高压电机接线盒防水问题的探讨

唐玉文

摘 要：该文描述了一起高压电机接线盒现场爆炸的真实案例，详细分析了事故发生的原因，针对当前某石化公司现场应用的高压电机接线盒，指出了其中存在的不足之处，最后，在进行理论分析和经验总结的基础上，为从根本上解决其防水问题，提出了对高压电机接线盒密封结构的改进建议。

关键词：高压电机 接线盒 密封结构 防水 汽化 火花放电 爆炸极限

中图分类号：TM306 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0033-02

高压电机接线盒是输送电能的动力电缆与电机主体的连接节点，它的作用是保证带电的接线柱与外界不相互影响。近年来，在工况恶劣的石化生产装置里，高压电机接线盒爆炸和接线柱崩烧事故时有发生，成为了装置安全生产巨大的隐患。为了保障安全生产，杜绝此类事故的发生，该文在分析事故发生原因的基础上，提出了改进高压电机接线盒结构设计和安装方式的建议和措施。

1 典型案例

2012年的一天，某石化公司连续重整车间一台高压电机接线盒发生强烈爆炸；压紧接线盒端盖的直径12 mm的25颗螺丝中，有15颗竟被拉断，接线盒端盖炸成碎片，最大的一块砸在直径120 mm的管线上，管线竟被打弯。由此可以想象，接线盒内当时的压力有多大，幸亏接线盒端盖无较大碎片，管线没被打断；也多亏爆炸时间是凌晨4点钟，装置室外人少。连续重整是该公司一套重要生产装置，装置设备、管线内的大部分都是高温、高压、易燃、易爆的油品或气体，管线一旦破裂损坏，就会发生着火爆炸事故，后果真是不堪设想，因此，在事故发生后，一定要调查分析，找出事故原因，消除生产隐患。

2 电机接线盒爆炸事故原因分析

高压电机接线盒内进水后能够引发剧烈爆炸的机理非常复杂，其涉及的影响因素繁多，原因也各有差异，它主要取决于电源性质，接线盒结构，进水量及其理化性质等。该次事故发生后，通过调查现场环境因素，分析当时的技术资料，可以认为爆炸的主要原因是接线盒进水达到一定水位后，裸露的接线柱与其下方的水面之间的空气发生电离而引发火花放电，通过含有离子的积水形成了一个强大的短路电流，使得接线盒内水温度急剧升高，积水迅速汽化，导致了压力骤然加大引起物理爆炸，具体分析过程如下。

（1）接线盒爆炸电机是一台防爆、风冷电机，接线盒爆炸后检查，电机本身没有过热，爆炸只是发生在接线盒内部；电机地脚螺栓也无松动、破坏痕迹，完全可以排除接线盒爆碎是其端盖震动过大甩出所致。

（2）接线盒爆炸后检查发现接线柱几乎完好，接线柱放电崩烧不明显，但接线盒爆炸时供电系统出现低电压，同一母线上所带炼油三套较大生产装置（三常生产装置、连续重整生产装置和加氢裂化生产装置）未加防晃电模块的电机均低电压跳闸，证明接线盒爆炸时电源短路电流相当大，根据经验电机接线柱相间距离这么大，若单纯是击穿空气的弧光短路，即使短路时间较短，电机接线柱崩烧也会比较严重，这就说明了相间发生短路不单纯是击穿空气的弧光短路，一定还有其他的物质参与了短路导电；弧光路径短、发生的时间又短、电机接线柱放电崩烧就不会严重。

（3）根據电机接线盒内能产生压力的各因素分析，在电机接线柱崩烧不明显的情况下，单纯是击穿空气发生的弧光短路，接线盒内的空气受热膨胀不会突然产生这么大的压力。

（4）接线盒爆炸前连续下过几次雨，接线盒爆炸时雨还在下，接线盒爆炸后检查也发现接线盒内壁有过存水的水印，接线盒内壁浮锈较多，说明接线盒内在爆炸前有一定量的存水，接线盒内的水不是纯净水，也可能呈现酸性，含有浓度较高的亚铁离子、钙离子和镁离子等，导电性能较强；接线盒内的水面随进水不断升高，当水面离绝缘套管上端裸露金属部分距离小于某一数值时，裸露金属部分与水面间的空气被击穿，6 kV强大高压电源向接线盒内的水面产生火花放电。这样，在强大交流电源的作用下，通过富含离子的积水形成了一个强大的短路电流，接线盒内的水温度迅速升高，积水急剧汽化使得接线盒内的气体压力骤然升高而造成了物理爆炸，这些也与现场目击者看到的现象一致，接线盒爆炸后操作室的员工发现一团冷凝的水蒸气飘向天空。

由此可见，高压电机接线盒进水到一定程度后，就能引起其爆炸事故，专业人员在对电机接线盒检查中也多次发现电机接线盒进水问题。因此，必须总结事故教训，制订整改措施，杜绝此类事故的再次发生。

3 装置中高压电机接线盒的应用现状

由于石化工业的特殊工艺，每套装置现场都需要很多电机作为动力；近年来，随着生产装置加工能力的扩容，应用的高压电机也越来越多；在装置里，这些高压电机大部分也是露天使用，应用环境复杂恶劣，在高压电机接线盒密封不好、失效或者电缆入口处理不好的情况下，雨水、露水、冰雪融化水和清理卫生的污水都可能进入接线盒内部。

