盾构机电气系统的设计概要

盾构机电气系统的设计概要
摘要：盾构在施工过程中，极易造成电气元件损坏、烧毁等故障。

目前盾构
机的电气设备大多由生产厂商来维护和改善。

这样既浪费时间，又浪费资金，还
浪费时间。

为了提高效率和节约资金，对盾构的电气设计进行了深入的研究，提
出了较为合理的电路图，对提高电气系统的可靠性和工作效率具有一定的指导意义。

关键词：电气系统；设计；盾构机
由于盾构机是一种耗电设备多、耗电大的大型工程设备，在施工过程中经常
发生电气故障，导致电器部件损坏、错误操作、发动机烧坏、威胁到人们的生命
和其他问题，这些问题造成了大量的生命财产损失，而且还严重地影响了工程的
工期。

同时对项目的进度也有很大的影响。

造成这种情况的主要原因是由于系统
的设计不合理，可靠性不高，因此要保证与盾构机有关的设备安全可靠运行，就
必须对其进行合理、可靠的供电。

盾构机的电力系统分为四大系统：高压电力系统、低压配电系统、电动机控制系统和照明配电系统。

一、高压电力系统
由于盾构机耗电大，输电距离远，因此通常使用的高压电力。

从所属城市电网接收电能，推荐采用辐射供电，由高压开关站直接供电，既保证了电
力供应的可靠性，又不会对工地周边地区的电力产生任何影响。

盾构机的高压电源主要包括：电缆引入柜、电源进线柜、计量柜、变压器出
线柜等。

是一根电缆引入柜，该线路是从本区域变电站中引出的，并安装了避雷器；是电源进线柜，带保险丝的输入线断路器或负载开关，有过电流和快
速切断保护。

是一种高压仪表，它是一种高压测量设备，它是一种专门的电压、电流互感器，它的供电成本是由一种特殊的电压和电流互感器组成的。

具有过载、短路保护功能，适用大容量的变压器。

为了方便电力公司的检修，通常，在
地上装有一个高压配电箱，而在正常使用期间，则由建设单位负责保养。

图1
二、低压配电系统
1.系统形式
盾构机的低压配电网通常为，而低压配电网应选用单相三线或三相五
线供电。

在电力设备容量大、负载性质重要或有特殊需求的情况下，辐射分布是
最适宜的，在使用该方法时，任何一环发生故障都不会对其它环路造成任何影响，从而使配电系统具有较高的可靠性。

大型油泵电机、空气压缩机电机、刀盘驱动电机、螺旋输送机驱动电机等均
需辐射供电。

油泵电机、螺旋输送机、注浆泵的供电都是采用配电箱辐射方式
配置。

在远离供电的地方，小容量的用电装置，可以采取连锁分配，每个环路的
环链装置不得多于个，总容量不能大于。

该分配方法也适用于隧道内的排污泵、排气扇等。

在某些地下水位高、降雨多的区域，为避免隧道被淹，在隧道中都设置了排
水泵，同时还可以将抽水用电作为第二级负荷。

当抽水机的耗电量较小时，可以
选用应急电源，如果不能使用，可以自行起动的柴油机作为第二电源。

相反，第二路供电应选用能自动起动的柴油发电机。

2.接地方式
在工地作临时用电设施，因其耗电大、用电设备多、作业环境潮湿、空间狭
小等特点，低压配电网络中的接零保护。

系统将导线与导线（保护零线）隔开，并将其与电气系统中的导线隔离开来。

盾构机所用的电源设备的金属外壳
必须与线相连，因此，即使工作零点出了问题，只有在断点以下的单相建筑中，
才会有损坏，不会对线路保护的建筑电器造成危害；若被保护的建筑物为三相
不均衡电源，则只有工作零线上的电位差，而建筑电气设备的外壳则通过线连
接到变压器的中间位置，以维持零电压，不会造成危害；另外，将工作零线与
导线分开，可在盾构机上安装多层电流型漏电保护，从而使整个盾构机的配电系
统受到更大的保护。

