核電站用電纜的主要特點(diǎn)

近年來自然資源逐步減少、枯竭，而整個(gè)世界生產(chǎn)、生活用電量的需求急劇上升，對比水電、火電、油電及天然氣、煤氣等傳統(tǒng)發(fā)電方式，核電作為安全、清潔、經(jīng)濟(jì)、可靠的電資源開始受到更多重視并獲得大力發(fā)展的機(jī)會。

一、核電事業(yè)的發(fā)展

核電具有再生能力強(qiáng)、發(fā)電能量大的特點(diǎn)，因此成為許多發(fā)達(dá)國家的重點(diǎn)投資項(xiàng)目。據(jù)核能研究所提供的數(shù)據(jù)顯示:每兆瓦核電可供應(yīng)740戶家庭用電一年。

世界各國爭相發(fā)展核電事業(yè)，目前，全球共有核電站441個(gè)，其中美國104個(gè)，法國59個(gè)，日本54個(gè)，俄羅斯31個(gè)，英國23個(gè)，韓國20個(gè)，德國18個(gè)，加拿大17個(gè)，烏克蘭15個(gè)，印度14個(gè)。國際上核電裝機(jī)平均水平為16%，特別法、美、俄、日等國核電事業(yè)發(fā)展較早，核電裝機(jī)容量已經(jīng)能占全國裝機(jī)總?cè)萘康?0%以上，我國還有非常大的差距，目前只建成四個(gè)核電站[浙江秦山(共三期)，廣東嶺澳、大亞灣，江蘇田灣];在建或擬建項(xiàng)目很多:廣東臺山核電站、陽江核電站，深圳嶺東核電站，浙江臺州三門核電站、湖南華容縣的小墨山核電站、遼寧紅沿河核電站、湖北大畈核電站及山東海陽核電站等等。中國的核電事業(yè)發(fā)展才算是剛剛起步的階段。

國務(wù)院剛剛審議通過的《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》預(yù)計(jì)，到2020年，我國的核電裝機(jī)容量將從現(xiàn)在的870萬千瓦達(dá)到4000萬千瓦。核電在全國發(fā)電總裝機(jī)容量中的比例要占到4%，占總發(fā)電量的6%。4000萬千瓦的容量意味著還需要新開工建設(shè)30臺左右的百萬千瓦級核電機(jī)組，核電建設(shè)將在這15年的時(shí)間里翻一番，考慮核電站建設(shè)周期為5年，也就是說每年要開工建設(shè)3臺百萬千瓦級核電機(jī)組。目前，我國的核電站主導(dǎo)堆型為壓水堆為主的熱堆(第二代)，按現(xiàn)有核電站堆型估算:每建設(shè)百萬千瓦裝機(jī)容量需要電纜約2600公里，價(jià)值大約1.2～1.5億元。按我國核電發(fā)展最新規(guī)劃估算，預(yù)計(jì)2004～2015年期間將需電纜總量78000公里以上。

二、核電站電纜

核電站電纜主要應(yīng)用于核反應(yīng)堆廠房、核輔助廠房和汽輪機(jī)廠房，電纜敷設(shè)方式一般采用管道或線槽敷設(shè)，要求電纜具有可靠的使用壽命、熱穩(wěn)定性、防潮性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗輻射性能。為保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高可靠性，避免設(shè)備損壞導(dǎo)致嚴(yán)重后果，通常采用重復(fù)的多路獨(dú)立線路系統(tǒng)和裝置，通常電力電纜采用兩套獨(dú)立線路系統(tǒng)，控制電纜采用三套獨(dú)立線路系統(tǒng)。

核電站用1E級電纜按核電站電氣系統(tǒng)設(shè)備的安全類別分為三類:K1、K2、K3。

1E級是指核電站電氣設(shè)備的安全分級中的安全級。該級別電氣設(shè)備能執(zhí)行或支持反應(yīng)性控制、余熱排除和放射性物質(zhì)包容三項(xiàng)基本安全功能以及防止和緩解事故，也即是指完成反應(yīng)堆緊急停堆，安全殼隔離、堆芯應(yīng)急冷卻、反應(yīng)堆余熱導(dǎo)出、反應(yīng)堆安全殼的熱導(dǎo)出;防止放射性物質(zhì)向周圍環(huán)境排放等功能的電氣系統(tǒng)設(shè)備的安全級。

K1類電纜是指安裝在核反應(yīng)堆安全殼以內(nèi)，在正常環(huán)境條件下和在安全停堆地震荷載下以及在事故期間或事故之后仍能執(zhí)行其規(guī)定功能的電纜。

K2類電纜是指安裝在核反應(yīng)堆安全殼以內(nèi)，在正常環(huán)境條件下和在安全停堆地震荷載下仍能執(zhí)行其規(guī)定功能的電纜。

K3類電纜是指安裝在核反應(yīng)堆安全殼以外，在正常環(huán)境條件下和在安全停堆地震荷載下仍能執(zhí)行其規(guī)定功能的電纜。

目前核電站需求量最大的電纜類別是1E級K3類核級電纜——主要是指安裝、敷設(shè)在核電站安全殼外，在正常條件和地震荷載下能滿足執(zhí)行或支持反應(yīng)性控制、余熱排除和放射性物質(zhì)包容三項(xiàng)基本安全功能以及能防止和緩解事故、具有低煙、無鹵、低毒、耐腐蝕、抗地震、電氣性能優(yōu)異以及使用壽命超過40年等特點(diǎn)的電纜。

