TBM盾构电气控制系统康帆PPT学习课件

1、主要内容 一、TBM盾构电气控制系统原理 1、 TBM盾构电气控制系统的组成 2、 PLC控制系统在TBM盾构上的应用 3、变频器在TBM盾构上的应用 4、常用安全保护电路在TBM盾构机上的应用 5、常用传感器在TBM盾构机上的应用 6、TBM盾构机电气系统维修保养 二、TBM盾构现场临时施工用电管理 1、盾构施工供电分类 2、集约用电 3、安全用电 4、节约用电 TBM电气控制系统组成 1、高压供电 2、低压配电 3、PLC自动控制系统 4、计算机数据采集系统 5、机械、液压系统和辅助设备控制，包括： 刀盘驱动系统 推进系统 支撑系统（外凯和前后支撑） 油脂集中自动润滑系统 仰拱吊机和材料吊

2、机 皮带输送机系统（连续皮带机） 混凝土输送和喷浆系统 钢拱架安装输送系统 供水及水冷却系统 制冷系统 盾构电气控制系统组成 1。高压供电 2。低压配电 3。PLC自动控制系统 4。计算机数据采集系统 5。机械、液压和辅助系统控制，包括： 刀盘驱动系统 推进系统 管片拼装机和管片输送系统 铰接缸系统 螺旋输送机、皮带输送机系统 泡沫和膨润土系统 盾尾密封系统 同步注浆系统 集中自动润滑系统 冷却系统 人仓及保压系统 刀盘驱动系统 推进系统 管片拼装机和管片输送系统 铰接缸系统 破碎机、泥浆门、泥水平衡系统 泥浆泵及输送系统 盾尾密封系统 同步注浆系统 集中自动润滑系统 冷却系统 人仓及保压系统

3、 TBM及盾构供配电系统 高压供配电：由于TBM盾构机整机负荷较大，因此盾构机采用高压10KV供电。为保证盾构机连续掘进，采用 400m(200m)高压软电缆和高压电缆卷筒实现连续不间断供电。 变压器：TBM及盾构机常用的变压器有波纹密封油浸式和干式变压器两种。油浸式变压器具有体积小、价格 低等优点，但其维护不便；而干式变压器维护方便，过载能力强，但体积大、价格贵。因此目前一般常 见的是盾构机采用的是全密封油浸式变压器，它使变压器内部与大气隔离，防止油的劣化和绝缘受潮， 增强了运行的可靠性。TBM采用的是干式变压器。 软启动器：功率较大的电动机直接启动时有较大的冲击电流，为了避免启动电流对电网

4、的冲击，对大功率的 电动机采用软启动器启动，中小功率的电机采用星三角启动或直接采用启动方式。 无功功率补偿：采用补偿电容器在低压端集中补偿的方法，利用无功功率自动补偿控制器对无功功率进行自 动补偿，它实时监测系统的功率因数，通过控制接触器切换电容组达到动态补偿功率因数的目的。补偿 后的功率因数不低于0.9。 TBM供配电系统 盾构机供配电系统 3*70mm2 TJB快速接头 3*70+3*35/3 6/10KV 250M 高压电缆卷筒 高压开关 200A 变压器 10kv/400v 1600KVA 10KV 250 I / 2500A 400VAC 50HZ 400VAC 50HZ 3相母线

5、65kvar*10 cos=0.95 PD1 PD2 I 800A 软启 刀盘驱动315kw 软启 I 刀盘驱动315kw PD3PD4 软启 320A I 螺旋输送机160kw PD5 I 80A Y-软启 I 250A 皮带机30kw 推进泵站110kw I 100A I 80A 补油泵37kw 管片安装机45kw I 80A 膨润土泵30kw Y-Y-Y- PD6 10A I 18A I 14A I 14A I 25A I 齿轮油泵4kw 冷却水泵5.5kw 工业水泵7.5kw 推进控制泵5.5kw 水过滤循环泵11kw I 1.6A 油脂泵0.18kw PD7 1.6A I I 40A

6、 I 18A I 18A I 泡沫泵0.37kw 二次通风15kw 混凝土搅拌机7.5kw 泡沫水泵7.5kw 管片吊机 PD8 13A I 13A I 13A I I I 13A13A 1号拖车照明 设备桥照明 2号拖车照明 3号拖车照明 4号拖车照明 PD9 +MDB柜 250 I I 250 250 I 250 I I 250 主控室以后的220v电源 补偿器220v电源 PLC控制面板24v电源 其他配电柜面板 I 250 主控室220v电源 +DB柜 PD1PD2 250 I 250 I 250 I I 250 DB柜体照明 人仓照明 盾体照明 250 I 人仓插座 I 250 人仓

