硬岩掘进机TBM工作总结-电气

TBM工作总结—电气

TBM是一种集电气、机械、液压、气动为一体的大型综合设备。其构造主要分为主机、连接桥、后配套三大部分。TBM隧道施工有着越来越成熟的技术，并且，TBM隧道施工有着快速、优质、安全等一系列的优点。TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，相比传统的钻爆法，在相同的条件下其掘进速度约为常规钻爆法的4到10倍，TBM施工属于流水化施工，在掘进的同时，还能安装管片、喷注豆砾石、灌浆，能达到一体成型的目的。

由中国水电八局承建的厄瓜多尔美纳斯水电站，引水隧洞部分选用了意大利SELI公司的双护盾全断面硬岩掘进机。该TBM刀盘的驱动模式采用的是变频器加变频电机的模式，刀盘驱动配备了7台315KW的电机。

美纳斯TBM项目自2014年7月开工以来，花了近三年的时间，经历了设备的磨合期、超硬岩、空推滑行、三次刀箱更换、冲沟段，算是历经千难万险，终于在今年的3月中旬顺利贯通。在TBM施工技术中，电气技术有着举足轻重的地位。

前期TBM装机阶段，我们遇到了不少难题。刚到异国他乡，地方文化不同、语言沟通有障碍、气候条件不适应、人手严重不足，这一切的困难都阻挡不了我们的激情。最后我们圆满地完成了电气部分安装这个艰巨的任务。由于美纳斯TBM项目是我们公司的第一个TBM项目，所以在经验方面几乎为零。为了对设备有更进一步的了解，公司决定由我们自己在施工现场对TBM进行组装，厂家的人只提供技术支持。由于项目处于前期工程，人员紧张，并且因为气候原因只能白天装机，装机的进度一直跟不上计划。由于工业广场的场地所限，TBM主机和后配套不能一次性组装好，只放得下主机和前五节台车，后面的八节台车只能一边滑行一边组装。电气部分安装的主要内容就是动力电缆和控制电缆，控制电缆比较小，一般都是人工布置。但是动力电缆很多都比较大，一般都在75mm 以上，放动力电缆的时候就得依赖吊车了。能亲自组装一次设备确实能得到不少收获。刚开始接触设备时，面对400多页的电气图纸心里没一点底，一脸的茫然，不知从何下手。但是当你把那些控制电缆一根一根放到位，再一根一根接入系统后，你就会对整个控制系统有一个更全面的认识了。

2014年9月中旬，美纳斯项目TBM出了第一斗渣，这意味着TBM开始了它的掘进征程。刚开始掘进，设备的各种问题就开始暴露出来了。在电气部分，首先是试掘进期间控制系统还不够完善，有很多控制参数还需要进一步修改。在设备的磨合期，每天都会出现新问题。TBM作业类似于流水化作业，只要有一个环节跟不上，整个进度就会被拖慢。除此之外，电缆的布置有很多不合理的地方。比如在支撑盾部分，电缆铺设在过道上，每天检修人员都踩着电缆进进出出，如果不更改走线方式，电缆迟早会被踩坏。发现问题后我们立即着手解决，经过大家的商量，该段电缆不铺设在过道上，而是在皮带架子壁上焊接挂架，让电缆沿着皮带架子走。这样一来即给狭窄的过道增加了空间，又保证了电缆的安全。

我们这台TBM，电气部分大体可分为两大板块。一个是主机部分电气控制：

TBM主机控制使用的是美国AB处理器型号为1756-L71的PLC。PLC在当代工业控制的应用是非常广泛的，它编程简单、运行可靠、可以根据用户需求选型。主机部分电气控制又可以分为6个小部分：

1、PLC柜，主要控制操作室操作面板的操作按钮及指示灯、主推比例阀及管片卸载系统。

2、HM柜，主要控制主推的各种阀组及传感器。

3、CAB柜，主要控制辅推的各种阀组及传感器。

4、HP柜，主要控制液压泵站的各种阀组及传感器。

5、变频柜，主要控制主驱动变频器。

6、主控柜，主要控制水系统、皮带系统、以及整个TBM动力系统的保护控制。

这六个小部分之间，通过工业以太网连接。在这两年多的掘进过程中，以上六个小部分出问题最多的就是HM柜和变频柜了。整个TBM的核心部分大多集中在机头部分，在掘进过程中机头内的环境是十分恶劣的，灰尘、高温还有掘进过程产生的振动，都对机头内的电气设备和电气元件有很大的危害。而HM柜和变频柜主要控制机头内的液压推进和刀盘旋转，它们是TBM掘进的动力。HM柜位于TBM连接桥上，连接桥连接着TBM的主机和后配套，除前盾外，属于振动最大的部位。

