隧道盾構機(TBM)的應用極其廣泛。在位于冰島東部大型冰川上的 Kárahnjúkar 水電站建設中,由 Vacon 水冷型變頻器驅動的盾構機扮演了重要角色。該電站其裝機容量 630MW,年發電量 4450 億 kWh,為美國 Alcoa 公司新建的電解鋁廠提供電力。其第一臺機組于 2007 年 4 月并網發電,并于 2009年投入全面運營。
Kárahnjúkar 電站的建設過程中需要對 Jökulsá á Dal 冰川和 Jökulsá í Fljóts-dal 冰川進行整治,并在 Hálslón 和 Ufsarlón 分別興建一座水庫,其中,Hálslón 水庫面積約 57 km2,Ufsarlón 水庫則稍小一些。Hálslón 水庫的地下水渠向東延伸,與 Ufsarlón 水庫的地下水渠匯合后 ,再通過一個東北向的單 洞 隧道 直通Teigsbjarg 斷崖,并經過 2 座水閘接入地下廠房。此后,水流注入廠房的六個發電機組,并最終通過一個尾水渠排入 Jökulsá í Fljótsdal 冰川的航道,整個過程中的水流流速為每秒 126m3。
整個工程需要開鑿總長 73km 的隧道,以及總長53km,深度 100-200m 的導流渠。其中,約40 公里的掘進作業由 3 臺配備 Vacon 水冷型變頻器的美國 Robbins 盾構機完成。挖掘過程中產生的碎石將通過輸送帶輸送至坑道口附近的棄土區。
盾構機在 90%的時間里全速運行,但是,如果在掘進過程中遇到惡劣地質條件,則有可能因為在盾構機前方出現空洞而導致刀盤損壞。此時,采用變頻驅動以確保刀盤受控減速即顯得尤其關鍵。此次項目中使用的 3 臺 Robbins 隧道盾構機功率為 3MW,由 10 臺單機功率為300kW 的水冷型 Vacon NXP 矢量閉環變頻器進行控制。
隧道作業具有空間狹窄,高粉塵,散熱困難等不利工況條件。而在該領域的應用正是 Vacon 水冷型變頻器的優勢所在。由于采用了專門的水冷功率單元結構及散熱設計,該產品可將純凈水作為冷卻液,吸收幾乎所有設備運行中產生的熱量。由于不需要風道,因此變頻器結構極其緊湊,與規格相同的空冷型變頻器相比,Vacon 水冷型變頻器可節省高達 70%的安裝空間。此外,由于功率單元與控制單元之間完全獨立分隔,并采用高防護等級設計,故可保證冷卻液與帶電部件之間的完全可靠隔離,并使變頻器免遭有害粉塵侵害。
隧道掘進行業中,最佳日、周、月掘進速度及月平均記錄是衡量項目進展的關鍵指標。惟有可靠的設備,方能創造新記錄。在 Kárahnjúkar 項目中,Robbins 公司的一臺隧道掘進機就以一天掘進 92m 的成績打破了世界紀錄。其中,Vacon水冷型變頻器對盾構機的高效控制功不可沒。