7、加热 PD3 24VDC220VAC PLC 盾构机控制系统 控制面板 PC 控制系统 主控制室 400v/220v 6.6KVA 1.44KVA 400V/24VDC400V/24VDC 1.44KVA 24VDC 220VAC 400V/24VAC 1.44KVA 800A 160A160A160A160A160A160A TBM盾构供配电系统关键点 高压断路器的保护整定值 低压断路器的保护整定值 电机保护热继电器整定一定不要超过电机额定电流 星-三角启动要注意接线正确，防止电源短路。 洞外的高压开关柜在过流、速断的基础上，建议增加零序电流保护。 主机控制系统的组成 主机控制系统 目前常用

8、的有两种系统构成模式：集中式和分布式。 HK大多数采用集中式（除泥水盾构外），WIRTH、小松、LOVAT和NFM多采 用分布式。 盾构机主机控制系统采用主从、上下位机和分布式I/O结构。上位机为PC（个 人计算机）和墙面式工控机组成的基于Profibus-Dp（或MODBUS）协议的 现场总线的计算机局域网络，HK下位机是以Siemens S7-400为主站， S7- 300为分站的可编程控制器系统。NFM下位机是以Premiun-57为主 站,Momentum为分站的可编程控制器系统。 工控机和数据采集系统 采用墙面式工控机为人机界面，采用彩色液晶显示屏，安置在盾构机操纵室内 控制面板上。

9、用于设置控制系统参数和显示数据，由现场操作人员使用。其余 采用普通PC根据需要可以放置在机电工程师室和经理室。这些计算机上均安 装WDAS或PDV软件，用于 盾构机控制系统示意图盾构机控制系统示意图 远程计算 机 工业计算 机 PLC DIAIDOAO 触摸屏 显示器 现场操作板 接口 遥控操纵 板 位置开 关传感 器等 中间继 电器 驱动放 大板 开关阀、 信号灯 等 比例阀、 变频器、 表头 模拟传 感器 脉冲传 感器 接触器、 电机等 打印机 激光导向 系统 TBM盾构主机控制系统 TBM盾构主机控制系统采用PLC可偏程控制器的特点 TBM盾构是一个机、电、液一体化的工厂化隧道开挖施工机

10、械，是大型化、自 动化、流程化的大型连动机。由于其控制环节多，工序复杂，并且相互关联，相 互影响，任何一个环节出现故障都将影响正常掘进甚至停机修理，因为了保障 TBM盾构机工作的高度可靠性安全性和易维护性，其控制系统采用了PLC可偏程 控制系统。 PLC可偏程控制系统具有系统功能强、可靠性高、抗震性能好、编程容易、修 改方便、扩充维修容易等一系列优点。 采用PLC可编控制系统的特点是TBM盾构机上所有传感器和控制信号都输入到 PLC，所有输出信号都由PLC发出的。方便建立各种连锁关系。因此PLC可编控 制器是掘进机的控制中枢。是掘进机的大脑和心脏。 常用常用PLC型号型号 西门子S7-300系

11、列PLC 主操作室（主站） 盾体（分站） 配电柜（分站） SPS 例如例如SIMATIC S7 数据收集和处理 PC 带有带有Switch ES Power 用于通过PROFIBUS DP对 SENTRON断路器进行参数化 、操作和监视的软件 显示单元显示单元 例如带浏览器的笔记本以太网/ 内联网/ 因特网 BDA / BDA Plus COM15 BSS ETU 测量 ZSI模块 数字输出模块 继电器 数字输出模块 光耦合器 数字输出模块 继电器, 可配置 模拟输出模块 数字输入模块 数字输出模块 光耦合器, 可配置 SENTRON WL PROFIBUS-DP AS-I AS-I ET20

12、0 U 断路器 AS-I DP / AS-I - Link TELEPERM M, SIMATIC S5, SIMATIC S7 Master Drive M 3 M 3 Micro Master SIMOCODE-DP COROS SICAM LCC M 3 ET200 L 中压断路器 3AH TCP开放 : 基于 TCP/IP 的自由协议 -基于 Ethernet TCP/IP 的 Modbus 协议 Ethernet 伙伴 Fipio 伙伴 Modbus 伙伴 OPC 兼容 Java Applets 库函数 SCP开放 : 第三厂家的串行协议 ProfibusDeviceNet/Cont

13、rolNetInterbus 第三厂家的总线型 I/O 电话线 - Modem HTML Web server AS-i 总线 第三厂家总线 - Interbus-S - Profibus-DP - CANopen 施耐德Momentum系列分布式PLC n 带分布式 I/O的控制器 I/O 总线(Interbus) - 最多 128 I/O 模块，距离 42,000 英尺. Modbus Plus 方式 -最多 64 I/O模块，距离 6000 英尺 以太网 -最多 64 I/O模块，距离与介质有关. RS-232 Port - Modbus I/O Bus ( Interbus) Comm

