码头高压电缆防水电闸箱的研究与开发

安津晖 高延辉

【摘 要】天津东方海陆集装箱码头有限公司通过研究开发码头高压电缆防水电闸箱，成功的解决了海水浸泡码头高压电缆闸箱造成高压电缆接头由于海水的浸泡造成短路事故同时获得明显的效益。

【关键词】高压电缆闸箱；码头；防水

一、 项目背景及必要性

高压电缆闸箱，即码头变电所引出的高压电缆线与机车高压电缆线连接处。由于天津港是人工港，受自然条件限制，码头的高压电缆闸箱位置都不算高。当遇到大潮天气状况，潮水有可能淹没高压闸箱内电缆接头，甚至淹没整个闸箱。而高压电缆接头是由热缩或冷缩套件密封防水绝缘的，其主要作用是绝缘，防水的功能在其次，其水密性又不足以防止海水的连续浸泡。因此在大潮期间经常会发生由于海水浸泡以及大潮后由于大潮浸泡导致绝缘降低而导致高压接头对地短路，甚至会损坏机车设备的事故发生。为防止大潮的影响，现在采取的措施是当潮水的高度达到预警值时，变电所断电。但此措施只能保证在大潮期间停电不会发生短路等事故，而不能防止高压电缆接头长时间由于海水的浸泡造成的绝缘降低，有可能会发生在大潮后变电所送电时形成的由于高压接头绝缘降低而形成的短路事故。

而近年来，由于全球变暖，恶劣气候天气正逐渐增多，同时天文大潮及风暴潮、台风等极端天气严重影响码头作业的同时，更为码头设施安全带来安全隐患，其中高压电缆闸箱的防水问题的解决更成为其中一个棘手问题。

二、 项目研究的技术路线和方法

1、项目立项：

为解决高压电缆闸箱的防水问题，我公司开始着手研制一种新型的高压闸箱。经过技术研究提出新闸箱应具有以下技术特点：

（1）不改变现有闸箱尺寸及安装位置，既可以安装新闸箱也可以将原有闸箱进行技术改造。

（2）提高高压闸箱的防水性，保证高压电缆接头即使在大潮将高压闸箱全部淹没也不会使高压电缆接头进水，以达到对高压电缆接头防水、防潮保护，确保安全生产。

（3）闸箱内要有水位记录功能。

（4）要便于观察高压电缆接头的状态。

（5）要便于维护和检查。

2、项目的技术路线和实施方法

为实现高压电缆防水闸箱的技术要求，经过大家的集思广益以及对现场实际情况的研究，决定在高压闸箱内设计一个密闭的容器，利用空气的有限度压缩以及液体的压力定律的原理，利用密闭容器内的气压来阻止海水在容器上升，将海水与电缆接头彻底隔离，从而杜绝了因海水长期浸泡接头而产生的漏电、放炮等现象，提高电缆坑的安全系数。同时闸箱采用了高密度工業级PVC，具有韧性好能够降低磕碰造成的损坏；防酸碱腐蚀性能好、尤其对海水防腐性能较金属材质优异；耐冷热温差材料稳定性较好。从而保证了设备的安全。

实施方法：

1、对防水高压电缆坑的工作原理进行论证。

2、制作比例模型，模拟现场环境，进行试验。在试验中电缆接头完全与水隔绝，效果良好。

3、在理论和试验取得成功的前提下，我公司着手进行改造：测量实际闸箱尺寸，利用计算机制图并进行计算，模拟实际环境，计算出最合理的相关元件的外形尺寸。

4、制作闸箱所需附件，在制作时严格控制质量使密闭性和防腐能力达到使用标准。并做气密检测试验，以保证箱体的密闭性，以达到实际的技术要求

5、对闸箱的材质进行选取。开始我们选用镀锌钢板作为闸箱的主体材质，后来发现其存在抗腐蚀能力弱、不便于安装、无法进行对水位的观察等问题。经过对各种材质的选择最终选取了高密度工业级PVC作为闸箱的主体材质，具有韧性好能够降低磕碰造成的损坏；防酸碱腐蚀性能好、尤其对海水防腐性能较金属材质优异；耐冷热温差材料稳定性较好。从而保证了其能够长期稳定的使用。

三、研究内容和取得成果

结合结构图对本成果的码头高压电缆防水闸箱结构加以说明。

1、闸箱本体 2、可拆卸的密闭箱体 3、固定支架 4、电缆卷筒

5、装卸设备上的上机高压电缆 6、从海底进线的高压电缆

7、海水 8、密闭箱体内的海水 9、密闭空气 10、高压电缆接头

11、水位检测尺 12、电缆固定支架

本成果的码头高压电缆防水闸箱利用了空气的有限度压缩以及液体的压力定律的原理，利用密闭容器内的气压来阻止海水在容器上升，将海水与电缆接头彻底隔离，从而杜绝了因海水长期浸泡接头而产生的漏电、放炮等现象，提高电缆坑的安全系数。保证了设备的安全。

