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摘要：在土压平衡盾构施工过程中由于施工环境较为复杂，所以电气系统安全至关重要。通过从电能保护、开关、控制和调节装置等方面考虑对土压平衡盾构机的电气安全系统进行设计，提高了电气系统的安全性、可靠性，并成功在盾构机上取得应用。本文从土压平衡盾构机的电气系统、电能保护系统以及开关、控制等方面对电气安全保护应用进行了深入分析，期望能够加强土压平衡盾构机的电气安全。
关键词：盾构机；电能保护；电气系统安全
1 土压平衡盾构机的电气系统
1.1 盾构机的高压供电系统
基于盾构机的用电量大、供电距离长，采用的是10kV高压供电，其中专线也是从10kV高压开闭所直接提供电力资源的。这种方式最大的优势就是不仅能确保安全供电，也能在盾构机故障时，保持机器的正常运作，且不影响施工现场的城市供电系统。
1.2 盾构机的低压系统
提到盾构机的低压系统，就要分析其低压配电形式、配电保护形式、低压控制形式。NFM盾构机低压配电系统主要采用的是多线的保护接零方式。其配电保护形式主要是在潮湿且较狭窄的盾构施工环境中，为了防止漏电危机，这种盾构机采用的是各个设备的都与地线相连。盾构机要借助电机来进行高速运转，低压控制主要是对机电起作用。
1.3 电气安全保护设计
电气设备的安全设计要能够保障设备的使用安全，保证在设备的正常使用过程中不会发生危险。电气设备必须能够承受在正常使用过程中可能出现的物理和化学因素的影响，同时电气安全保护设计，必须使设备在按规定使用时，对由于电能作用所造成的危险有足够的保护。电气安全保护需从电能、开关、控制和调节装置、静电集聚、工作介质、符合人类工效学结构等方面进行设计。电能保护环节与开关、控制和调节装置环节这两方面是整个盾构机电气系统安全保护设计的重中之重。电能的接通、分段和控制必须保证有最大限度的安全性，如紧急开关、防止误启动、控制调节装置的可靠性设计。
2 电能保护系统
2.1 漏电保护
漏电保护即电网漏电电流超过设定值时，能自动切断电路和发出故障报警信号的功能。由于盾构机工作环境潮湿，开关箱及配电系统末端一级选择防溅型漏电断路器，其额定漏电动作电流应不大于30mA，额定漏电动作时间小于0.1s。总配电箱装设总漏电保护器，配有剩余电流互感器，其额定剩余电流有30mA~100mA和100mA~300mA两档可调。其额定漏电动作电流大于配电系统和用电设备总漏电电流的值2倍，形成对盾构机施工现场二级漏电安全保护，且二级保护间要合理分配形成分段分级保护，对现场施工设备及人员做到万无一失。
2.2 接地保护
城防、人防、隧道等潮湿或条件特别恶劣施工现场的电气设备必须采用保护接零。在设计过程中，盾构机电气接地主要有两种：工作接地和保护接地，工作接地亦称系统接地，指电力变压器低压侧中性点直接接地，其作用主要有稳定系统电位及减轻故障接地的危险.保护接地指用电设备侧的接地，保护接地是一种安全保护措施，它可以把在故障情况下可能呈现危险的对地电压的金属部件同大地紧密连接起来，把故障设备的意外带电体对地电压限制在一定的安全范围内。
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2.3 过载保护
电缆线路必须有短路保护和过载保护，采用熔断器做短路保护时，其熔体额定电流不应大于明敷绝缘导线长期连续负荷允许载流量的1.5倍.采用断路器做短路保护时，其瞬动过流脱扣器脱扣电流整定值应小于线路末端单相短路电流.采用熔断器或断路器做过载保护时，绝缘导线长期连续负荷允许载流量不应小于熔断器熔体额定电流或断路器长延时过流脱扣器脱扣电流整定值的1.25倍。由于盾构机特殊的工作环境，要求电缆的设计必须达到较高的防护等级.本盾构机电气系统的动力线、控制线、信号线护套采用阻燃聚氨酯聚醚类弹性体材料，紧密挤包在绝缘层上.护套材料具有耐低温、耐油、耐化学腐蚀、抗紫外线、耐气候老化、防水、耐磨等优点.该电缆为在规定试验条件下，试样被燃烧，在撤去试验火源后，火焰的蔓延仅在限定范围内，残焰或残灼在限定时间内能自行熄灭的电缆。
3 开关、控制和调节装置
3.1 急停分布
急停就是指紧急停止，主要用于设备系统出现突发状况时，利用紧急停止功能控制系统运行，从而避免安全事故的发生。急停开关能够有效避免设备对人身造成伤害，缩小事故范围，将事故损失降到最低。现场急停开关的动作，不仅直接切断了驱动电机，而且在PLC的程序中也输入到系统报警连锁功能块，发出灯光指示及长时间鸣笛报警，阻止了任何动作的进一步执行。本盾构系统中总急停分布在操作室、推进油缸远程操作箱、高压土仓、高压配电柜；辅助系统总急停按钮：中央配电室、急停、操作室急停、A液砂浆搅拌急停、皮带机急停、膨润土系统急停、阀门控制柜急停；拼装机及双梁系统管片吊机的有线、无线操作手柄设有系统急停按钮。
3.2配电箱及开关箱
由于盾构的特殊施工环境，配电系统应设置配电柜或总配电箱，分配电箱，开关箱，实行三级配电，电箱开关箱应采用冷轧钢板或阻燃绝缘材料制作，钢板厚度应为1.2mm~2.0mm，其中开关箱箱体钢板厚度不得小于1.2mm，配电箱箱体网版厚度不得小于1.5mm，箱体表面应做防腐处理，总之，箱体的制作在国标的基础上增加一些要求，以满足以下环境要求：
（1）环境温度：不低于-20℃，不高于+60℃，日平均不高于+45℃；
（2）海拔高度：不超过2000ITI；
（3）相对湿度：+40℃时不低于90%；
（4）防护等级：IP55以上。
小型控制箱采用防护等级IP55以上的控制箱，其正面为双折边设计（防护槽），同时配备聚氨酯密封条，确保防护等级，同时起到加固的作用，控制箱进线孔加装尼龙电缆放水接头，在规定的卡口范围内，并使用合适的O型密封圈，防护等级可以达到IP68；对于大型控制柜的进线箱体底部采用双层结构，开槽进线，开槽处安装线缆固定柱等措施，保证IP等级。
4 结语：
综上所述，土压平衡盾构机的安全影响因素有很多，但是电气系统的安全设计是盾构机安全运行的关键因素。电能系统能够对直接接触和间接接触的元件进行保护，开关、控制和调节装置能够有效解决施工过程中由于重叠和交叉可能造成的危险，同时能够避免导线在损坏情况下造成的危害。近年来，施工安全用电标准逐渐严格，施工安全意识日益加强，所以，必须加强对土压平衡盾构机的电气安全管理，探索新的安全保护的设计方法。
参考文献：
[1]李申山，许鸣珠，马立明，张宏力.盾构机在施工中的接地保护系统分析[J].工程机械.2009（05）
[2]唐健.盾构机电气控制系统设计概要[J].隧道建设.2002（01）
[3]曹铭，王文莉.土压平衡盾构机主体部分介绍[J].中国新技术新产品.2011（17）
论文作者:潘勇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/10
标签：盾构论文; 系统论文; 电能论文; 电气论文; 电流论文; 安全保护论文; 机电论文; 《基层建设》2017年第15期论文;