14、unication to Distributed I/O Modules Momentum I/O Modules located near field devices Momentum Processor mounted on I/O Module Computer Operator Station 施耐德PLC通讯总线 MODBUS PLUS 和FIPIO 2021-4-20 外部设备接口 存 储 器 系 统 程 序 用 户 程 序 数 据 输入模块 I/O 扩 展 接 口 输出模块 C P U 电 源 编 程 器 打 印 机 计 算 机 盒 式 磁 带 机 条 码 扫 描 仪 I/O 扩

15、 展 单 元 按 钮 触 点 行 程 开 关 输 入 设 备 输 出 设 备 指 示 灯 电 磁 线 圈 电 磁 阀 2021-4-20 X 400 SB 1 C O M 输 入 部 分 X 401 X 400 X 401 Y 430 Y 430 Y 430 电 源 K M 输 入 继 电 器 内 部 触 点 输 出 继 电 器 输 出 端 输 入 端 输 出 部 分 内 部 控 制 电 路 SB 2 X 402 外 部 触 点 简单的电机起动控制电路采用PLC控制:其外部接线及内部等效电路如图所示。 可将PLC分成3部分：输入部分、内部控制电路和输出部分。 2. PLC的工作原理 输入端子

16、输入锁存器 输入状态寄存器 程序执行 输出状态寄存器 输出锁存器 输出端子 读 读 写 输 入 采 样 程 序 执 行输 出 刷 新 一 个 扫 描 周 期 PLC是采用的方式进行工作的。PLC的扫描工作过程可分为 输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段，并进行周期性循环。 3. PLC的工作方式 盾构PLC控制系统组成（西门子） 主操作室（主站） 盾构机盾构机PLC控制系统配置控制系统配置 PROFIBUS-DP VMT PC670 光/电电/光 PC MPI DP 控制系统配置示意图 PC PC TCP/IP TBM-PLC控制系统配置图 PC PC PLC系统配置示意图 Magelis 盾

17、构盾构PLC控制流程图控制流程图 计算机控制及数据采集系统计算机控制及数据采集系统 主要完成参数设定、监控、管理功能 采用组态软件，西门子WinCC;施耐德的Factrylink; INTOUCH;iFIX;PCVUE；国内的有组态王;等，还有用户用C语言和 OPC软件自己开发的。 现场工控机与办公室的管理计算机组成局域网，将洞内盾构机的信 息传输到地面办公室，并储存起来。 操作画面 设定界面：设定盾构对象和控制参数 测量界面：显示盾构中各类检测仪器的测量值 掘进界面：施工时主画面，掘进参数、设备状态 历史曲线画面：以曲线形式显示历史施工数据，可按环号查询 报警画面：及时显示盾构设备运转情况和

18、故障报警 报表 动态曲线 铰接画面：用于铰接操作和控制，并显示盾构姿态 在线状态监视显示屏- WDAS（数据采集系统） WDAS系统主要用于TBM主机工作状态监视、掘进参数统计分析、历史数据查询和故障统计，打 印输出掘进报告和有关报表。WDAS具有人机界面友好。显示信息丰富，历史数据贮量大，故障 信息和运行状态数据保存完整特点。特别是它保存完整的故障信息和运行状态数据对诊断某些疑 难故障非常有用，因此WDAS系统是对MAGELS故障诊断的一种补充。 WDAS共有12个显示界面。F1启动屏，F2TBM参数屏，F3全视屏，F4液压系统屏， F5趋势图显示屏1，F6趋势图显示屏2，F7换班信息屏，F

19、8输入参数屏，F9选择屏， F10报警/信息屏，F11打印屏，F12系统屏。 其中F2参数屏，F3全视屏，F4液压系统屏， F10报警/信息屏，对故障诊断非常有帮助。 参数屏：显示TBM当前主机的各种运行参数 全视屏：显示TBM主机各系统的当前的运行状态 液压系统屏：显示TBM液压系统当前的运行状态及压力温度、液位等参数。 报警和信息屏：显示TBM主机的各种故障报警信息和工作状态信息，并可通过打印报警报告信息 报导查询TBM以前任何时候的报警信息和工作状态信息，各种报警信息和工作状态信息都有起止 时间，这对诊断故障十分有用。 在线状态监视显示屏- WDAS（数据采集系统） PLC笔记本编程器在

