我國核電站電纜研究與分析

羅澤勇

摘 要：我國核電站的電纜系統(tǒng)主要分布于電氣廠房電纜夾層、核反應(yīng)堆廠房、核輔助廠房、汽輪機(jī)廠房、機(jī)械廊道、電氣廊道等，大多數(shù)電纜都集中在核輔助廠房主控制室內(nèi)的控制配線架和電氣廠房的電氣配電盤和DCS盤柜的配線架上，用于電力傳輸、控制、計(jì)算機(jī)、儀表、測量等。文章主要研究與分析我國核電站電纜的分類、標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)面臨的問題，并根據(jù)實(shí)際情況提出核電站電纜的建設(shè)性意見。

關(guān)鍵詞：核電站；電纜；分類；標(biāo)準(zhǔn)；試驗(yàn)

引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家核電發(fā)展的方針已經(jīng)由“適度發(fā)展核電”調(diào)整為“積極發(fā)展核電”。根據(jù)我國近期官方發(fā)布信息，中國核電中長期發(fā)展規(guī)劃到2020年核電裝機(jī)在運(yùn)總?cè)萘繉⑦_(dá)到5800萬千瓦，在建總?cè)萘考s3000萬千瓦。到2030年裝機(jī)總?cè)萘繉?huì)達(dá)到1.3億千瓦左右。這意味著每年將有更多的核電機(jī)組會(huì)投入建設(shè)，而一座百萬千瓦級核電機(jī)組（兩臺機(jī)組）的核電站通常有3000多公里的電纜產(chǎn)量，價(jià)值一億多元，這說明，未來很長時(shí)間，電纜行業(yè)是一個(gè)飛速發(fā)展的好契機(jī)。

1 我國核電站電纜分類

按照我國電纜在核電站中使用對核電站安全級別來分，可分為非核級和核級。非核級電纜一般指常規(guī)性電纜或無級類（NC類）電纜。核級電纜是指1E級電纜，即是指完成安全殼隔離、堆芯應(yīng)急冷卻、反應(yīng)堆余熱導(dǎo)出，可以防止放射性物質(zhì)向周圍環(huán)境排放等功能的電纜。

根據(jù)反應(yīng)堆廠房和核輔助廠房兩個(gè)運(yùn)行環(huán)境的具體條件，確定電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制定性能指標(biāo)。按電纜運(yùn)行及使用環(huán)境分類，1E級回路用電纜細(xì)分為：可以安裝在安全殼以內(nèi)的K1類電纜。即在核電站正常運(yùn)行、事故工況或事故后工況的相應(yīng)環(huán)境條件下以及在地震載荷下均能執(zhí)行其功能的電纜；可以安裝在安全殼以內(nèi)的K2類電纜。即在正常運(yùn)行工況的相應(yīng)條件下以及在地震載荷下均能執(zhí)行其功能的電纜。可以安裝在安全殼以外的K3類電纜。即在正常運(yùn)行工況的相應(yīng)環(huán)境條件下以及在地震載荷下能保證執(zhí)行其功能的電纜。

按核電站1E級電纜用途分類，包括10kV及以下低壓電纜、電力電纜；額定電壓0.6至1kV的控制電纜；額定電壓0.3至0.5V及以下的電線、計(jì)算機(jī)電纜、通信電纜、儀表電纜、補(bǔ)償電纜等。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，核電站電纜各類及數(shù)量繁多，電纜選擇、使用時(shí)可以以高代低，但不可以以低代高，必須遵循核電站系統(tǒng)安全功能要求。

2 核電站電纜標(biāo)準(zhǔn)

國際上核電站用電纜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范有：法國的《核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則（RCC-E規(guī)范）》和美國的《核電站用1E級電纜和現(xiàn)場連接的質(zhì)量鑒定（IEEE383-2003）》，《核電站-安全系統(tǒng)的電氣設(shè)備-質(zhì)量鑒定（IEC60780）》等。但是目前我國核電站電纜尚未制定統(tǒng)一的行業(yè)和國家標(biāo)準(zhǔn)，基本上是由各生產(chǎn)企業(yè)、行業(yè)按各自制定的企業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)和交貨，但實(shí)際情況并不能達(dá)到核電廠生產(chǎn)運(yùn)行要求。因此通常在國際上核電站電纜規(guī)范要求是在常規(guī)電廠用電纜的基礎(chǔ)上賦予了安全要求而形成。

我國各電纜廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不全相同，核電設(shè)計(jì)單位對電纜技術(shù)要求也不完全統(tǒng)一，從產(chǎn)品的安全性、可靠性和強(qiáng)制性的觀點(diǎn)來考慮，1E級電纜標(biāo)準(zhǔn)可由多方面聯(lián)合起草制定。核電站電纜生產(chǎn)全面國產(chǎn)化是必然趨勢，但對1E級電纜，必須想考慮從全面和綜合的觀點(diǎn)來設(shè)計(jì)和制造優(yōu)質(zhì)低價(jià)的電纜。