电机接线盒进水主要通过两个渠道：一是电缆入口，另一个是接线盒与接线盒盖的结合面。目前，该公司生产装置使用的高压电机接线盒的电缆入口方向和密封结合面方向有两种，竖直向下方向和沿水平方向。从防水角度讲，电缆入口沿水平方向布置时，其防水性能差，这是因为，如果电缆入口是水平的，电缆与电机连接时不注意，很容易使电缆在接线盒入口处出现外高里低的问题，落到电缆上的水就很容易通过电缆进入到接线盒内部。同样，当接线盒与接线盒盖形成的缝隙呈水平方向时，缝隙中的水也会通过缝隙流入接线盒内部。

如果电机接线盒电缆入口方向向下，即使是不规范的施工，落到电缆上的水也不易进入电机接线盒内部，所以，改变电缆入口方向不再沿水平方向是防止电机接线盒进水最基本、最有效的方法。另外，电机接线盒开口方向向下不仅容易做到从电缆入口处不易进水、从盖处不易进水，而且还容易做到接线盒内不存水，即使有水进入，能及时地流到电机接线盒电缆入口处，能把水及时地排出来。

为防止接线盒进水，有的单位采取了在接线盒上另加一个防水罩办法，但这种方法也有不足之处，因为防水罩破损或其固定螺丝处漏水也会造成接线盒进水。电机运转时防水罩时刻处于振动状态，防水罩的固定螺丝处极易漏水。

市场目前高压电机接线盒的结构如图1所示，盒盖的下半部分尺寸较小，可塞在接线盒里，盖与盒在竖直方向形成缝隙，当端盖密封垫坏或端盖周围螺丝压接不均匀时，从端盖处就容易进水。

由此可见，市场高压电机接线盒的密封结构也的确存在不足之处，这就容易导致现场的电机接线盒进水，给石化装置的安全生产造成了严重隐患，因此，开展如何避免高压电机接线盒进水研究是很有实际意义的。

4 高压电机接线盒的结构改进

（1）根据实际经验和理论分析，避免高压电机接线盒进水措施可以有以下几种。

①建立质量责任制，保证工作质量。在安装电缆时，应压紧结实，接触良好，电缆从接线盒入口的中心线穿过，要顺畅，不能别劲，并要处理好电缆入口处的密封，也不能用水直接沖洗电机，以免造成接线盒进水。

②电机检修时，应严格按照检修规程进行，接线盒与盖的密封面要注意保护，不能敲击，不能碰撞，启盖时也不能硬撬，以免损坏接线盒与盖的密封结构。

③完成沟通协调机制，与装置生产人员和有关第三方一道，各负其现，实现对重点电机的共同监管。

④在接线盒的上方设置防水罩。应用这种方法的前提条件是防护罩本身完好，固定螺丝等处没有漏点；不足之处是检修维护时比较麻烦，也会影响日常的温度检测。应用结果也表明，这种方法对电缆入口处的进水作用不大，作为经验推广的价值不大。

⑤在接线盒底部设置泄水孔，平常可用丝堵盲死。通过定期拧开丝堵检查来判断其中有无存水，避免了需要经常打开接线盒端盖察看的麻烦，使检查维护工作省时省力高效，可以建立一项定期工作来执行。

⑥优化电机接线盒密封结构和电缆入口角度，从根本上解决接线盒的进水问题。

（2）通过上述的高压电机接线盒爆炸案例可以获得警示，电机接线盒的设计不仅要满足电气、防爆和接拆线方便等要求外，还需要满足防进水要求。具体来说，就是从接线盒与压盖结合处、接线盒电缆入口处皆不能进水；若有水进入，也能及时将水流出，为达到这一目的，建议电机接线盒的密封方向及结构做出下列改进。

①电机接线盒电缆入口处不沿水平布置，应向下倾斜45°角。单纯地从防水角度讲，电缆入口直向下的防水性能最强，但接线盒开口方向直向下对从地下套管穿出的电缆长度要求严格，就是说从地下套管穿出到电机接线柱的电缆既不能长也不能短，若电机接线盒电缆进出口沿水平方向对从地下套管穿出到电机接线柱的电缆长度的要求就不那么高。为保证电机接线盒不进水，同时又兼顾电机与电缆安装方便，建议接线盒开口方向与地面成45°角。

②让接线盒与端盖的结合密封面成竖向布置。若接线盒与端盖的结合密封面为竖向布置，则流到密封面处的水在重力作用下会往下流，不会流入接线盒内部，不会因水的大量积聚而造成安全隐患。

③接线盒与端盖结合面密封结构的改进。前面讲过，市场目前出售高压电机接线盒的结构如图1所示，正如上面分析的那样，这种结构密封效果不好，容易进水。建议采用如图2所示的密封结构，端盖尺寸大些，压扣在箱体上，理论和实践都表明，这种形式的密封防水效果要远优于图1，且不会因此而形成其他方面的不利影响。

④设置接线柱间绝缘隔板，降低接线盒内部相间短路风险。

5 结语

石化现场的高压电机大多是露天应用，环境复杂，其接线盒密封不严或损坏后，能够引起其内部进水而导致其爆炸或短路事故，而仅从提高技术水平，加强工作责任心方面来避免事故发生已显不足，应建议设计革新接线盒密封结构，采用45°倾斜向下的接口形式，从根本上解决高压电机接线盒的防水问题。