20、线实时查询和故障诊断 大多数情况下，通过故障显示界面就能诊断和解决盾构控制系统的绝大部分电气、液压故障，但遇 到联锁关系复杂它不能直接反映其故障的情况，就需要借助于笔记本编程器才能快速查找和确定故 障。使用笔记本编程器可以快速查询故障信息的部位和相关信息状态，分析内部联锁关系，修改和 优化程序。 使用笔记本编程器又可以对PLC程序进行在线监控。连接笔记本编程器到PLC上，进入online（在 线状态）时PLC程序的所有状态都将实时反映在编程器上，将故障显示屏提供的故障地址输入到编 程器，利用编程器的搜索功能将很快找出故障信息所在子程序和相关信息并显示在屏幕上，造成故 障的条件信息，将以不同的颜

21、色显示在屏幕上。这样就可以非常直观、快速地查找到故障，并分析 可能的故障原因，最终排除故障。 使用编程器还可以修改和优化PLC程序，当发现程序有问题，需要修改程序，或在查找故障时，需 要临时做一些上处理，（如临时短接某个条件，强制置位）等，利用编程器可以实现在线修改。编 程器对于PLC故障诊断。特别是对于那些无故障显示，而机器又确实发生故障的情况，用编程器来 诊断非常准确有效。 因此，故障显示屏和笔记本编程器是TBM在线故障诊断的两个最重要的必不可少的工具。 故障在线实时显示屏-Magelis PLC的编程控制系统带有一个故障在线实时显示屏（Magelis），它可以将TBM各种电气液压发生的

22、故障及时地显示和记录下来。供故障诊断分析使用，并提供发生故障部位的信息或可能发生故障部位 的相关信息，便于缩小故障找询范围，快速诊断故障。 Magelis的主要功能为： 立即显示并记录当前刚发生的故障信息，并有音响提示 可循环显示512个故障的历史记录，通过翻页形式来查询。 可循环显示当前尚未消除的故障信息 监视所有通道的实际显示值 可查询的故障信息内容有： 故障的内容，即何种故障 故障发生的时间和消除恢复的时间 故障的子程序和行号 故障的PLC输入端口地址，和相应元件的电气编号 模拟量输入信号的故障通道号等。 Magilis是TBM最重要最实用的在线诊断工具，TBM主要电气、液压故障都将首先

23、在Magelis中显示， 同样，当发生任何电气、液压故障时，操作人员首先要查看Magelis记录。 变频器在TBM盾构机上的应用 常用的主驱动有液压驱动和电驱动、变频驱动模式 现有TBM盾构主驱动采用变频驱动的使用情况 HK开环矢量变频驱动控制模式（穿黄泥水盾构项目） WIRTH闭环矢量变频驱动控制模式（引大济湟双护盾TBM项目） NFM闭环矢量变频驱动控制模式（武汉长江隧道、狮子洋隧道泥水盾构项目等） LOVAT开环矢量变频驱动控模式（成都地铁盾构项目） 小松V/F变频驱动控模式（西安地铁盾构项目） WIRTH开环矢量变频驱动控制模式（大伙房TBM项目） 罗宾斯敞开式硬岩掘进机采用开环矢量变

24、频驱动控模式（西秦岭铁路隧道、重 庆地铁隧道） HK开环矢量控制模式（穿黄盾构项目） 控制系统采用西门子400系列PLC，变频器采用ELIN变频器，功率为 132KW（重载下为110KW），电机采用ELIN水冷电机，功率为110KW，主回路 电压380VAC，采用一拖一控制模式。 控制系统通过PROFIBUS DP总线连接10台变频器，实现变频器的控制。 以1号电机作为主电机，DP总线从1号变频器读取当前扭矩，传回CPU,PLC程序 处理后，通过DP总线同时传输给其他9台变频器，实现扭矩的控制。 控制系统采用施奈德系列PLC，变频器采用ECOWIN变频器，电机采用 ELIN水冷电机，功率286

25、KW，主回路电压690V，采用一拖一控制模式。 控制系统通过PROFIBUS DP总线连接6台变频器，实现变频器的控制。 6台变频器通过RS485数据接口与电脑连接，电脑可以实现变频器参数 的设置及参数的监视功能。 6台变频器通过CAN-OPEN数据连接，主变频器安装旋转编码器，主变 频器将扭矩指令传输给其余5台变频器，实现主从控制。 WIRTH变频驱动控模式（引大济黄项目） 控制系统采用AB系列PLC，采用ABB品牌ACS800系列变频器，功率为 250KW，电机采用水冷电机，功率为225KW，主回路电压1000VDC，采用一拖 一控制模式。 控制系统通过DEVICENET总线连接6台变频器

