碼頭高壓電纜防水電閘箱的研究與開發(fā)

安津暉 高延輝

【摘 要】天津東方海陸集裝箱碼頭有限公司通過研究開發(fā)碼頭高壓電纜防水電閘箱，成功的解決了海水浸泡碼頭高壓電纜閘箱造成高壓電纜接頭由于海水的浸泡造成短路事故同時獲得明顯的效益。

【關鍵詞】高壓電纜閘箱；碼頭；防水

一、 項目背景及必要性

高壓電纜閘箱，即碼頭變電所引出的高壓電纜線與機車高壓電纜線連接處。由于天津港是人工港，受自然條件限制，碼頭的高壓電纜閘箱位置都不算高。當遇到大潮天氣狀況，潮水有可能淹沒高壓閘箱內電纜接頭，甚至淹沒整個閘箱。而高壓電纜接頭是由熱縮或冷縮套件密封防水絕緣的，其主要作用是絕緣，防水的功能在其次，其水密性又不足以防止海水的連續(xù)浸泡。因此在大潮期間經常會發(fā)生由于海水浸泡以及大潮后由于大潮浸泡導致絕緣降低而導致高壓接頭對地短路，甚至會損壞機車設備的事故發(fā)生。為防止大潮的影響，現在采取的措施是當潮水的高度達到預警值時，變電所斷電。但此措施只能保證在大潮期間停電不會發(fā)生短路等事故，而不能防止高壓電纜接頭長時間由于海水的浸泡造成的絕緣降低，有可能會發(fā)生在大潮后變電所送電時形成的由于高壓接頭絕緣降低而形成的短路事故。

而近年來，由于全球變暖，惡劣氣候天氣正逐漸增多，同時天文大潮及風暴潮、臺風等極端天氣嚴重影響碼頭作業(yè)的同時，更為碼頭設施安全帶來安全隱患，其中高壓電纜閘箱的防水問題的解決更成為其中一個棘手問題。

二、 項目研究的技術路線和方法

1、項目立項：

為解決高壓電纜閘箱的防水問題，我公司開始著手研制一種新型的高壓閘箱。經過技術研究提出新閘箱應具有以下技術特點：

（1）不改變現有閘箱尺寸及安裝位置，既可以安裝新閘箱也可以將原有閘箱進行技術改造。

（2）提高高壓閘箱的防水性，保證高壓電纜接頭即使在大潮將高壓閘箱全部淹沒也不會使高壓電纜接頭進水，以達到對高壓電纜接頭防水、防潮保護，確保安全生產。

（3）閘箱內要有水位記錄功能。

（4）要便于觀察高壓電纜接頭的狀態(tài)。

（5）要便于維護和檢查。

2、項目的技術路線和實施方法

為實現高壓電纜防水閘箱的技術要求，經過大家的集思廣益以及對現場實際情況的研究，決定在高壓閘箱內設計一個密閉的容器，利用空氣的有限度壓縮以及液體的壓力定律的原理，利用密閉容器內的氣壓來阻止海水在容器上升，將海水與電纜接頭徹底隔離，從而杜絕了因海水長期浸泡接頭而產生的漏電、放炮等現象，提高電纜坑的安全系數。同時閘箱采用了高密度工業(yè)級PVC，具有韌性好能夠降低磕碰造成的損壞；防酸堿腐蝕性能好、尤其對海水防腐性能較金屬材質優(yōu)異；耐冷熱溫差材料穩(wěn)定性較好。從而保證了設備的安全。

實施方法：

1、對防水高壓電纜坑的工作原理進行論證。

2、制作比例模型，模擬現場環(huán)境，進行試驗。在試驗中電纜接頭完全與水隔絕，效果良好。

3、在理論和試驗取得成功的前提下，我公司著手進行改造：測量實際閘箱尺寸，利用計算機制圖并進行計算，模擬實際環(huán)境，計算出最合理的相關元件的外形尺寸。

4、制作閘箱所需附件，在制作時嚴格控制質量使密閉性和防腐能力達到使用標準。并做氣密檢測試驗，以保證箱體的密閉性，以達到實際的技術要求

5、對閘箱的材質進行選取。開始我們選用鍍鋅鋼板作為閘箱的主體材質，后來發(fā)現其存在抗腐蝕能力弱、不便于安裝、無法進行對水位的觀察等問題。經過對各種材質的選擇最終選取了高密度工業(yè)級PVC作為閘箱的主體材質，具有韌性好能夠降低磕碰造成的損壞；防酸堿腐蝕性能好、尤其對海水防腐性能較金屬材質優(yōu)異；耐冷熱溫差材料穩(wěn)定性較好。從而保證了其能夠長期穩(wěn)定的使用。

