故障就要從整體上去解決問題。

3.1 解決問題的原則

一般要按照先簡后繁、從內(nèi)到外，正確的操作步驟應(yīng)該是先檢查上面的，再檢查外部線路。但是PLC程序的問題比較少，所以對于電氣故障要從最容易著手的地方開始檢查，當(dāng)外部出現(xiàn)的故障點(diǎn)都被排除后，再來著重解決PLC的問題。

3.2 常見的故障和運(yùn)用的排除方法

3.2.1 電氣元器損壞。電氣元件的損壞主要包括傳感器、接觸器和電磁閥的故障和損害。比如在2011年10月20日，出現(xiàn)的故障是盾構(gòu)停機(jī)半天，但是當(dāng)重啟機(jī)器時(shí)準(zhǔn)備掘進(jìn)時(shí)，所有的準(zhǔn)備工作都做好了，按動了推進(jìn)的啟動按鈕，這臺機(jī)器上的所有油泵電機(jī)和刀盤電機(jī)出現(xiàn)故障，不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，報(bào)警界面顯示的是控制ELB跳閘，就是操作電路漏電導(dǎo)致機(jī)器自動短路，然后引起斷路器的跳閘。

正常的反應(yīng)是先去MP柜合閘，合閘后然后重啟盾構(gòu)機(jī)，但是正確的方式應(yīng)該是先檢查線路，發(fā)現(xiàn)電纜破損的問題時(shí)再考慮控制推進(jìn)油缸的電磁閥的故障問題，對于這些電磁閥塊，我們要從上到下，從左到右依次檢查，當(dāng)檢查到下面的一組電磁閥時(shí)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)電池閥被水浸泡了。先分析原因，然后組織專業(yè)的人士將水吸干，然后再將這些電磁閥拆卸下來，用用電吹風(fēng)吹干重新裝上，重新啟動系統(tǒng)，恢復(fù)正常。

3.2.2 連接線路出現(xiàn)故障。如果電氣元件跟模塊之間連接，或者是斷網(wǎng)，電路接觸不良或者是短路都會阻礙通信，導(dǎo)致無法把信號傳到PLC的數(shù)據(jù)處理模塊中。我們來看一個(gè)案例。2014年9月1日，故障是：在機(jī)器推進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)突然停止，出現(xiàn)了顯示省配線裝置異常的界面，也就是通訊模塊連接出現(xiàn)了故障。

具體操作方法是，先看操作說明書上的相關(guān)提示，然后再打開有省配線的調(diào)試的信息，可以發(fā)現(xiàn)在MP柜和第二節(jié)臺車上的JBK電器柜內(nèi)，其PLC模塊出現(xiàn)異常現(xiàn)象。首先需要對線路進(jìn)行初步的檢查，采用萬用表檢查接頭處，發(fā)現(xiàn)沒有問題后，再對各個(gè)模塊進(jìn)行檢查，排除這方面的問題后，再查閱廠家和技術(shù)人員方面的資料，得到的信息是更換通信電纜，換了電纜之后，一切恢復(fù)了正常。事后分析原因，有可能是通信電纜的故障，特別是電纜屏蔽層遭到損壞，不能正常運(yùn)行，所以通信電纜和強(qiáng)電電纜交錯(cuò)在一起，信號受到了電磁的影響。

4 提出建議和對策

4.1 我們在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)的維修工作時(shí)，應(yīng)該要了解它的工作原理和相關(guān)部分之間的密切聯(lián)系，還有了解設(shè)備中各個(gè)零部件的作用。只用熟悉機(jī)器的構(gòu)造和工作原理，才能有效的解決機(jī)器故障問題。

4.2 要堅(jiān)持“先思考，再動手修理”的原則，在機(jī)器出現(xiàn)故障后，應(yīng)該仔細(xì)檢查設(shè)備，查清楚是哪里出了問題，是不是機(jī)械、液壓造成的問題。不能盲目進(jìn)行修理。要找到問題的根源后再動手，以免惡化問題。

4.3 維修設(shè)備時(shí)應(yīng)該堅(jiān)持從外到內(nèi)，首先檢查電線有沒有損壞、脫落、水泡。這些都是可以用肉眼觀察到的問題，但是往往最容易被忽視。

4.4 其他設(shè)備的日常維修和保養(yǎng)工作也非常重要，采取正確的保養(yǎng)方法可以保證設(shè)備的壽命，減少設(shè)備故障發(fā)生的機(jī)率，增加生產(chǎn)的效益。同時(shí)如果在環(huán)境狹窄、潮濕的施工地方，還要注意電氣設(shè)備的防潮、防水。

4.5 設(shè)備出先故障后還要做好相應(yīng)的記錄，時(shí)間、故障問題、解決方法、解決效果等等這些全都要記錄在案。以后如果遇到類似的問題，還可以再看看記錄，這樣可以快速解決問題，調(diào)高效率。也可以給維修人員提供一個(gè)切實(shí)可行的依據(jù)，減少時(shí)間和精力的消耗。

5 結(jié)束語

盾構(gòu)機(jī)上面的電氣連接和控制系統(tǒng)很重要，做好這方面的維修工作也很重要，作為盾構(gòu)機(jī)使用單位電氣技術(shù)人員，需要具備專業(yè)的素養(yǎng)和技能，通過對機(jī)械設(shè)備的仔細(xì)觀察，在出現(xiàn)故障后，按照程序逐一排查，謹(jǐn)慎處理問題，并且加強(qiáng)對盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)核心的控制部分的實(shí)踐和學(xué)習(xí)，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，周密的思維，準(zhǔn)確，快速的找出故障并且進(jìn)行處理。

參考文獻(xiàn)

[1]李明鍔.土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)概述及電氣故障處理方法與心得[J].城市建設(shè)理論研究，2014.

[2]莊慶華.NFM盾構(gòu)機(jī)的電氣組成及故障排除方法[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012.

[3]王穎.NTU039土壓平衡盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)與分系統(tǒng)功能分析[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2013.

[4]吳玉鵬，蔡啟仲，湯堯.土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電氣安全保護(hù)應(yīng)用分析[J].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011.