高壓電機接線盒防水問題的探討

唐玉文

摘 要：該文描述了一起高壓電機接線盒現(xiàn)場爆炸的真實案例，詳細分析了事故發(fā)生的原因，針對當(dāng)前某石化公司現(xiàn)場應(yīng)用的高壓電機接線盒，指出了其中存在的不足之處，最后，在進行理論分析和經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上，為從根本上解決其防水問題，提出了對高壓電機接線盒密封結(jié)構(gòu)的改進建議。

關(guān)鍵詞：高壓電機 接線盒 密封結(jié)構(gòu) 防水 汽化 火花放電 爆炸極限

中圖分類號：TM306 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0033-02

高壓電機接線盒是輸送電能的動力電纜與電機主體的連接節(jié)點，它的作用是保證帶電的接線柱與外界不相互影響。近年來，在工況惡劣的石化生產(chǎn)裝置里，高壓電機接線盒爆炸和接線柱崩燒事故時有發(fā)生，成為了裝置安全生產(chǎn)巨大的隱患。為了保障安全生產(chǎn)，杜絕此類事故的發(fā)生，該文在分析事故發(fā)生原因的基礎(chǔ)上，提出了改進高壓電機接線盒結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝方式的建議和措施。

1 典型案例

2012年的一天，某石化公司連續(xù)重整車間一臺高壓電機接線盒發(fā)生強烈爆炸；壓緊接線盒端蓋的直徑12 mm的25顆螺絲中，有15顆竟被拉斷，接線盒端蓋炸成碎片，最大的一塊砸在直徑120 mm的管線上，管線竟被打彎。由此可以想象，接線盒內(nèi)當(dāng)時的壓力有多大，幸虧接線盒端蓋無較大碎片，管線沒被打斷；也多虧爆炸時間是凌晨4點鐘，裝置室外人少。連續(xù)重整是該公司一套重要生產(chǎn)裝置，裝置設(shè)備、管線內(nèi)的大部分都是高溫、高壓、易燃、易爆的油品或氣體，管線一旦破裂損壞，就會發(fā)生著火爆炸事故，后果真是不堪設(shè)想，因此，在事故發(fā)生后，一定要調(diào)查分析，找出事故原因，消除生產(chǎn)隱患。

2 電機接線盒爆炸事故原因分析

高壓電機接線盒內(nèi)進水后能夠引發(fā)劇烈爆炸的機理非常復(fù)雜，其涉及的影響因素繁多，原因也各有差異，它主要取決于電源性質(zhì)，接線盒結(jié)構(gòu)，進水量及其理化性質(zhì)等。該次事故發(fā)生后，通過調(diào)查現(xiàn)場環(huán)境因素，分析當(dāng)時的技術(shù)資料，可以認為爆炸的主要原因是接線盒進水達到一定水位后，裸露的接線柱與其下方的水面之間的空氣發(fā)生電離而引發(fā)火花放電，通過含有離子的積水形成了一個強大的短路電流，使得接線盒內(nèi)水溫度急劇升高，積水迅速汽化，導(dǎo)致了壓力驟然加大引起物理爆炸，具體分析過程如下。

（1）接線盒爆炸電機是一臺防爆、風(fēng)冷電機，接線盒爆炸后檢查，電機本身沒有過熱，爆炸只是發(fā)生在接線盒內(nèi)部；電機地腳螺栓也無松動、破壞痕跡，完全可以排除接線盒爆碎是其端蓋震動過大甩出所致。

（2）接線盒爆炸后檢查發(fā)現(xiàn)接線柱幾乎完好，接線柱放電崩燒不明顯，但接線盒爆炸時供電系統(tǒng)出現(xiàn)低電壓，同一母線上所帶煉油三套較大生產(chǎn)裝置（三常生產(chǎn)裝置、連續(xù)重整生產(chǎn)裝置和加氫裂化生產(chǎn)裝置）未加防晃電模塊的電機均低電壓跳閘，證明接線盒爆炸時電源短路電流相當(dāng)大，根據(jù)經(jīng)驗電機接線柱相間距離這么大，若單純是擊穿空氣的弧光短路，即使短路時間較短，電機接線柱崩燒也會比較嚴重，這就說明了相間發(fā)生短路不單純是擊穿空氣的弧光短路，一定還有其他的物質(zhì)參與了短路導(dǎo)電；弧光路徑短、發(fā)生的時間又短、電機接線柱放電崩燒就不會嚴重。

