掘進機電氣系統維修改造技術研究

宋志友

（中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南長沙 410100）

0 引言

國內隧道掘進機保有量已達3000 余臺，現階段掘進機的需求重心轉向維修改造再利用。維修改造后的掘進機在保障其使用性、穩定性、安全性和經濟性的同時，還須保證項目施工需求、施工質量及安全。但掘進機的施工里程和地質狀態各不相同，掘進機使用后的狀態也千差萬別，掘進機維修改造前，先要對其狀態進行評估，將掘進機的現狀分級，不同級別的掘進機狀態對應不同維修改造標準。

1 維修改造等級劃分原則

掘進機施工在花崗巖、硬巖及其復合地層，要求小扭矩、高轉速，但實際施工時刀盤扭矩通常相對增大，電氣元件負載率較高；在砂巖、砂質泥巖地質，要求扭矩適中、低轉速，但受土壤改良狀況影響，實際施工時刀盤扭矩也會相對較高，電氣元件負載率適中；在粉質黏土、淤泥質黏土地質，要求低扭矩、低轉速，電氣元件負載率較低。

長期工作在高負載率下，電氣元件發熱影響絕緣性能，加速電氣元件的老化，但長時間未使用的電氣元件，也會因防護不到位等因素導致電氣元件受潮、氧化生銹影響安全性能。因此，掘進機維修改造需考慮已完成的施工工況，保障維修改造后的掘進機電氣系統功能齊全、性能良好，降低設備風險，同時避免過度維修、降低維修改造成本。

根據已完成的掘進里程、勘驗現狀、使用年限等綜合評估設備機況，將掘進機電氣系統的維修改造劃分為小修、中修、大修3個標準維修等級，維修等級劃分見表1，其中相應的地質劃分標準見表2。綜合掘進里程為式（1）。

表1 維修等級劃分

表2 具體地質劃分標準

式中 L1、L2、L3——掘進機在不同地質條件實際掘進里程數，km

A1——掘進機生產至今的年限，年

A2——掘進機完成上一工程掘進任務后的存放時長，年

S′——綜合掘進里程，km

1.1 小修型

一般針對綜合掘進里程S′＜3 km 的掘進機，在對設備進行清理清潔、故障處理、潤滑保養等工作后，根據設備出洞前的動靜態勘驗報告內容進行基本維修及缺損件更換；變壓器、變頻系統、電機及動力電纜等核心部件需進行絕緣耐壓檢測；電氣柜、箱盒等需檢測其IP 防護等級；PLC、變頻器、軟啟動器、開關電源等關鍵元件要用電路板清潔劑對其進行清理清潔；其他無故障部件不進行拆解及送修。以上工作完成后，整機可不架力調試。

1.2 中修型

一般針對綜合掘進里程為3～8 km 的掘進機，在對設備進行必要的清理清潔、除銹后，根據動靜態勘驗報告內容：進行基本維修及缺損件更換；變壓器、變頻系統、電機等核心部件根據實際機況送專業廠家檢修并出具檢測合格證；電氣柜、箱、盒等設備的門鎖及密封需更換并檢驗其IP 防護等級；各壓力、流量、溫度等傳感器精度需檢核；PLC、變頻器、軟啟動器、開關電源等部件用電路板清潔劑對其進行清理清潔；對動力電纜進行絕緣測試。以上工作完成后，還需要整機架力調試并根據驗收大綱逐項驗證各系統及元器件的工作性能。

1.3 大修型

一般針對綜合掘進里程S′≥8 km 的掘進機，在對設備進行全面的清理清潔、除銹后，應根據新機標準：對變壓器、變頻系統、電機等核心部件送專業廠家進行翻新檢修并出具檢測合格證；電氣柜、箱、盒的門鎖及密封、電磁閥及傳感器插頭、各鋰電池、UPS、持續使用超過2 年的氣體檢測傳感器、老化的電纜、線槽、接線端子等設備、器件換新，并檢驗換新后的電氣柜、箱、盒的IP 防護等級；動力電纜進行絕緣耐壓測試；PLC、變頻器、軟啟動器、開關電源等部件用電路板清潔劑對其進行清理清潔；各壓力、流量、溫度等傳感器精度檢核；老舊的供配電及控制方案進行升級改造。以上工作完成后，需整機架力調試并根據驗收大綱逐項驗證各系統及元器件的工作性能。

2 電氣元件清潔方法及分級分類檢修要求

無論是掘進機小修、中修還是大修，都必須對電氣元器件進行清潔。

電氣元件清理清潔時嚴禁采用鋼刷、刀片等尖銳金屬清理柜體；元器件除塵時，可采用干冰清洗機，如用壓縮空氣，需經過除濕處理；動力電纜上的油污清理可采用無毒害的有機溶劑。