HM柜出的问题主要是振动太大，柜内的交换机网线插口松动，偶尔会导致网络通讯中断，而影响到PLC模块的输入和输出。这种故障属于一种软故障，网络的中断就那么几秒钟，有时候甚至更短，不到一秒钟。所以刚开始出现故障时很难查找到故障点。后面因为故障出现的次数多了，才慢慢地锁定了故障点。振动对电气柜内的电气元件危害不可小视。有一段时间，HM柜内有一个数据交换模块经常亮红灯报警，一开始大家都以为是该模块有问题，但是换了新模块，问题同样存在，既然模块没问题那是不是网线有问题呢，重新压水晶头换网线后还是不能解决问题。后来不经意间我发现该数据交换模块后面连接的输入输出模块之间有很大缝隙，是振动造成的模块移位，然后我用起子把模块别回原位，问题立马就解决了。

变频柜经常在TBM姿态不好时出问题，TBM姿态不好导致刀盘受力不均匀，从而导致主驱动电机的电流波动大，有时候超过了电机的最大电流，这个时候如果TBM操作手没有及时停机就有可能造成电机或者变频器烧毁。在刀盘受力不均匀的时候个别电机的电流的峰值能达到400A以上，但是电机的最大承受电流才308A，要是超过最大承受电流并保持一定时间就会导致电机或变频器烧毁。

TBM除了主机部分，另一大板块就是各个小系统：管片安装机、管片吊机、豆砾石泵和葫芦吊。其中管片安装机的故障率比较高。管片安装机是通过无线遥控控制的，当设备使用了大半年后，管片安装机的无线接收盒就开始出故障了，当时TBM的随机配件里，无线接收盒就有四个，算是比较多了，由此可见无线接收盒的使用寿命不是很长。无线接收盒出问题的前期症状就是接收盒里左数第二块板子亮红灯报警，刚开始出问题的时候一般只要重启一下就可以消除报警。

但随着报警的次数越来越多，也越来越频繁，最后就只能重新更换无线接收盒了。安装机的无线接收盒使用寿命这么短，跟它的使用环境有很大关系。TBM出厂时安装机无线接收盒安装在安装机主体的右上角，安装那个位置有两个缺点，一个是振动大，另一个缺点是比较容易撞到安装机底部的喂片机。在安装机无线接收盒被多次撞变形后，我们决定更改无线接收盒的安装位置。经过大家的讨论，决定把无线接收盒更改至安装机的旋转环内侧，安装机的旋转环相对于安装机的主体要稳定得多，几乎没什么振动。安装在内侧也完全避免了无线接收盒和其他部位的碰撞问题。管片吊机和葫芦吊出问题的情况特别少，一般是操作人员的操作失误造成的设备损坏。管片吊机主要由两个变频器分别控制吊机的行走和起降，一个油泵控制管片吊机的抓手。

TBM是一种大型的综合设备，涉及到的知识面非常广。就电气方面而言，TBM上既有高至上万伏的交流电，也有低至24伏的直流电，各种电压等级，发挥着各自的作用。各种传感器、电池阀都是我们以前没有接触过的。而且，在TBM上，每一个单系统都有自己的控制方式。所以要搞好TBM的维护保养，需要学习的东西非常多。TBM在掘进的过程中会出现各种不可预料的问题，每个新问题，每个新故障都是一个新的挑战。我们的技能也在解决问题的过程中不断提升。TBM的流水式作业要求我们不能在任何环节出问题，一个环节出问题整个机子都得停下来。但是，当问题出现后，我们必须得争分夺秒，以最快的方式排除问题。我们耽搁的每一分钟都会影响到掘进进尺。TBM的复杂以及洞内施工条件的恶劣对我们技术人员来说都是艰难的考验。三年如一日的维护保养工作磨炼了我们的意志，使我们从一个外行成为了专业的TBM队伍。