26、，实现变频器的控制。 通过5兆光缆将6台变频器形成内环，变频器采用自有主从宏控制模式，实现 同步的控制。没有采用编码器。 LOVAT变频驱动控模式（成都地铁项目） 控制系统采用三菱Q系列PLC，采用东芝品牌变频器，功率为 110KW，采用8台东芝电机，功率为55KW，主回路电压380VAC， 采用一拖二控制模式。 主驱动系统没有通过任何总线协议，直接采用PLC控制模式， 通过继电器控制刀盘的旋转。速度调节采用有级调速，分5个档位。 至少保证两台以上电机运行，刀盘才能转动。 小松变频驱动控模式（西安地铁项目） V/F控制模式 V/F控制方式的最基本原理是V/f=C的正弦脉宽调制模式，其 特点是控

27、制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满 足一般传动的平滑调速要求。 V/F方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降 的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有 直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系 统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电动机 转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能 下降，稳定性变差等。 开环矢量控制模式 开环矢量控制也叫无速度传感器矢量方式，是V/F控制基础上 的改进方式，该方式可以根据电机负载自动调整电机的输出电压以保 证电机磁通的动态恒定，从而提高电机的转速精度和低频带

28、载功能。 通过PROFIBUS DP总线连接各台变频器，将1号变频器作为 主变频器，其将1号电机的扭矩通过DP总线传给PLC，PLC在计算后 同时赋予给其他7台变频器，从而实现扭矩的协调的控制，系统设计 为无级调速，各台变频器的运行情况也通过DP总线返回，各变频器 扭矩情况在人机界面上显示。 开环矢量利用电机的滑差特性实现力矩的均衡控制，具有结构 简单，控制、调试维护容易等特点。 开环矢量充分发挥了电机 本身的所具有的滑差特性。也是目前TBM和盾构变频驱动的主要模 式。 开环矢量控制模式控制原理 开环矢量控制模式 闭环矢量控制是有速度传感器的矢量控制，其主要用于高精度的 速度控制、转矩控制等对

29、控制性能要求严格的使用场合。在该方式下采 用的控制传感器一般是旋转编码器，并安装在被控电动机的轴端。而且 闭环磁通矢量控制方式与开环方式不同，通常只能采用一拖一方式（即 一台变频器控制一台电动机）。 有两种主从方式：1、采用光纤方式，2、总线方式。系统通过 PROFIBUS -DP总线将8台变频器连接，做旋转方向、速度等控制功能 及变频器运行信息的检测功能，1 （8）号电机作为主电机安装旋转编 码器，做速度控制，通过SIMLINK总线连接光缆将1号电机的扭矩传输 给其他7台变频器，做扭矩控制，以达到扭矩一致，实现主从控制。简 而言之，系统采用“速度控制，扭矩跟随”的控制模式 闭环矢量控制模式（

30、主变频器编码器） 安全保护电路在TBM盾构的应用 安全继电器保护回路，采用紧急按钮、紧急继电器双接点保护 安全保护设计：接近保护开关常闭回路设计。断线监视功能。 绝缘检测 高压保护，短路、过流、速断，单相接地 接地连续性监测保护，高压快速插头 TJB高压快速插头 TJB高压快速插头 绝缘监视和相位保护 TBM盾构机常用传感器 电感感应式接近开关。（有常闭和常开两种接线方式） 压力传感器、压力开关。（压力开关也有常闭和常开两种接线方式） 电容式流量传感器、流量开关。 温度传感器、温度开关。 位移传感器（拉线式、磁滞式） 倾角传感器 旋转编码器 TBM盾构机常用传感器 它采用PROFI-BUS总线

31、方式与PLC直接通讯；现场无需调节。在PLC处可以显示全 部角度， 它是绝对值型编码器，精度很高。 PLC自动检查通讯线路，线路正常OK、内部有故障PLC也要显示， 更换编码器要点： 1)安装编码器（对准斜槽直接插入），按图接线。 2)设置地址开关DIP SWITCH、因为 PLC需要找地址。 3)连接PROFI-BUS总线。 4)激活终端电阻（因为只有一个编码器，也是终端） 5)复位（Reset） 6)将管片机转到最下方，设置0位，而后设置左右最大转角限位，然后转动管片机 观测限位是否合适，可随时修改。 编码器 TBM盾构机常用传感器 澎润土流量传感器是开关量的。只监测有无流量即可，可进行简

32、单调整,不需要设置。 因为是流量开关,所以不能显示流量, 因此关键是观察出渣的效果。澎润土还和前面气动阀开的多少有关。 澎润土流量传感器 TBM盾构机电气系统维护保养 由于振动较大，特别是TBM，要定期紧固接线端子。特别是电机接线端子。 防水、防潮，绝缘检查。 除尘，降温 传感器加防护 接地良好 焊接作业时要注意一定要焊接那里接地线就接在那里。特别是在PLC附近和主轴承内外侧焊接作业 TBM盾构机常见电气故障判断和处理 处理故障的原则： 先简后繁，由外而内。 先检查电源，在检查外部线路。 绝大多数故障是线路故障，断线、短路、接地和接触不良等。 PLC程序一般不会出问题。 对于电气故障要先从简单

