應急電源在盾構機電氣系統中的使用

鄒瑜

摘 ?要：盾構機在市電供應中斷或故障時，為保障操作人員安全及盡可能減小市電故障帶來的經濟損失，應急電源給予重要負荷電能，維持重要負荷的運行。根據負荷的功能和特性，常以UPS和發電機作為盾構機的應急電源。

關鍵詞：盾構機;應急電源;UPS;發電機

1.盾構機的斷電問題

盾構機是隧道掘進的專用工程機械，其供電通常是10kV交流電，經過變壓器變成400V交流電， 通過各級控制保護裝置到各級負荷。由于隧道環境的特殊性，盾構機電力中斷導致隧道無照明、無通風等情況、從而無法保障人員的安全撤離以及維護人員無法及時檢修造成長時間停工帶來巨大經濟損失。因此，在市電停止為盾構機供電時，需要應急電源為盾構機重要負荷提供電力，維持運行，保障安全減少損失。

2.盾構機的重要負荷：

電力負荷應根據對供電可靠性的要求及中斷供電對人身安全、經濟損失上所造成的影響程度可分為一級負荷，二級負荷，和三級負荷。盾構機中設備運行監控電腦、氣體探測傳感器、空壓機、通風系統、設備照明、拼裝機真空吸盤系統、以及排水系統的斷電都可能造成人員傷亡或是重大經濟損失，因此歸為一級負荷。

一級負荷應是由兩路電源供電，當一路電源發生故障第二路電源不應同時受到損壞能接棒供電。由于工程特殊性，大多數盾構機只有一路市電供電。因此，應為一級負荷提供可靠的應急電源。

3.盾構機常用應急電源

3.1UPS（Uninterruptible Power Supply）不間斷電源

允許中斷供電時間為毫秒級的供電，可選用蓄電池靜止型不間斷供電裝置或柴油機不間斷供電裝置。

在盾構機的一級負荷中有監控電腦、人艙照明、以及氣體探測傳感器屬于特別重要的負荷，不允許斷電。

一般的柴油機從啟動到發出電能的電壓和頻率達到負荷的允許的范圍需要數秒至數分，不能滿足上述負荷的不斷電要求。 因此，盾構機電氣系統中的監控電腦、人艙照明以及氣體探測傳感器使用UPS供電。

監控電腦、人艙照明以及氣體探測傳感器所用電源通常是24V直流，我們通常使用直流UPS給以上重要負荷提供不間斷電源供應。

直流UPS主要由整流器和蓄電池組成，如圖1.交流400V或230V經由整流器變成24V直流。市電供電正常時，電源一路給蓄電池充電，一路給負荷供電。當市電停止供電或故障時，由蓄電池經過二極管向負荷供電。

UPS的選擇除了輸入輸出電壓的選擇，還需要選擇蓄電池的容量。因為以上所提各負荷在盾構機使用過程中不間斷工作，其電流值應為各負荷額定電流和，供應時間應大于市電切換至發電機正常工作的時間。于是，在蓄電池電能用完前發電機可以接力為負荷供電。

3.2 發電機

UPS的所帶蓄電池供電時間以及供電負荷有限，在盾構機電氣系統中還有二次通風風機、空壓機、機器各處照明、排水系統及其控制系統等也不能長時間斷電，因此，發電機被派上用場。

發電機容量估算：列出用電設備的安裝功率;確定每個負荷的利用系數;以及各負荷之間的同時系數，用電設備的安裝功率與其利用系數的乘積，再將各乘積與同時系數相乘，求和，即能估算出發電機所需容量。

4.應急電源與市電的切換

應急電源與正常電源之間，應采取防止并列運行的措施。當有特殊要求，應急電源向正常電源轉換需短暫并列運行時，應采取安全運行的措施。

UPS內部自動檢測接入市電供應情況，當檢測市電供應正常，由市電為負荷供電，否則，中斷市電供應，由蓄電池供電，確保不并列運行。

發電機與市電的切換：盾構機電氣系統采取的措施是在變壓器低壓側之后取電信號控制發電機的啟動。如變壓器低壓側無電壓輸出，使用時間繼電器控制在市電停止數秒后則啟動發電機，同時可通過設計市電和發電機同時輸出回路斷路器的欠壓線圈的互鎖達到此目的。此種設計方案的盾構機電氣系統簡圖如圖二：

5.結論

UPS和發電機的合理選擇及合理配合能為盾構機提供可靠的備用電源，為盾構機斷電的狀況提供解決方案，也是盾構機電氣系統中極為重要的一部分。

參考文獻：

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