盾构电气组成系统及常见故障的解决

吕光

摘 要：关于盾构电气组成系统，由于其实集机、电、液于一体的综合性大型工程机械，因此系统一旦出现故障，会影响整体的机构运行。因此，应采取预警方案进行故障的排查，并且对故障采取紧急处理措施。本文对盾构电气组成系统常见故障展开论述，期望提出的解决措施能够为解决故障提供参考作用。

关键词：盾构电气组成；系统故障；解决措施

盾构电气系统的组成包括了高低压系统、自动控制系统以及配电系统。多项系统构成了大型盾构机，运行中一旦发生故障就会影响整个的设备运行。

1 盾构机电气系统组成概述

盾构机采用电力作为驱动，通过变频器、PLC实现自动化掘进。高自动化控制是现代盾构机的主要特征，能够实现施工过程的自动挖掘、推进、导向和渣土传送等。而且可以进行人机交互，高自动化和智能化带来了更多的盾构机安装调试、运行维护中的问题，包括对故障的检测和检查以及排除[1]。

1.1盾构机一般采用的是高压10KV供电，以负担整机的运行动力。为了盾构机能够保持连续的掘进，利用高压电缆卷筒和200M高压软电缆进行连续不间断的供电。

1.2盾构机的变压器目前常用的是全密封油浸式变压器和波纹密封油浸式变压器。

1.3结合线路的实际负荷进行无功补偿设备的选择，一般选择静态补偿装置，如果负荷较大，可以选择动态补偿，为了达到最佳的补偿效果，可以选择跟踪定位准确的模糊投切方式，采用电容器实际分担的方式进行按比例分配。对于电力电缆的选择，要注重综合功能的使用。推广使用软启动器，达到可控器件的软启动，有效自动控制电压，实现转速和负载的拼配。

1.4主要动力设备包括盾构推进油缸、拼装机、螺旋机、刀盘、皮带机、超挖刀、润滑设备等。电气控制器件包括隔离开关、断路器、接触器、PLC主控模块等。采用PLC可编控系统，运用到软启动装置、传感器等，由PLC负责协调各种连锁关系，形成掘进机的控制中心[2]。

1.5泥水式盾构机其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，通过加压泥水或泥浆（通常为膨润土悬浮液）来稳定开挖面；土压平衡式盾构机刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，泥土室内土压可由螺旋输出料器出土量（旋转速度）和刀盘旋转开挖速度进行调节。

2 盾构机电气组成系统常见故障

2.1由于电器元器件容易发生烧毁和损毁，因此导致电磁阀和传感器发生故障概率较大。一旦出现就会造成整体系统停运。

2.2盾构机的电机损坏，也是常见故障之一。例如对刀盘电机进行调试，就会发现电机不能启动的情况时有发生。对刀盘进行工作状态的检查，发现变频器对于刀盘电机的影响较大，通过操作室的操作面板和触摸屏，将控制信号传送到操作盘PLC中，然后再传送到动力盘以及变频器的PLC，最终在变频器的控制显示屏上显示了输出端是零电压输出的，证明是刀盘电机出现了故障，影响刀盘的运行。

2.3线路故障是在进行线路数据和信号传送的时候经常发现的问题，例如三角转换时间超过设定值，转换突然停止、转角瞬间，出现本应进行触点吸合，最终没有吸合的问题[3]。

3 解决措施

以某盾构机电气系统运行中产生的种种故障为例。

该盾构机的压力传感器曾经出现过盾尾油脂压力传感器读数突然出现负数的问题。针对这一现象，技术人员人为是压力传感器出现了故障，预示进行了排除法的处理。首先将传感器连接到相同工作的传感器接口，此接口保持正常运行，如果该传感器能够正常工作，其他传感器再接入到故障接口，观察是否正常工作，如果可以就说明没有故障，如果不行，就说明是传感器接口出现了问题。采用排除法的优势在于能够对压力传感器等的故障不断以此类推，最终准确快速地找到了故障所在的位置。