33、的地方查起，开始不要考虑的太复杂。 TBM盾构机典型电气故障判断和处理 典型故障处理： 1。秦岭TBM接地故障。 2。磨沟岭 TBM串电故障。 3。广州S180盾构PLC复位输入板故障。 4。大伙房PLC通讯故障。对于有通讯的PLC,要重视终端电阻的作用. 5。北京S179盾构PLC扩展板故障 6。青海TBM变频器故障 秦岭TBM接地故障 三月五日上午，在正常掘进中突然出现奇特故障，现象如下：按正常步骤启动1#9#液压泵，启动皮带机，顺次启动1#8#刀盘驱动主电机，再 启动刀盘旋转，然后向前推进，至此一切正常，但在刀盘接触掌子面23分钟后，两个主变压器上的E04主开关跳闸，+E04配电柜断电，

34、 1#2#6#9#泵关闭，E01、+E02配电柜正常，18#主电机正常运转，但皮带机停转，刀盘推进停止，主控室中与PLC控制系统相联的故障诊断 系统显示器上显示如下故障： T01 Main Switch +E04 400v Fault；中断路器Q3M） T02 Main Switch +E04 400v Fault；中断路器Q6M）Powerpack 1 I-Test Fault；Powerpack 2 I-Test Fault； 但随即按下操作台上的故障确认按钮（Acknowledge），即可消除全部故障，重新合上E04主开关，并重复以上正常操作，在接触岩面23分钟 后重复以上现象。此后三天

35、内，此故障持续发生，导致无法掘进。 至此，终于确定问题在230v控制电的瞬间失电上，我们认为大致有三种情况：其一电源不稳，其二接触不良，其三瞬间接地。第一步，更换T04 并使其改由应急发电机供电，故障依旧，证明非电源问题；第二步，检查230v控制变压器出线电缆及相关线路，未发现异常；最后联想到故障的 一个偶然现象，即有时在顺次启动至6#主电机时故障会出现，由于主电机加热器也由230v控制电供电，猜测是主电机的加热器回路出现故障，故 将此回路取消进行试掘进，结果故障消除，进一步实验证明，是6#主电机的加热器回路出现了故障，由于主电机的加热器位于电机内部，不易拆 出检查，故现场采取将6#主电机加热

36、器回路暂时断开的措施，终于在三月七日下午六时恢复掘进，故障解决历时将近三天。 主电机的加热器回路是如何引发这个故障的呢？分析认为，在启动至6#主电机或刀盘接触到岩面时，电机振动加剧，使出现故障的6#主电机加热 器回路出现瞬间接地，从而230v控制电瞬时失压，由于主变压器断路器的欠压脱扣线圈及各回路接触器均由230v控制电供电，结果造成断路器欠 压脱扣及接触器失压动作。但在此有两个疑问：其一，为何其他泵不停泵？由于P1、P2、P6、P9的一次回路有电流检测，并由PLC系统控制故障 置位，不按下“故障确认”按钮就不能复位故障，而其它泵则不进行电流检测，在230v控制电恢复正常后又重启，从而在故障显

37、示器上不显示其 他泵的停止又重启过程；其二，同样由230v控制的8个主电机回路，同样有电流检测，为何不出现电流检测故障而停机呢？我们已知，P1、P2、 P6、P9控制回路的接触器型号为LC1-F185M5，而主电机的接触器型号为LC1-F630M7与LC1-F400M7（刀盘转速为5.4 rpm时）及LC1- F500M7（2.7 rpm时），通过查阅Schneider产品技术资料得知，LC1-F185的打开动作时间为715 ms，LC1-F400与LC1-F500为 100170ms，LC1-F630为100200ms，这样如果控制电压的失压时间在15100ms之间，就只会令LC1-F185

38、型接触器打开，而对于LC1- F400和LC1-F630其打开动作尚未开始230v控制电又立即恢复而依然保持闭合，一次回路中依然保持工作电流，这就是8个主电机不停机的原因， 同样也可解释为何主变压器上Q1M、Q2M和Q4M、Q5M不跳闸的原因，事后我们利用示波器对230v控制电压进行监测，在重现故障时得到了 验证。 结束语：在这次故障的排查过程中花去近三天时间，除由于我们经验不足及现场条件不完善（当时无示波器）外，还给我们一个重要启示，即现场 排障时，不但要定性地分析，还必须有定量的分析，否则一些故障可能就无法找到原因并排除。 磨沟岭 TBM串电故障。 十月十二日，TBM出现电气故障，无法掘进