三、研究內容和取得成果

結合結構圖對本成果的碼頭高壓電纜防水閘箱結構加以說明。

1、閘箱本體 2、可拆卸的密閉箱體 3、固定支架 4、電纜卷筒

5、裝卸設備上的上機高壓電纜 6、從海底進線的高壓電纜

7、海水 8、密閉箱體內的海水 9、密閉空氣 10、高壓電纜接頭

11、水位檢測尺 12、電纜固定支架

本成果的碼頭高壓電纜防水閘箱利用了空氣的有限度壓縮以及液體的壓力定律的原理，利用密閉容器內的氣壓來阻止海水在容器上升，將海水與電纜接頭徹底隔離，從而杜絕了因海水長期浸泡接頭而產生的漏電、放炮等現象，提高電纜坑的安全系數。保證了設備的安全。

如圖2、3所示，本成果的碼頭高壓電纜防水閘箱結構是，該閘箱包括有閘箱本體1，在所述閘箱本體1的一側壁上固定有電纜卷筒4，在所述閘箱本體1的底部固定有固定支架3，并開有從海底上來高壓電纜的進線孔，電纜卷筒4上纏繞有裝卸設備上的機房高壓電纜，所述裝卸設備上的機房高壓電纜和從海底上來高壓電纜的接頭固定在固定支架3上，在固定支架3上扣置有開口向下的箱體2，箱體2固定在閘箱本體1上，箱體2的開口為600mm。

所述固定支架3距閘箱本體1的底部為200mm，所述箱體2為通過氣密試驗的箱體。

該碼頭高壓電纜防水閘箱具有良好的密閉性，且拆卸方便，不銹鋼箱體2重量適中，可由兩人協同拆卸搬運。不銹鋼箱體2體積適中，高度不超出原有閘箱本體1的高度，閘箱本體1內在安裝好箱體2后的空間能夠完全容納兩到三人同時作業(yè)。同時，有安全保護措施，避免閘箱內各部件間的干涉以及容易對人體、電纜產生傷害的縫里邊角。且固定支架據箱體底部有一定高度。再將開口向下的箱體2扣置在電纜接頭上，將箱體2和閘箱本體1固定連接。

1.本成果的碼頭高壓電纜防水閘箱的使用方法：

將變電所引出的高壓電纜與機車高壓電纜進行高壓密封連接，連接頭置于閘箱內電纜接頭固定支架3的固定平臺上，通過固定支架3的固定卡環(huán)固定電纜，再將氣密的箱體2開口向下罩于固定支架3上，其底角與固定支架3利用四個不銹鋼螺栓進行固定連接。

使用本成果的碼頭高壓電纜防水閘箱后，能夠徹底解決水位上漲浸泡高壓電纜接頭的問題。當潮水上漲，甚至淹沒閘箱時，箱體內氣體壓力可防止海水侵入，從而達到對高壓電纜接頭密封的目的。

2、閘箱的結構：

本成果的碼頭高壓電纜防水閘箱為在原有閘箱內部結構進行改造升級而來，在原有閘箱整體外形結構不改變的前提下，新型閘箱的內部進行了重新設計改動。

該實用新型閘箱內部結構分為密閉箱體2與固定支架3兩部分。

把裝卸設備上的高壓電纜5與從海底進線的高壓電纜6相連接，即高壓電纜接頭10封裝在密閉的箱體2內。使用此種結構的箱體，可以充分保證電纜接頭不被海水浸泡，大幅度提高了電纜接頭的安全性。

3、人員操作空間

不銹鋼箱體2置于閘箱內部，可滿足兩人同時在閘箱內進行操作。

4、箱體密閉性檢查

在箱體內安裝一個可以檢測、記錄水位的水尺記錄裝置11，以便檢測裝置的密閉性及箱內曾經到過的最高水位。通過檢查此裝置可以判斷箱體的密閉性，以及防水的有效性，方便易于檢查。

本項目自2011年3月開始立項，2011年5月閘箱的技術要求提出完善并要求外協廠家按照技術要求制作閘箱。2011年7月閘箱制作完畢，8月尋找到制作密閉容器的材質并按照技術要求制作密閉容器，9月制作完成，10月份安裝在我公司碼頭。在對碼頭高壓電纜防水閘箱進行安裝調試后，對其進行了一年多的技術跟進，經歷了嚴寒及酷熱的考驗，其間經歷了多次天文大潮，其中包括2012年7月底的由臺風導致的風暴潮，在閘箱整體淹沒的情況下，密閉閘箱內的高壓電纜接頭沒有被海水浸泡，絕緣良好，經受住了考驗。

此成果已申請發(fā)明專利，申請?zhí)枺?01110391822.3。此前委托國家知識產權局進行了查新，發(fā)現目前還沒有類似的發(fā)明，具有獨特的新穎性和創(chuàng)新性。

五 成果市場推廣應用前景分析

此項目除節(jié)約了維修成本、排除了安全隱患外，對碼頭生產的連續(xù)性也提供了保障。該成果針對天津港碼頭目前普遍存在每年都會發(fā)生的現實問題，對新建碼頭和老碼頭的高壓閘箱的選型、使用、改造也提供了新的思路。具有很強的實用性，投資少、見效快，易于推廣，效果明顯，并且能夠解決大問題，消除安全隱患，是一個很好的項目。由于其可以在原有閘箱進行改造，且成本較低，投資少，可以產生明顯的經濟效益及公司形象效益，效果明顯，因此具有良好的推廣前景。