從用途上看，可分為1E級K3類0.6/1kV及以下核級電力電纜、1E級K3類0.6/1kV及以下核級控制電纜、1E級K3類300/500V核級儀表電纜、1E級K3類300/500V核級補(bǔ)償電纜、1E級K3類核級同軸電纜以及1E級K3類核級通信電纜6大類別，適用于敷設(shè)于核電安全殼外的滿足1E級安全要求的供電系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、集散系統(tǒng)、自動(dòng)化儀表檢測系統(tǒng)、溫度控制、監(jiān)控系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)以及聲力電話、對講電話等通訊系統(tǒng)的使用。

三、核電站設(shè)計(jì)建造規(guī)范

目前，世界核電站設(shè)計(jì)建造主要有美國和法國兩大規(guī)范體系:ASME標(biāo)準(zhǔn)和RCC規(guī)則。我國核電站設(shè)計(jì)主要受俄、法、美三方面的影響，而各國核電站實(shí)際工況條件不一致，對電纜的技術(shù)要求也不完全統(tǒng)一，因此，我國各個(gè)核電設(shè)計(jì)部門對電纜技術(shù)要求并不完全統(tǒng)一，甚至相關(guān)設(shè)計(jì)院在某些技術(shù)條款上還有很大分歧，從而導(dǎo)致對核電纜的技術(shù)要求反映到各個(gè)電纜廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上也不盡相同。

四、核電纜的特殊性能

以下簡述一下核電纜應(yīng)具備的一些特殊性能、要求。

第一，核電纜都具有低煙、無鹵、低毒、阻燃等性能特點(diǎn)，采用的所有組成材料均要求也相應(yīng)能滿足低煙、無鹵、低毒、阻燃等性能指標(biāo)的要求;并且一般還有耐輻照的性能要求，要求能通過一定條件規(guī)定的熱老化、耐輻照試驗(yàn)，因此，一定要采用耐輻照的電纜材料制造電纜。

第二，核級電纜的規(guī)范要求20℃絕緣電阻常數(shù)不小于3670MΩ/m，同時(shí)又要求單根絕緣的垂直燃燒的性能指標(biāo)滿足GB/T18380.1-2001《電纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn)第1部分:單根絕緣電線或電纜的垂直燃燒試驗(yàn)方法》(idt IEC60332-1:1993)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，這對于低煙無鹵阻燃絕緣材料來說有較大的難度。大家知道:已知材料體積電阻率(ρ)求出絕緣電阻常數(shù)(k)的計(jì)算公式為:

k=0.367ρ/10-11(MΩ/km )

那么，要使絕緣電阻常數(shù)(k)達(dá)到3670MΩ/km的指標(biāo)，材料體積電阻率(ρ)應(yīng)不得小于1015Ω/cm。這對于含有大量無機(jī)阻燃填充、能通過單根絕緣的垂直燃燒試驗(yàn)的低煙無鹵阻燃絕緣材料要求苛刻。所以，為更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，在滿足絕緣的阻燃性能的前提下，電纜絕緣生產(chǎn)一般采用雙層結(jié)構(gòu)進(jìn)行，確保電纜絕緣具有較好電氣性能的同時(shí)也能具有很好的阻燃性能。

第三，電纜屏蔽一般采用復(fù)合屏蔽方式。普通電纜屏蔽一般采用單一屏蔽方式，如鋁塑復(fù)合帶繞包、銅塑復(fù)合帶繞包、編織屏蔽等。其中，編織屏蔽的時(shí)候，屏蔽密度一般要求為80%。那么，采用復(fù)合屏蔽方式可以在不增加電纜外徑的前提下，達(dá)到100%的屏蔽密度，屏蔽效果更好，從而保障電纜具有更好的抗干擾性;并且，采用屏蔽材料的抗鹽腐蝕性能好，可更好地適應(yīng)核電站的沿海氣候。

第四，電纜的成束耐燃性能要求達(dá)到B類或更高的A類的要求，那么，電纜選用的絕緣、護(hù)套以及填充物等的阻燃性能一定要好，要采用高阻燃性材料，不能采用普通填充。

第五，電纜的彎曲半徑要求更嚴(yán)格。所以，要嚴(yán)格選用相關(guān)電纜組成材料，并且在制造時(shí)要嚴(yán)格控制制造工藝，以滿足要求。

綜上所述，核電纜的性能指標(biāo)、質(zhì)量水平、制造技術(shù)和驗(yàn)收規(guī)則均比一般電纜要高很多。

而發(fā)展核電事業(yè)是我國的大勢所趨，那么，核電纜作為核電站主要配套產(chǎn)品之一必然也要跟上國家核電事業(yè)發(fā)展的步伐。所以，掌握好核電站用電纜的技術(shù)特點(diǎn)是每一個(gè)生產(chǎn)和使用單位所必須具備的技能。

(作者單位:江蘇省無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院)