盾構機電氣系統及調試故障與解決辦法

席永強

（中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 450003）

盾構機用電設備由于具有耗電量大、設備數量多等特點，因此在設備運行的過程中易出現各種各樣的故障，不僅會對設備運行造成嚴重的影響，還可能會對操作人員的人身安全造成威脅。因此，在調試電氣系統時，工作人員應高度重視每一個環節的信息，發現問題立即采取措施解決問題，維持盾構機電氣系統的正常運行。

1 盾構機電氣系統結構的特征

在隧道工程挖掘施工的過程中，通過認真分析設備運行時電氣系統運轉的特征，并采取措施不斷提升項目施工運行的速度，可以實現對盾構機在電氣系統中的組成結構特征的充分認識，促使盾構機在電氣系統設計中發揮積極的促進作用。使用盾構機施工時，系統中電氣設備供電線路為10 kV高壓供電輸電線路。就設備電氣系統供電而言，供電類型存在較大的差別，核心組成部分為低壓配電系統和高壓供電系統，在電氣系統控制程序中，盾構機的集成控制操作主要由PLC集成控制系統完成。

為了提升運行調試工作的效率，需要加強對盾構機所有電氣設備結構的管理和使用，以更好地掌握盾構機計算機信息采集系統運行的特征，并實現集成化管理盾構機械液壓設備。針對此，優化升級調試參數，可以使盾構機在隧道工程挖掘施工過程中的效率和速度發生質的改變。針對盾構機電氣系統而言，液壓控制系統的結構非常復雜，液壓控制系統由管片拼裝與輸送系統、推進挖掘系統和盾構機刀盤驅動系統構成。

盾構機控制系統構成的具體情況如圖1所示。

圖1 盾構機控制系統的構成

2 盾構機運行電氣系統調試

2.1 實行分級合閘制度

在隧道工程挖掘施工項目建設的過程中，需要及時調試盾構機電氣系統運行的參數，高效調整設備運行時的輸電系統輸電配送方式。在供電模式的作用下，高壓送電分級合閘的盾構機電力傳輸方法得以全面實現。

（1）調試電氣化系統時，需要在完成組裝、調試完電氣化系統設備后，集中檢查設備的組裝調試工作情況。高度重視設備組裝過程中運輸輔助設備給盾構機燈線控制線帶來的負面影響，并合理安排臨時設置的盾構機掘進照明線路和運輸拖車的照明線路，以確保所有的線路全部實現科學、合理的布置。盾構機開始運行以后，應仔細檢查盾構機的所有運行設備，檢查設備構件是否全部處于正常運行的狀態下，規范化管理設備正常運行的外部環境。

（2）檢查溫控油溫和變壓器時，積極采取措施高效管控油位，保證線圈與油位控制之間能夠實現正確的系統設備組合與連接。檢查盾構機設備時，在打開高壓運行程序的高溫控制開關柜前，需仔細檢查設備高壓運行程序，保證其能夠正常的運行，且不會存在任何問題。一般情況下，低電壓配電輸送設備的集中供電主要借助高壓控制開關柜的開關操作得以實現。調試完盾構機的電氣化系統以后，應及時復位所有的調試按鈕。

（3）恢復調試開關按鈕時，控制室的按鈕應作為重點檢查內容，以更好地保證配電柜的復位按鈕和控制配線箱的恢復按鈕全部都恢復到正常的狀態，并注重及時復位隧道挖掘過程中外部支柱上安裝的所有緊急測試按鈕。檢查低壓配電柜中的配電狀態時，使用萬用表完成檢測工作，確保所有的檢查信息準確、無誤。檢查配電柜時，重點檢查配電柜輸送線路的安全性和完整性，確保所有的配電輸送線路沒有斷路和短路的情況存在，調試盾構機的安全運行情況。

（4）檢查盾構機運行線路時，應仔細檢查設備運行中的安全保障線路，并檢查和調試盾構機安全運行的接地線參數時，保證安全保障接線中的下級開關間接短路防護設備始終保持著最佳的運行狀態。此外，檢查完接線以后，需要再次認真檢查接線的實際連接情況，接線的火線和零線位置必須連接正確，不能存在接反的情況。所有的檢查全部完成后，將盾構機的電閘合上，檢查盾構機能否正常運行。重點關注帶電剎車機的接線盒設置情況，以保證盾構機接線盒的剎車模塊始終保持正常運轉，使盾構機可以正常運行。