（3）根據(jù)電機接線盒內(nèi)能產(chǎn)生壓力的各因素分析，在電機接線柱崩燒不明顯的情況下，單純是擊穿空氣發(fā)生的弧光短路，接線盒內(nèi)的空氣受熱膨脹不會突然產(chǎn)生這么大的壓力。

（4）接線盒爆炸前連續(xù)下過幾次雨，接線盒爆炸時雨還在下，接線盒爆炸后檢查也發(fā)現(xiàn)接線盒內(nèi)壁有過存水的水印，接線盒內(nèi)壁浮銹較多，說明接線盒內(nèi)在爆炸前有一定量的存水，接線盒內(nèi)的水不是純凈水，也可能呈現(xiàn)酸性，含有濃度較高的亞鐵離子、鈣離子和鎂離子等，導(dǎo)電性能較強；接線盒內(nèi)的水面隨進水不斷升高，當(dāng)水面離絕緣套管上端裸露金屬部分距離小于某一數(shù)值時，裸露金屬部分與水面間的空氣被擊穿，6 kV強大高壓電源向接線盒內(nèi)的水面產(chǎn)生火花放電。這樣，在強大交流電源的作用下，通過富含離子的積水形成了一個強大的短路電流，接線盒內(nèi)的水溫度迅速升高，積水急劇汽化使得接線盒內(nèi)的氣體壓力驟然升高而造成了物理爆炸，這些也與現(xiàn)場目擊者看到的現(xiàn)象一致，接線盒爆炸后操作室的員工發(fā)現(xiàn)一團冷凝的水蒸氣飄向天空。

由此可見，高壓電機接線盒進水到一定程度后，就能引起其爆炸事故，專業(yè)人員在對電機接線盒檢查中也多次發(fā)現(xiàn)電機接線盒進水問題。因此，必須總結(jié)事故教訓(xùn)，制訂整改措施，杜絕此類事故的再次發(fā)生。

3 裝置中高壓電機接線盒的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于石化工業(yè)的特殊工藝，每套裝置現(xiàn)場都需要很多電機作為動力；近年來，隨著生產(chǎn)裝置加工能力的擴容，應(yīng)用的高壓電機也越來越多；在裝置里，這些高壓電機大部分也是露天使用，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜惡劣，在高壓電機接線盒密封不好、失效或者電纜入口處理不好的情況下，雨水、露水、冰雪融化水和清理衛(wèi)生的污水都可能進入接線盒內(nèi)部。

電機接線盒進水主要通過兩個渠道：一是電纜入口，另一個是接線盒與接線盒蓋的結(jié)合面。目前，該公司生產(chǎn)裝置使用的高壓電機接線盒的電纜入口方向和密封結(jié)合面方向有兩種，豎直向下方向和沿水平方向。從防水角度講，電纜入口沿水平方向布置時，其防水性能差，這是因為，如果電纜入口是水平的，電纜與電機連接時不注意，很容易使電纜在接線盒入口處出現(xiàn)外高里低的問題，落到電纜上的水就很容易通過電纜進入到接線盒內(nèi)部。同樣，當(dāng)接線盒與接線盒蓋形成的縫隙呈水平方向時，縫隙中的水也會通過縫隙流入接線盒內(nèi)部。

如果電機接線盒電纜入口方向向下，即使是不規(guī)范的施工，落到電纜上的水也不易進入電機接線盒內(nèi)部，所以，改變電纜入口方向不再沿水平方向是防止電機接線盒進水最基本、最有效的方法。另外，電機接線盒開口方向向下不僅容易做到從電纜入口處不易進水、從蓋處不易進水，而且還容易做到接線盒內(nèi)不存水，即使有水進入，能及時地流到電機接線盒電纜入口處，能把水及時地排出來。

為防止接線盒進水，有的單位采取了在接線盒上另加一個防水罩辦法，但這種方法也有不足之處，因為防水罩破損或其固定螺絲處漏水也會造成接線盒進水。電機運轉(zhuǎn)時防水罩時刻處于振動狀態(tài)，防水罩的固定螺絲處極易漏水。

市場目前高壓電機接線盒的結(jié)構(gòu)如圖1所示，盒蓋的下半部分尺寸較小，可塞在接線盒里，蓋與盒在豎直方向形成縫隙，當(dāng)端蓋密封墊壞或端蓋周圍螺絲壓接不均勻時，從端蓋處就容易進水。

由此可見，市場高壓電機接線盒的密封結(jié)構(gòu)也的確存在不足之處，這就容易導(dǎo)致現(xiàn)場的電機接線盒進水，給石化裝置的安全生產(chǎn)造成了嚴重隱患，因此，開展如何避免高壓電機接線盒進水研究是很有實際意義的。