三、电动机控制系统
由于盾构机中的电机数目较多，其容量也各不相同，因此对其进行控制时，
要考虑到其容量和负荷。

盾构机的电机控制分为起动和速度调节。

1.启动控制
盾构机用的主要驱动电机是交流电机，它对供电电压的变化很敏感，所以在
起动过程中，必须降低电机的功率波动。

对于不常起动和低负荷的电机，通常建议使用星-三角降压起动，例如盾构
机的油泵马达和水泵；不常起动但负荷稍大的电动机，一般宜选用自耦合变压器
进行降压起动，例如盾构机的空压机电机：经常起动的电动机，例如管片拼装电机，应选用软起动，此起动方式对供电电压的影响很小，电动机可以产生大的起
动力矩。

对于需要调速并装有变频调速的电动机，可以采用变频起动方式，即在起动时，改变起动频率，减小起动电流，提高起动力矩。

对于低功率电机，可以采用直接起动模式。

首先，通过对电机容量与变压器
容量的对比和计算，发现在电机频繁起动时，电机的容量不超过变压器额定功率的，在不经常起动的情况下，电机的容量不超过额定功率的，可以直接起动。

2.调速控制
在盾构机中，由于使用过程中存在着大量的电机，所以必须对其进行转速调节。

例如，盾构机的刀片和推进马达是按照推进速度来调整的，泥浆平衡盾构机
的螺旋输送机是按照泥浆压力来调整旋转，而土压平衡盾构机的皮带输送机则是
按照掘进速度调整的，一般都是使用双极或变频调速。

双极调速就是通过使用电
动机的极对数来调整电动机的转速，通常适用于地质条件不太好的区域，采用变
频调速技术在盾构机电机控制系统中得到了广泛的应用。

该方法可根据所需调整
的参数而变化，由于大容量电机采用变频调速，可产生大的起动力矩，而变频调
速又可有效地解决起动问题。

四、照明配电系统
根据国家有关法律、法规，在通道内安装普通和局部的灯光。

一般照明是用
来照亮整个工地的均匀照明，包括盾构工位的灯光和地道的灯光：局部照明是一
种特别的可视工作，或者用来点亮特定的地方，例如盾构工区和后面的交通工具。

在规定的停电条件下，作业人员在紧急情况下必须立即疏散，并在紧急情况
下安装自备电源。

按照本条例，在隧道中应设有紧急照明和应急照明，以保证安
全通道能被使用者识别并使用。

盾构机的照明配电系统，配电箱内部装有工作照明母线和紧急照明母线，当
停电时，紧急照明母线由集中应急电源提供，当停电时，灯具可以在停电后自
动打开。

额定输出功率不得少于所连接的紧急照明负载总量的倍，并且电池
的初始充放电能力必须在以内。

紧急逃生通道灯光也可以使用自备的应急照
明装置。

由于施工现场及隧道内的潮气较大，为了避免发生漏电事故，在工作灯的出
线开关上，必须使用带漏电保护的断路器，并选择具有密封、防水、防尘、可开
启的灯具。

在地下以下的地下灯泡，其供电电压必须为以上。

尤其是在湿气
较重或接地导电性较好的地区，照明供电电压必须为以下。

另外，在隧道中使
用灯光时，也要注意下列事项。

1.安全照明变压器应采用双绕组，禁止采用自耦合变压器。

2.便携式照明变压器一次侧供电导线必须是橡胶套管或塑料套管软线。

3.照明灯具的金属外壳要有一个保护性的零点。

结论
本文从四个方向对盾构机进行了设计，着重对其可靠性、合理性、设计和施工中的几个安全问题进行了分析。

盾构是一种大型、复杂的施工机械，其结构形式复杂。

由于不同的项目，不同的厂家使用的电力系统也不尽相同，所以在设计和运行时要结合实际情况综合考虑。

电力系统的设计是一个非常复杂的项目，除上述分析之外，还涉及到电气设备的选型、电气设备的安装和运行维护。

在实际工程中，不管环境怎样改变，必须合理可靠地进行电气系统的设计，以确保施工人员和设备的正常运行。

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