2.2 安裝盾構機電氣程序

（1）控制PLC程序。

核心內容為控制盾構機的主機系統，以太網絡是盾構機上位機使用的主要局域網，核心控制系統為SiemensS7-400。該系統可以實現編程控制，為盾構機機電系統的正常工作奠定了堅實的基礎，使其能夠實現正常運行。

（2）PLC通信回路暢通。

①通信回路檢查無誤以后，以圖紙為基礎完成通信模塊地址的快速設置，落實與其相關聯的工作。

②完成所有的倍福模塊和PLC模塊的送電通信工作，使信息能夠實現及時傳輸。

PLC的硬件系統結構如圖2所示。

圖2 PLC的硬件系統結構

2.3 調試盾構機電氣系統參數

在調試盾構機參數的過程中，需要確保隧道掘進項目施工速度與參數設計之間實現有效連接。檢查和調試參數時，應集中檢查電力設備的儀器參數，并在糾正參數設置的準確性和可操作性的同時，將補償控制器的參數檢查工作作為重中之重。

由于斷路器和動力系統輸出控制參數聯合部分與補償控制器參數息息相關，因此需要及時糾正其參數值。在調試和矯正參數值時，需要確保設計施工進度方案中的指標與盾構機通電運行過程中電力補償器上出現的參數相同，同時仔細檢查其設置情況，更好地為后續設備運行提供有力支撐[1]。

3 盾構機電氣系統常見故障的解決策略

3.1 遵循的原則

檢查盾構機電氣系統故障時，遵循的主要原則為“由外而內、先簡后繁”。

（1）檢測的部位就是電源。

（2）仔細檢查外部線路。

（3）由于PLC程序很少出現故障，因此需要最先檢查簡單的部位，排除外部故障點以后，再檢查PLC程序是否出現了故障。

3.2 線路連接

當信網絡間的連接或元器件與模塊間的連接出現故障時，短路、接觸不良等都會影響數據傳輸，使信號無法及時傳輸到PLC的數據信息處理模塊。通常情況下，短路故障和連接線路中間斷開處理都比較困難，其原因主要為盾構機上的線路比較長，錯綜復雜，互相連接的點比較多。

處理這些問題時，最有效的方法是短接電箱中的線路一端后，對另一端電阻進行測量，顯示的結論為短接，表明線路一切正常；顯示的結論為斷路或有電阻，則表明線路連接發生了故障，線路中間有斷開的地方或接頭出現了松動的情況，此時需要找到故障位置進行快速處理，確保設備的正常運行。

3.3 元器件故障

如果接觸器、繼電器等元器件出現燒壞或損壞的情況，會對設備的正常運行造成嚴重的影響。檢查元器件是否出現問題時，通過分析電磁圈在連接上額定電壓后繼電器能否正常吸合或斷電后能否正常復位而完成準確判斷。

針對電磁閥和傳感器等電氣元器件而言，其在工作時的電流和電壓非常小，因此通常難以從外觀實現準確判定。對此，可以使用排除法對其實施檢測，將傳感器連接到正常運行的相同工作狀態下的接口，如果傳感器能夠正常工作可以將其他正常工作的傳感器連接到故障接口；如果不能正常工作，則表明接口出現故障。

使用該方法逐個檢查顯示器接口和傳輸線，能夠在短時間之內找到故障點，快速排除故障，確保設備正常運行。

3.4 參數及程序問題

在排除元器件與電氣線路等外部可能存在的故障后，如果問題依然存在，需要檢查放大版參數或PLC程序是否出現了問題。例如，在對某號盾構機進行調試的過程中，調試人員在調試螺旋輸送機時發現該螺旋輸送機轉速比較慢，與設計值之間存在較大差距。對此，經過認真的檢測以后，調試人員發現螺旋輸送機的元器件和外部線路都不存在問題，液壓閥組也呈現正常連接的狀態，PLC輸出和輸入信號沒有異常情況出現，最后對螺旋輸送機的放大版參數進行了仔細檢查，找到了問題的原因，即放大版參數的輸出電流過小。經過對放大版參數輸出電流的調整，快速提升了螺旋輸送機的轉速，使其滿足了設計的標準。

4 結語

綜上所述，本文詳細論述了盾構機電氣系統的調試過程、常見故障和解決辦法，使其在實際調試，能夠迅速找到問題的原因，采取措施解決問題，使盾構機在隧道工程挖掘施工的過程中發揮了較好的促進作用。