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主要分布于電氣廠房電纜夾層、核反應堆廠房、核輔助廠房、汽輪機廠房、機械廊道、電氣廊道等，大多數電纜都集中在核輔助廠房主控制室內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、計算機、儀表、測量等。文章主要研究與分析我國核電站電纜的分類、標準及生產面臨的問題，并根據實際情況提出核電站電纜的建設性意見。

關鍵詞：核電站；電纜；分類；標準；試驗

引言

隨著我國國民經濟的快速發展，國家核電發展的方針已經由“適度發展核電”調整為“積極發展核電”。根據我國近期官方發布信息，中國核電中長期發展規劃到2020年核電裝機在運總容量將達到5800萬千瓦，在建總容量約3000萬千瓦。到2030年裝機總容量將會達到1.3億千瓦左右。這意味著每年將有更多的核電機組會投入建設，而一座百萬千瓦級核電機組（兩臺機組）的核電站通常有3000多公里的電纜產量，價值一億多元，這說明，未來很長時間，電纜行業是一個飛速發展的好契機。

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、堆芯應急冷卻、反應堆余熱導出，可以防止放射性物質向周圍環境排放等功能的電纜。

根據反應堆廠房和核輔助廠房兩個運行環境的具體條件，確定電纜的結構設計和制定性能指標。按電纜運行及使用環境分類，1E級回路用電纜細分為：可以安裝在安全殼以內的K1類電纜。即在核電站正常運行、事故工況或事故后工況的相應環境條件下以及在地震載荷下均能執行其功能的電纜；可以安裝在安全殼以內的K2類電纜。即在正常運行工況的相應條件下以及在地震載荷下均能執行其功能的電纜?？梢园惭b在安全殼以外的K3類電纜。即在正常運行工況的相應環境條件下以及在地震載荷下能保證執行其功能的電纜。

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、計算機電纜、通信電纜、儀表電纜、補償電纜等。

在實際工程應用中，核電站電纜各類及數量繁多，電纜選擇、使用時可以以高代低，但不可以以低代高，必須遵循核電站系統安全功能要求。

2 核電站電纜標準

國際上核電站用電纜相關標準及規范有：法國的《核島電氣設備設計和建造規則（RCC-E規范）》和美國的《核電站用1E級電纜和現場連接的質量鑒定（IEEE383-2003）》，《核電站-安全系統的電氣設備-質量鑒定（IEC60780）》等。但是目前我國核電站電纜尚未制定統一的行業和國家標準，基本上是由各生產企業、行業按各自制定的企業行業標準進行生產和交貨，但實際情況并不能達到核電廠生產運行要求。因此通常在國際上核電站電纜規范要求是在常規電廠用電纜的基礎上賦予了安全要求而形成。

我國各電纜廠的企業標準不全相同，核電設計單位對電纜技術要求也不完全統一，從產品的安全性、可靠性和強制性的觀點來考慮，1E級電纜標準可由多方面聯合起草制定。核電站電纜生產全面國產化是必然趨勢，但對1E級電纜，必須想考慮從全面和綜合的觀點來設計和制造優質低價的電纜。

有關核電站設計部門，要求提高1E級K3類電纜性能指標，以滿足核電站更長時間的可靠運行。核電設計部門還提出電纜耐輻射劑量、一次傳輸參數以及耐油等性能等要求，這些要求也有待電纜制造廠考慮，當然不能理解為一個型號的產品具有萬能的適應要求，而是采取不同型號產品來規定適用場合。

面對我國進入大規模的核電站建設和核電站用電纜國產化進程的要求，加強電纜生產制造廠、建設單位、核電設計院和研究所的廣泛協作，聯合制訂定核電站電纜標準要求，已成為迫在眉睫和尤為重要的課題。核電站電纜標準的制定和統一，將有利于對電纜材料、結構、工藝和試驗深入探討、驗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準的制訂。

3 我國核電站電纜生產面臨的問題

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

以下三種方法可以防止護套開裂：使用交聯型護套，但會增加原材料成本和加工成本。對護套有三種交聯方法，其一為只適用于小直徑電纜的輻照交聯；其二為工藝設備復雜，在通過蒸汽管道時，有可能會造成絕緣變形的化學交聯；其三為不會產生缺陷，但工藝加工時間較長的硅烷交聯。使用高性能熱塑型護套材料。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。使用優質阻燃無鹵熱塑型護套材料。目前國內外這種材料已有較好的產品，不含有任何對環境有害的物質，擠出護套表面平整，無焦粒子。

此外，采用合適的擠出工藝，同樣也能避免護套開裂。核級K1類電纜，需要做耐輻射試驗。參照美國的熱老化試驗時間，大約需滿足138℃ 300小時，相當于可滿足使用40年時間；完成老化試驗后，使用鈷源進行γ射線輻照試驗，參考美國對緩和環境電纜的吸收劑量要求，要達到7×105Gy，嚴酷環境須達到15×105Gy。

4 結束語

目前，隨著我國經濟水平及科技水平的提高，電纜材料水平及工藝技術水平的均有所提高。我國即將進入核電站建設高速發展時期，核電站電纜的全面國產化是大勢所趨，電纜生產企業正面對一個具有巨大吸引力的核電站用電線電纜的市場，國內外電線電纜企業都在關注核電站用電纜的研究和開發工作。全面開發核電站用電纜，系列開發IE級電纜并實現國產化是當前我國電纜行業的重要任務。

參考文獻

[1]GB/T22577-2008.核電站用1E級電纜通用要求[S].2008-12-15發布.

[2]GB/T2951.1-1997.電纜絕緣和護套材料通用試驗方法[S].

[3]RCCE-E.核島電氣設計和建造規則[S].