该盾构机还曾经出现过，在进行刀盘电机调试的时候发现电机不能正常启动。运行PLC程序进行1号电机启动之后，监控发现1号电机的启动信号、正反转信号和速度信号已经到达了变频器控制PLC，运行正常，输入测试变频器的信号后再启动电机，信号传输的速度显示不正常，但是电机还是能正常工作，则显示传输线没有问题，打开控制面板检查1号电机，此时变频器的控制屏幕上显示0.0，在变频器启动的前提下输出端是0电压。并且在拆开控制面板之后发现，速度信号曾经出现过在控制面板到变频器CPU的传输过程中忽然丢失的情况，而且控制面板的信号接收位置烧黑了。电气元器件被发现部分损坏。预示将控制面板予以了更换，更换的过程是结合了图纸、程序和实际的故障状况，对干扰因素予以排除，最终达到了缩小故障发生范围的目的。

在进行检修巡查的工作时候，还曾经出现过刀盘电机故障红灯常亮的问题。此时电机起动没有反应，但是故障灯闪烁，是表明电机出现了过热。如果红灯常亮，则表示电机可能出现了断路，或者出现了过流。

对此，技术人员判断是由于热保护继电器故障或者是线路的故障，造成了红灯闪烁。检查了热保护继电器和线路之后，最终找到了真正的原因。解决此项故障的方法就是判断红灯的闪烁时长，如果常亮则可能是断路开关忘记合上，那么僵断路开关合上就可以了，如果是过流保护跳闸，那么久要检查断路开关设定中的过流保护纸是否合理，进行适当调节即可，如果上述原因都不是的化，就要检查动力回路，确认没有发生绝缘老化或者线圈烧坏的现象。

该盾构机的线路故障，曾经发生过进行星三角转换的时候，突然刀盘电机停止工作。还曾经出现过主接触器发生转角瞬间没有进行触点吸合的问题，导致了电机不能正常工作，此时电机1的FG2实参逻辑为0。技术人员对该故障进行的处理方式是，调节延时继电器，使其与PLC系统设定时间和设定值相当，然后检查主接触器的常开触点，是否有线路短路的故障存在，如果是，则马上予以排除。

由于速度信号是通过网络线进行传输，在故障排除的过程中不能进行直接测试，因此使用了1号变频器的速度控制线进行了变频器的测试控制，测试的结果表明信号传输线没有发生故障。

在进行上述故障的检查和解决的同时，对于盾构机采取日常维护和定期巡查也是非常重要的。技术人员必要熟悉盾构机电气系统的工作原理，液压、机械、电气之间的关联，并且对于设备和系统零部件的作用和功能应熟悉，以便于发现问题及时解决。

进行设备维修的时候，要注意先进行观察，然后设定解决方案，最后实施的原则，一旦系统出现故障，则要判断属于何种故障，根据故障造成的原因，如机械故障、液压故障灯，进行解决措施的判断和实施，不能盲目开始解决，以免发生失误导致问题更加严重。

另外，在进行维修的时候，要做好详细的记录，对于电线的检查，主要针对的是电线破皮、断裂、脱皮等现象，这些现象隐藏较深，数量较多，容易被忽略。在问题解决的过程和结果的记录上要详细，便于遇到日后类似的问题能够准确快速地进行借鉴。相关维修技术人员也可以依据维修记录，做到有据可查。进行设备的保养和日常维护，不仅能够降低设备的故障率，还能提高设备的使用寿命。

4 结语

盾构机的核心控制部分的维护和保养，是需要熟练的技术工人，通过学习和实践不断积累丰富的知识和经验，最终掌握盾构机的PLC、变频器等技术，熟练地操控PLC程序，并且对电气图纸的使用非常娴熟，最终实现快速准确地判断故障类型，产生原因并进行有效的解决。

参考文献

[1] 王助锋，阮学锋，王学武等.盾构机故障信息融合的技术方法研究[C].//综合轨道交通工程建设与城市化协同发展学术交流会论文集.2014：882-886.

[2] 付耀琨.基于小波神经网络技术在盾构机故障诊断中的应用研究[D].郑州大学，2014.

[3] 王文超.盾構机的维护保养及常见故障研究[J].城市建设理论研究（电子版），2013，（23）.