39、。现场技术人员努力仔细查找，经过两个保养班、两个掘进班排除了故障，恢复了正常掘进。故障发生现象 及处理分析过程如下： 十月十二日晚23：40分左右，掘进班喷完浆后，启动电机掘进了34cm 突然紧急停机。1#、2#、6#、9#泵电流测试故障停止，主电机未停， 在停电机后拉掉4#电机的刀熔开关（因4#离合器冒烟），确认故障后再启动各泵站，9#泵站电流测试停泵，在确认故障后再启动9#泵，并转动刀盘清 碴。由于已到交班时间，故停止掘进。保养班接班后，在只启动各泵站的情况下未发生异常，而在准备掘进时发现在启动泵站和主电机后数分钟内，就 会由于电流测试故障而停1#、2#、6#、9#泵，导致无法掘进，而且在

40、停止电机后，启动电机指示灯闪烁。 在分析解决故障时，由启动电机指示灯闪烁入手，由于正常情况下，停止电机后是不会闪烁的。通过手提电脑联机发现，八个主电机在停止电机后， 由PLC模拟量输入板得到的各电机电流值不回零，并在016A间跳动，由于程序设定电机电流大于5A，即认为此电机已启动，故导致启动电机指示灯 闪烁。在更换新的电流变送器后，排除了电流变送器发生故障的可能性，疑点集中在测量回路中窜入感应或其它电流上。但在串联电流表测试中均未发 现异常。后又更换模拟量输入板，并断电重启动，均未解决问题。后来偶然发现1#拖车上照明配电箱L103跳闸，而一合闸就会引起故障。虽然暂时排 除了故障，但原因及结果的

41、无关性却引起了更大的疑问。 在进一步的分析中发现，这其中有值班巡检不力，也有外方人员在组装时疏忽的原因。在十月十二日下午16：00左右，洞外TBM高压专柜跳闸，当时 值班人员没有找到原因，重合闸继续掘进，后发现在E03电容补偿柜中，有一组电容的熔断器爆裂，并导致刀熔开关塑壳熔化下滴在线槽中，将其中数 根控制线熔化并烧结在一起，而其中就有补偿电容的接触器工作电源线和到PLC的主泵站电机电流模拟量输入控制线。由于外方人员将图纸上本应该接 在控制电230V上的电容接触器电源接至E01柜内照明线上，而柜内照明又由L103引出，故导致L103照明配电柜跳闸与PLC模拟量输入发生联系的奇怪 现象。因此，在

42、启动泵站和电机后由于功率因数降低，电容补偿系统自动启动并陆续投入工作。在投入到有烧结现象的那路电容时，模拟量输入控制线 受到干扰，PLC受错误信息误导而自动关闭泵站。 在分析到故障原因，并与故障现象对应相吻合后，我们断定故障原因就在这儿，经清理并处理导线及导线槽后，故障彻底清除，至此TBM恢复正常掘进。 在以上故障解决过程中，我们可以得到三个经验教训： 线路的连接应严格按图进行，以利于故障排查。（如果线路连接正确，故障现象与原因的联系不会如此奇怪。） 发生异常现象时，应加强巡视工作，及时发现问题。（如果在高压跳闸时及时发现刀熔开头损坏并及时处理，不会影响到掘进。） 发生故障时，应尽可能多想多查

43、找，对任何细节不应轻易放过。（如果不是发现照明配电柜跳闸，故障的解决还得推迟。） TBM盾构机典型电气故障判断和处理 S180盾构PLC复位输入板非完全损坏故障 故障现象： 1.CPU模块显示故障信号 2.主泵自己乱启动，乱停止 3.前后输入的程序对比后发生变化，增加了一些语句行。（不是真 的变化） 发生奇怪故障时重点检查具有复位输入的模块 TBM盾构机典型电气故障判断和处理 大伙房PLC通讯故障。 故障现象： 1.通讯中断，主机无法控制连续皮带机 2.在连续皮带机终端连接不上主机终端 对于有通讯的PLC,要重视终端电阻的作用. 重视中继器的检查 TBM盾构机典型电气故障判断和处理 S179盾

44、构PL程序非关联逻辑故障 故障现象：刀盘驱动系统正常启动，相关联器件运转正常，刀盘无法启动 原因：将螺旋输送机前舱门开启限位开关进入主程序 TBM盾构机常见电气故障判断和处理 引大济湟变频器通讯地址错误故障。 通讯连接不上，电机无法启动，后临时改接主从控制能启动电机 TBM盾构现场临时施工用电管理 盾构施工供电分类 按照施工设备分类 1、盾构供电 2、配套设备供电 按照电压等级分类 1、高压供电 2、低压供电 TBM盾构现场临时施工用电管理 盾构施工临时用电的几个重要方面 集约用电 安全用电 节约用电 TBM盾构现场临时施工用电管理 1、最佳的供电容量 （满足盾构施工所需的最小总供电容量） 2