2.1 電氣元件的清理清潔方法

以電氣柜為例，簡述電氣元件的清潔方法如下：

（1）清除變頻器、軟啟動器和開關電源等帶有散熱風道元器件表面的大顆粒雜物。

（2）用吸塵器清理變頻器、軟啟動器和開關電源等帶有散熱風道元器件的上表面。

（3）用經過除濕處理的壓縮空氣吹凈帶有風道元器件的表面及風道灰塵，清理完畢后套上防塵罩。

（4）拆除配電柜銅排蓋板、線槽蓋板，用壓縮空氣對柜內清灰除塵。

（5）用工業酒精擦洗銅排。

（6）更換或清洗電氣柜的散熱濾網。

（7）用吸塵器清理柜內元件表面灰塵。

（8）用電路板清洗劑清洗PLC 模塊、放大板等元件的電路板。

（9）用帶有海綿條的軟刷清除元器件表面。

（10）烘干受潮元器件。

（11）封堵柜體內未使用的進出線孔。

（12）電氣柜清理清潔完成后，在內部放置干燥劑并鎖好柜門。

2.2 電氣元件分級分類檢修要求

掘進機電氣元件可按其功能、結構及裝配位置分為易損易耗件、可拆解清洗清潔件、精密電子件、裝配結構件等類型：易損易耗件的檢修要求見表3；可拆解清洗清潔元件的檢修要求見表4；裝配結構件的檢修要求見表5；精密電子元件的檢修要求見表6。

表3 易損易耗件檢修要求

表4 可拆解清洗清潔元件檢修要求

表5 裝配結構件檢修要求

表6 精密電子元件檢修要求

2.3 電氣系統維修改造實施流程

根據勘驗狀態、設備履歷、擬用項目地址資料及業主準入要求，確定掘進機電氣系統的維修改造方案，根據確定的維修方案及電氣元件分類實施分級、分類檢修，電氣系統維修改造實施流程如圖1 所示。

圖1 電氣系統維修改造實施流程

3 掘進機電氣系統分級維修實踐

鐵建重工DL462 盾構機于2018 年8 月出廠。第一段用于泥質粉砂巖地質，掘進里程1776.5 m；第二段用于中風化花崗巖地質，掘進里程1270.17 m，于2021 年1 月設備出洞；維修改造后，擬2022 年2 月用于密實卵石地質。

結合DL462 設備履歷及具體機況，為滿足施工需求，DL462電氣系統采用中修方案。其中，主驅動增加兩組驅動電機、哈維控制器改為西門子脈沖模塊控制器。維修改造前后設備主要參數對比見表7。

表7 改造前后設備主要參數對比

3.1 設備返廠階段

（1）設備返廠前，檢查各電氣柜、箱、盒的殼體及門鎖是否完好，損壞的采取密封防護措施防止灰塵、水汽進入。

（2）主驅動電機進廠前，檢查并排放冷凝水。

（3）以臺車為單位清點物料，并結合動靜態勘驗報告詳細記錄電氣部件缺損情況。

（4）單獨裝箱發貨的電氣設備，清點數量，登記造冊。

3.2 設備維修改造階段

（1）按電氣元件清潔方法清理、清潔各電氣元件。

（2）依據電氣元件分級、分類檢修要求，檢查維修各電氣元件，并登記歸檔檢修階段的檢測數據。

（3）補全整機電氣標識并增加電氣設備防護。

（4）整機架立聯調并依據工廠驗收大綱逐項驗證各系統、元件的工作性能。

3.3 設備存放

（1）存放時，遠離腐蝕性氣體、液體和固體，避免雨淋暴曬，保證良好的通風。

（2）需獨立裝箱的電氣設備，明確記錄裝箱號并張貼裝箱明細。

（3）變壓器、電氣柜、電氣箱及控制室等部件，封堵進出線接口，放置干燥劑，關閉電氣柜門。戶外存放時罩上防雨罩，用打包帶將防護罩捆扎牢靠并定期檢查。

電氣柜和操作箱檢修前后對比，檢修前如圖2 所示，檢修后如圖3 所示。

圖2 檢修前的電氣柜和操作箱

圖3 檢修后電氣柜和操作箱

DL462 盾構機維修改造于2021 年9 月開始，11 月完成工廠調試驗收。2022 年2 月完成工地組裝，3 月工地始發掘進現場。截至2022 年4 月1 日，已累積開挖121 環，單日最高開挖8 環，掘進期間未發生電氣問題、停機故障。施工主要參數：刀盤扭矩8000～11 500 kN·m，推進速度40～55 mm/min，推力20 000～26 500 kN。施工效果達到預期，得到施工業主認可。

4 結束語

掘進機電氣系統的維修改造可根據綜合掘進里程劃分為小修、中修、及大修等級；根據電氣部件的分類將不同類別的元件按要求實施檢修，既可以節約成本、縮短工期也可以保證設備的安全、穩定。