VACON水冷型变频器在隧道盾构机中的应用

隧道盾构机（TBM）的应用极其广泛。在位于冰岛东部大型冰川上的 Kárahnjúkar 水电站建设中，由 Vacon 水冷型变频器驱动的盾构机扮演了重要角色。该电站其装机容量 630MW，年发电量 4450 亿 kWh，为美国 Alcoa 公司新建的电解铝厂提供电力。其第一台机组于 2007 年 4 月并网发电，并于 2009年投入全面运营。

Kárahnjúkar 电站的建设过程中需要对 Jökulsá á Dal 冰川和 Jökulsá í Fljóts-dal 冰川进行整治，并在 Hálslón 和 Ufsarlón 分别兴建一座水库，其中，Hálslón 水库面积约 57  km2，Ufsarlón 水库则稍小一些。Hálslón 水库的地下水渠向东延伸，与 Ufsarlón 水库的地下水渠汇合后 ，再通过一个东北向的单 洞 隧道 直通Teigsbjarg 断崖，并经过 2 座水闸接入地下厂房。此后，水流注入厂房的六个发电机组，并最终通过一个尾水渠排入 Jökulsá í Fljótsdal 冰川的航道，整个过程中的水流流速为每秒 126m3。

整个工程需要开凿总长 73km 的隧道，以及总长53km，深度 100-200m 的导流渠。其中，约40 公里的掘进作业由 3 台配备 Vacon 水冷型变频器的美国 Robbins 盾构机完成。挖掘过程中产生的碎石将通过输送带输送至坑道口附近的弃土区。

盾构机在 90%的时间里全速运行，但是，如果在掘进过程中遇到恶劣地质条件，则有可能因为在盾构机前方出现空洞而导致刀盘损坏。此时，采用变频驱动以确保刀盘受控减速即显得尤其关键。此次项目中使用的 3 台 Robbins 隧道盾构机功率为 3MW，由 10 台单机功率为300kW 的水冷型 Vacon NXP 矢量闭环变频器进行控制。

隧道作业具有空间狭窄，高粉尘，散热困难等不利工况条件。而在该领域的应用正是 Vacon 水冷型变频器的优势所在。由于采用了专门的水冷功率单元结构及散热设计，该产品可将纯净水作为冷却液，吸收几乎所有设备运行中产生的热量。由于不需要风道，因此变频器结构极其紧凑，与规格相同的空冷型变频器相比，Vacon 水冷型变频器可节省高达 70%的安装空间。此外，由于功率单元与控制单元之间完全独立分隔，并采用高防护等级设计，故可保证冷却液与带电部件之间的完全可靠隔离，并使变频器免遭有害粉尘侵害。

隧道掘进行业中，最佳日、周、月掘进速度及月平均记录是衡量项目进展的关键指标。惟有可靠的设备，方能创造新记录。在 Kárahnjúkar 项目中，Robbins 公司的一台隧道掘进机就以一天掘进 92m 的成绩打破了世界纪录。其中，Vacon水冷型变频器对盾构机的高效控制功不可没。