45、、最佳的供电分配 （盾构用电和配套用电负荷中心、箱变容量选择） 3、最少的供电投入 （供电报装费用最节省） 集约用电的意义 TBM盾构现场临时施工用电管理 根据盾构实际生产的过程考虑容量， 1、不能进行简单累加的方法。 2、对不同的设备采用利用系数的方法并不是唯一 的依据。 3、结合外部供电条件、盾构施工时设备同时用电 的情况、小型机具实际的使用情况都是必须考 虑的。 TBM盾构现场临时施工用电管理 例：充电机厂家标注为30KW,按照系数法，一台盾 构机配置35T机车两台，需充电机3台，每次一组 三箱电池，充电时间12小时。机车每24小时充电 一次。则充电机的系数为1.0，供电容量为90kw。

46、 实际：充电初期8小时，（180v30v）80A =16.8KW 充电后期4小时180v30v）40A =8.4KW 如此：实际供电容量为(8x16.8+4x8.4)/12)x3 =42kw考虑无功选择50kw即可。 TBM盾构现场临时施工用电管理 前期投入用电，后期不用或减少的（施工降水）。前期用电较少后期增加的设备（通风机） 对地质情况分析盾构用电量减少的部分。 南北方气候差异，变压器允许过载的部分。 TBM盾构现场临时施工用电管理 1、供电最大电流设置、短路电流设置，零序电流 设置，过载 设置。一般由供电部门按照供电方案设置。 最大电流一般按照变压器容量设置，考虑变压器的过载能力， 一般

47、增加20。 短路电流设置，一般按照变压器的短路电流考虑，经验目前s9 系列的变压器是9倍的额定电流。 零序电流应按照电缆的实验数值、变压器的数据、供电距离的 远近设置。 TBM盾构现场临时施工用电管理 2、高压电缆的防护（电缆沟、穿管、穿墙、弯曲、悬挂、 标识） 高压电缆的防护是安全用电的关键一环，在穿越的路面必 须有电缆沟或穿管，不允许有露天地面敷设，穿墙、弯曲、 悬挂电缆都不允许有扭曲，强弯等应力集中。在入地点、 穿墙出悬挂等地方必须有标识（“高压危险”“xx高压电 缆”等） TBM盾构现场临时施工用电管理 3、电缆的耐压检测（尤其是再次重复使用电缆） 高压电缆在投入使用时，必须进行耐压检

48、测实验，直流耐压实验电压应 为额定电压的23倍，相间泄漏电流均衡，三相对地泄漏电流均衡， 数值由电缆的长度有所不同。不同电缆按厂家的试验要求做耐压试验。 软电缆按2.5倍耐压试验。 通常交联聚氯乙烯高压电缆按以下要求： 新电缆按照3倍耐压检验，泄漏电流在80uA以下 旧电缆按照2.5倍耐压检验，泄漏电流在80uA以下 TBM盾构现场临时施工用电管理 4、接地系统一定可靠。 接地系统是安全保证的前提。对于接地的电阻要经常复测，防止由于冬季干旱等原因造成接地失效。 TBM盾构现场临时施工用电管理 防雷： 每年结合当地气象，了解雷雨季节，及时检测避雷器是否完好。接地是否可靠。尤其时架空接入的高压线

49、路。城市供电一样要及时和供电部门沟通，不要以为城市电网的供电已经有避雷设施，就忽视。 TBM盾构现场临时施工用电管理 目前施工用电各个地方选用标准不同，一般分为两种（国家电 网） 1、大工业用电（基本电费20元/KVA） 执行分段计时收费（峰谷平） 2、普通工业用电 可以执行分段计时收费（峰谷平），一般按 照平均 电价收费 。 地方电网：按照当地物价核收，如水电等，电价较低 一般按照平均电价收费。缺点电网不稳定。 选择合理工况 对于盾构机这样比较大型的设备，针对不同的地质情况，合适的刀盘转速，螺旋输送机转速，盾构机推力， 在同样的掘进距离时，能节约较多的电量。 例如：通风机选用变频或双速风机，根据隧道通风距离选择频率、风量，可以节约大量电力。 及时停机，减少损耗 对于循环式作业的机械设备，在完成某一工序时，及时的停机， 也可以节约大量电力。例如： 泥水盾构机的泥水处理场，在盾构掘进完成后如果泥水处理效 果达到要求，及时的和盾构司机联络，停机可以节约大量电力。 例如：在掘进结束后，及时停止推进泵、补油泵等也可以节约大 量的电力。 TBM盾构现场临时施工用电管理 安装补偿装置，减少无功损耗。 无功补偿不仅仅是减少功率因数低下供电局的罚款。也是减少我们自身电力损耗的