4 高壓電機接線盒的結(jié)構(gòu)改進

（1）根據(jù)實際經(jīng)驗和理論分析，避免高壓電機接線盒進水措施可以有以下幾種。

①建立質(zhì)量責(zé)任制，保證工作質(zhì)量。在安裝電纜時，應(yīng)壓緊結(jié)實，接觸良好，電纜從接線盒入口的中心線穿過，要順暢，不能別勁，并要處理好電纜入口處的密封，也不能用水直接沖洗電機，以免造成接線盒進水。

②電機檢修時，應(yīng)嚴格按照檢修規(guī)程進行，接線盒與蓋的密封面要注意保護，不能敲擊，不能碰撞，啟蓋時也不能硬撬，以免損壞接線盒與蓋的密封結(jié)構(gòu)。

③完成溝通協(xié)調(diào)機制，與裝置生產(chǎn)人員和有關(guān)第三方一道，各負其現(xiàn)，實現(xiàn)對重點電機的共同監(jiān)管。

④在接線盒的上方設(shè)置防水罩。應(yīng)用這種方法的前提條件是防護罩本身完好，固定螺絲等處沒有漏點；不足之處是檢修維護時比較麻煩，也會影響日常的溫度檢測。應(yīng)用結(jié)果也表明，這種方法對電纜入口處的進水作用不大，作為經(jīng)驗推廣的價值不大。

⑤在接線盒底部設(shè)置泄水孔，平?？捎媒z堵盲死。通過定期擰開絲堵檢查來判斷其中有無存水，避免了需要經(jīng)常打開接線盒端蓋察看的麻煩，使檢查維護工作省時省力高效，可以建立一項定期工作來執(zhí)行。

⑥優(yōu)化電機接線盒密封結(jié)構(gòu)和電纜入口角度，從根本上解決接線盒的進水問題。

（2）通過上述的高壓電機接線盒爆炸案例可以獲得警示，電機接線盒的設(shè)計不僅要滿足電氣、防爆和接拆線方便等要求外，還需要滿足防進水要求。具體來說，就是從接線盒與壓蓋結(jié)合處、接線盒電纜入口處皆不能進水；若有水進入，也能及時將水流出，為達到這一目的，建議電機接線盒的密封方向及結(jié)構(gòu)做出下列改進。

①電機接線盒電纜入口處不沿水平布置，應(yīng)向下傾斜45°角。單純地從防水角度講，電纜入口直向下的防水性能最強，但接線盒開口方向直向下對從地下套管穿出的電纜長度要求嚴格，就是說從地下套管穿出到電機接線柱的電纜既不能長也不能短，若電機接線盒電纜進出口沿水平方向?qū)牡叵绿坠艽┏龅诫姍C接線柱的電纜長度的要求就不那么高。為保證電機接線盒不進水，同時又兼顧電機與電纜安裝方便，建議接線盒開口方向與地面成45°角。

②讓接線盒與端蓋的結(jié)合密封面成豎向布置。若接線盒與端蓋的結(jié)合密封面為豎向布置，則流到密封面處的水在重力作用下會往下流，不會流入接線盒內(nèi)部，不會因水的大量積聚而造成安全隱患。

③接線盒與端蓋結(jié)合面密封結(jié)構(gòu)的改進。前面講過，市場目前出售高壓電機接線盒的結(jié)構(gòu)如圖1所示，正如上面分析的那樣，這種結(jié)構(gòu)密封效果不好，容易進水。建議采用如圖2所示的密封結(jié)構(gòu)，端蓋尺寸大些，壓扣在箱體上，理論和實踐都表明，這種形式的密封防水效果要遠優(yōu)于圖1，且不會因此而形成其他方面的不利影響。

④設(shè)置接線柱間絕緣隔板，降低接線盒內(nèi)部相間短路風(fēng)險。

5 結(jié)語

石化現(xiàn)場的高壓電機大多是露天應(yīng)用，環(huán)境復(fù)雜，其接線盒密封不嚴或損壞后，能夠引起其內(nèi)部進水而導(dǎo)致其爆炸或短路事故，而僅從提高技術(shù)水平，加強工作責(zé)任心方面來避免事故發(fā)生已顯不足，應(yīng)建議設(shè)計革新接線盒密封結(jié)構(gòu)，采用45°傾斜向下的接口形式，從根本上解決高壓電機接線盒的防水問題。