如图2、3所示，本成果的码头高压电缆防水闸箱结构是，该闸箱包括有闸箱本体1，在所述闸箱本体1的一侧壁上固定有电缆卷筒4，在所述闸箱本体1的底部固定有固定支架3，并开有从海底上来高压电缆的进线孔，电缆卷筒4上缠绕有装卸设备上的机房高压电缆，所述装卸设备上的机房高压电缆和从海底上来高压电缆的接头固定在固定支架3上，在固定支架3上扣置有开口向下的箱体2，箱体2固定在闸箱本体1上，箱体2的开口为600mm。

所述固定支架3距闸箱本体1的底部为200mm，所述箱体2为通过气密试验的箱体。

该码头高压电缆防水闸箱具有良好的密闭性，且拆卸方便，不锈钢箱体2重量适中，可由两人协同拆卸搬运。不锈钢箱体2体积适中，高度不超出原有闸箱本体1的高度，闸箱本体1内在安装好箱体2后的空间能够完全容纳两到三人同时作业。同时，有安全保护措施，避免闸箱内各部件间的干涉以及容易对人体、电缆产生伤害的缝里边角。且固定支架据箱体底部有一定高度。再将开口向下的箱体2扣置在电缆接头上，将箱体2和闸箱本体1固定连接。

1.本成果的码头高压电缆防水闸箱的使用方法：

将变电所引出的高压电缆与机车高压电缆进行高压密封连接，连接头置于闸箱内电缆接头固定支架3的固定平台上，通过固定支架3的固定卡环固定电缆，再将气密的箱体2开口向下罩于固定支架3上，其底角与固定支架3利用四个不锈钢螺栓进行固定连接。

使用本成果的码头高压电缆防水闸箱后，能够彻底解决水位上涨浸泡高压电缆接头的问题。当潮水上涨，甚至淹没闸箱时，箱体内气体压力可防止海水侵入，从而达到对高压电缆接头密封的目的。

2、闸箱的结构：

本成果的码头高压电缆防水闸箱为在原有闸箱内部结构进行改造升级而来，在原有闸箱整体外形结构不改变的前提下，新型闸箱的内部进行了重新设计改动。

该实用新型闸箱内部结构分为密闭箱体2与固定支架3两部分。

把装卸设备上的高壓电缆5与从海底进线的高压电缆6相连接，即高压电缆接头10封装在密闭的箱体2内。使用此种结构的箱体，可以充分保证电缆接头不被海水浸泡，大幅度提高了电缆接头的安全性。

3、人员操作空间

不锈钢箱体2置于闸箱内部，可满足两人同时在闸箱内进行操作。

4、箱体密闭性检查

在箱体内安装一个可以检测、记录水位的水尺记录装置11，以便检测装置的密闭性及箱内曾经到过的最高水位。通过检查此装置可以判断箱体的密闭性，以及防水的有效性，方便易于检查。

本项目自2011年3月开始立项，2011年5月闸箱的技术要求提出完善并要求外协厂家按照技术要求制作闸箱。2011年7月闸箱制作完毕，8月寻找到制作密闭容器的材质并按照技术要求制作密闭容器，9月制作完成，10月份安装在我公司码头。在对码头高压电缆防水闸箱进行安装调试后，对其进行了一年多的技术跟进，经历了严寒及酷热的考验，其间经历了多次天文大潮，其中包括2012年7月底的由台风导致的风暴潮，在闸箱整体淹没的情况下，密闭闸箱内的高压电缆接头没有被海水浸泡，绝缘良好，经受住了考验。

此成果已申请发明专利，申请号：201110391822.3。此前委托国家知识产权局进行了查新，发现目前还没有类似的发明，具有独特的新颖性和创新性。

五 成果市场推广应用前景分析

此项目除节约了维修成本、排除了安全隐患外，对码头生产的连续性也提供了保障。该成果针对天津港码头目前普遍存在每年都会发生的现实问题，对新建码头和老码头的高压闸箱的选型、使用、改造也提供了新的思路。具有很强的实用性，投资少、见效快，易于推广，效果明显，并且能够解决大问题，消除安全隐患，是一个很好的项目。由于其可以在原有闸箱进行改造，且成本较低，投资少，可以产生明显的经济效益及公司形象效益，效果明显，因此具有良好的推广前景。