有關(guān)核電站設(shè)計(jì)部門，要求提高1E級K3類電纜性能指標(biāo)，以滿足核電站更長時(shí)間的可靠運(yùn)行。核電設(shè)計(jì)部門還提出電纜耐輻射劑量、一次傳輸參數(shù)以及耐油等性能等要求，這些要求也有待電纜制造廠考慮，當(dāng)然不能理解為一個(gè)型號的產(chǎn)品具有萬能的適應(yīng)要求，而是采取不同型號產(chǎn)品來規(guī)定適用場合。

面對我國進(jìn)入大規(guī)模的核電站建設(shè)和核電站用電纜國產(chǎn)化進(jìn)程的要求，加強(qiáng)電纜生產(chǎn)制造廠、建設(shè)單位、核電設(shè)計(jì)院和研究所的廣泛協(xié)作，聯(lián)合制訂定核電站電纜標(biāo)準(zhǔn)要求，已成為迫在眉睫和尤為重要的課題。核電站電纜標(biāo)準(zhǔn)的制定和統(tǒng)一，將有利于對電纜材料、結(jié)構(gòu)、工藝和試驗(yàn)深入探討、驗(yàn)證以及開展更多的研究工作，甚至有利于完善我國自主的核電站電纜標(biāo)準(zhǔn)的制訂。

3 我國核電站電纜生產(chǎn)面臨的問題

（1）核電站電纜使用的時(shí)效性。核級電纜運(yùn)行壽命一般要求為40年及以上，現(xiàn)在又傾向提高到60年及以上。對于一種新材料在未取得實(shí)際40或60年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)前，可以使用加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算出材料運(yùn)行壽命。我國對所有核級K3類電纜要求通過熱壽命評定試驗(yàn)，其評定值在40年至60年之間。（2）核電站電纜的技術(shù)要求需通過B類成束燃燒試驗(yàn)、絕緣和護(hù)套燃燒時(shí)酸性氣體逸出量及其水溶液pH值和電導(dǎo)率符合無鹵低煙的規(guī)定等。（3）護(hù)套開裂問題，至今也沒有可靠的檢驗(yàn)方法。從以往的電纜護(hù)套開裂的調(diào)研和取樣試驗(yàn)分析，開裂原因其一是原材料檢驗(yàn)合格但性能水平不高；其二是護(hù)套經(jīng)過冷熱溫度周期變化后出現(xiàn)開裂，其材料不能滿足擠出工藝要求。

以下三種方法可以防止護(hù)套開裂：使用交聯(lián)型護(hù)套，但會(huì)增加原材料成本和加工成本。對護(hù)套有三種交聯(lián)方法，其一為只適用于小直徑電纜的輻照交聯(lián)；其二為工藝設(shè)備復(fù)雜，在通過蒸汽管道時(shí)，有可能會(huì)造成絕緣變形的化學(xué)交聯(lián)；其三為不會(huì)產(chǎn)生缺陷，但工藝加工時(shí)間較長的硅烷交聯(lián)。使用高性能熱塑型護(hù)套材料。材料需滿足阻燃要求，且其原始斷裂伸長率E≥250%，并能在低溫條件下保持一定的斷裂伸長率。使用優(yōu)質(zhì)阻燃無鹵熱塑型護(hù)套材料。目前國內(nèi)外這種材料已有較好的產(chǎn)品，不含有任何對環(huán)境有害的物質(zhì)，擠出護(hù)套表面平整，無焦粒子。

此外，采用合適的擠出工藝，同樣也能避免護(hù)套開裂。核級K1類電纜，需要做耐輻射試驗(yàn)。參照美國的熱老化試驗(yàn)時(shí)間，大約需滿足138℃ 300小時(shí)，相當(dāng)于可滿足使用40年時(shí)間；完成老化試驗(yàn)后，使用鈷源進(jìn)行γ射線輻照試驗(yàn)，參考美國對緩和環(huán)境電纜的吸收劑量要求，要達(dá)到7×105Gy，嚴(yán)酷環(huán)境須達(dá)到15×105Gy。

4 結(jié)束語

目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平及科技水平的提高，電纜材料水平及工藝技術(shù)水平的均有所提高。我國即將進(jìn)入核電站建設(shè)高速發(fā)展時(shí)期，核電站電纜的全面國產(chǎn)化是大勢所趨，電纜生產(chǎn)企業(yè)正面對一個(gè)具有巨大吸引力的核電站用電線電纜的市場，國內(nèi)外電線電纜企業(yè)都在關(guān)注核電站用電纜的研究和開發(fā)工作。全面開發(fā)核電站用電纜，系列開發(fā)IE級電纜并實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化是當(dāng)前我國電纜行業(yè)的重要任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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