核電廠電纜霉變老化問題分析

瞿虎威 陳超

中國核電工程有限公司 北京 100840

電纜是構成核電廠儀表和控制系統(tǒng)的重要部件，與核電廠的安全運行密切有關。一座核電廠包含成千上萬米的電纜和導線，包括：儀表和控制電纜、低壓電力電纜、中壓電力電纜、一般功能電纜。一般的電纜老化原因主要由熱應力、輻射應力所造成，由化學應力造成的老化案例主要集中在特定的環(huán)境條件。

電纜表面霉變后，首先會影響產(chǎn)品外觀，使不同顏色的電纜表面產(chǎn)生變色；另外還可能會降低絕緣材料的介電強度，影響絕緣電阻和體積電阻率，甚至發(fā)生電擊穿，導致核電廠安全事故的發(fā)生。

為了避免核電廠電纜（尤其是核級電纜）由于霉變引起不可預測的安全事故發(fā)生，本文將通過分析電纜霉變的機理，梳理核級電纜的設計技術要求，提出幾個核電廠電纜霉變老化問題解決方案，并進行分析討論。

1 電纜的霉變機理

電纜發(fā)生霉變現(xiàn)象，其原因有兩個方面：一個是內(nèi)在的原因，主要是電纜護套材料含有霉菌所需的養(yǎng)分，有利于霉菌的生長；另一個是外界環(huán)境的原因，根據(jù)有關微生物霉菌繁殖相關的研究成果[1]，可知：適合霉菌生長的相對濕度為80%-90%，而當相對濕度超過95%時，是霉菌生長最為旺盛的條件；適合霉菌生長的溫度是15℃-35℃，而最適宜的溫度是25℃-30℃，當溫度低于0℃或高于40℃時，霉菌將停止生長；空氣流動速度快可抑制霉菌的繁殖和生長，而在空氣流動慢的地區(qū)，霉菌生長很快；另外，如果電纜與易生長霉菌的材料接觸后，霉菌亦容易蔓延到電纜表面。

有文獻報道浙江海鹽地區(qū)某核電廠內(nèi)電纜出現(xiàn)長霉的狀態(tài)[2]，霉菌為白色，長度在0.5cm-1cm之間，附著在各種類型的電纜護套表面。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電纜表面的主要霉菌種類共有7種，分別是黃曲霉、土曲霉、黑曲霉、桔青霉、繩狀青霉、短柄帚霉和總狀毛霉，均為常見污染菌。電纜配方中的添加劑，如碳酸鈣、炭黑、石蠟或脂肪酸類等通常有助于霉菌生長。目前最常用的無鹵低煙阻燃護套材料，其中填充大量氫氧化物和一定量的硬脂酸，表面長霉的可能性是存在的。

2 主要設計技術要求

對于控制電纜，其設計應遵守RCC-E、IEC標準、AFNOR標準和中國國家標準。目前發(fā)現(xiàn)的控制電纜產(chǎn)生霉變的主要位于反應堆廠房外，而反應堆廠房外控制電纜的環(huán)境應滿足：

2.1 氣候

-- 環(huán)境溫度：極限值 0℃ -+55℃

-- 大氣壓力 960mbar-1060mbar

-- 由于熱輻射和熱傳導的溫升 15K

-- 最大相對濕度 100%

2.2 大氣中的污染物

-- 鹽分 含鹽空氣

-- 水 水噴淋

-- 灰塵 存在

2.3 機械應力

-- 最大空氣速度 10m/s

--振動：

i.在截止頻率時的振幅（峰值）0-75μm

ii.頻率10Hz-2000Hz

iii.加速度0.2g

由于電纜的霉變主要發(fā)生在外護套上，控制電纜外護套的設計技術要求：

（1）電纜組件應用交聯(lián)、阻燃、無鹵的材料制成灰色的外護套。

（2）用作電纜護套的阻燃、無鹵材料機械性能應符合以下數(shù)值：

--供貨狀態(tài)的抗張強度≥9Mpa，斷裂伸長率≥120%；

--交聯(lián)材料在120±2℃烘箱中老化240小時，熱塑材料在110±2℃下老化240小時后：抗張強度的變化≤±25%，斷裂伸長率的變化≤±25%。

（3）外護套應耐水、二氧化物和三氧化物、臭氧、油或油脂、輕質(zhì)燃油的腐蝕。

3 霉變老化問題解決方案及分析

上述章節(jié)分析了電纜產(chǎn)生霉變的機理，并且以控制電纜為例闡述了電纜的設計技術要求，但要想解決電纜在核電廠運行過程中產(chǎn)生霉變的問題，需要最終給出一套合理、可靠、經(jīng)濟地解決方案。

結(jié)合電纜產(chǎn)生霉變的機理、電纜的設計技術要求、以及核電廠的運行要求，可以得到以下備選的4種解決問題的方案：

3.1 整體更換電纜

整體更換已發(fā)霉的電纜，用更為耐霉菌電纜替代原有的電纜，一次性地徹底解決電纜霉變問題；優(yōu)勢是從電纜本身著手，能根本性地徹底解決電纜霉變問題，劣勢是改造成本大、項目施工周期長，且影響核電廠的運行和大修，可行性很低。

3.2 通風系統(tǒng)改造

對發(fā)生電纜霉變的廠房或構筑物進行通風系統(tǒng)改造，改變電纜所處的環(huán)境條件，包括溫度、濕度、空氣流動速度等；優(yōu)勢從環(huán)境著手，優(yōu)化電纜的服役環(huán)境，能長期地避免電纜再次發(fā)生霉變，劣勢是改造成本較大、通風系統(tǒng)改造方案復雜，影響核電廠的大修計劃。有一定地可行性，需綜合考慮核電廠業(yè)主的需求，并需充分考慮核電廠運行、大修期間的計劃安排。

3.3 噴灑防霉藥劑

對已發(fā)霉的電纜用機械或化學的方法進行表面污物清除處理后，對處理后的電纜表面噴灑防霉藥劑；優(yōu)勢是成本低、實施方便，劣勢是僅能短期地防止霉變現(xiàn)象的產(chǎn)生，后期需大量、頻繁地進行人工處理和施工；需進行一定時間的現(xiàn)場試驗驗證后方可進行整體實施。可行性較低，需綜合考慮核電廠業(yè)主的需求，可作為部分備用方案。

3.4 噴涂防霉涂層

對已發(fā)霉的電纜用機械或化學的方法進行表面污物清除處理后，對處理后的電纜表面噴涂防霉涂層。優(yōu)勢是成本低、實施方便、可長期地解決電纜霉變問題，劣勢是需進行一定時間的現(xiàn)場試驗驗證后方可進行整體實施。可行性較高，需綜合考慮核電廠業(yè)主的需求[3]。

4 結(jié)語

綜合考慮經(jīng)濟性、可實施性等各方面因素，采用噴涂防霉涂層的方案較為可靠，但是也需要進行一定的現(xiàn)場驗證后方可進一步推廣。