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核电站用电缆标准学术

核电站建设的审批权在我国高度集中,我国经济发达、电力负荷集中的沿海地区,核电站将成为电力结构的重要支柱。近日国务院就进一步建设我国核电站作出决策,批准了浙江三门、广东岭澳扩建项目;此外,广东阳江核电项目和浙江秦山二期扩建项目正在报审过程中。

  截止2004年7月,我国共有9台核电机组投入运行。东部沿海其他省份还有几个核电厂址,目前正在开展前期工作。预计到2020年以前,将新建27个百万千瓦级的核电机组。也就是说,今后16年中,新增核发电装机容量将达3000万千瓦,每年将有二到三个核电机组开工建设。到2020年核电在总发电容量中的比重将从目前1.8%上升到4% 。

  由于当前核电站的运转需要大量水源,所以规划核电站主要布局是考虑东南沿海省份。关于核电建设的投资问题,国外经济专家认为要完成这样大规模的核电工程建设,按保守的估计,投资也在400亿美元以上。中国核工业集团公司,希望新建核电站的平均国产化率能够达到60%,这样估计有240亿美元(约2000亿人民币)的货物可能国产化。从我国电线电缆行业分析,在目前电缆制造技术水平上,再进一步改进设备和产品开发,电线电缆的国产化率可达到95% 以上。

 

三、目前核电站用电缆基本情况
  常规电厂用电缆,无论是电力、控制、仪表、数字和热偶电缆,国内制造技术已经成熟,生产能力富裕。但核电厂的非常规发电区域用电缆,仍有一些问题需要解决。进一步提高现有的1E级K3类电缆质量和品种开发,同时1E级K1类电缆及其试验基地的建设,也是当前应考虑的任务。既然核电站发展是当务之急,那么核电站用电缆的标准问题也必然会提上日程上。

  我国核电站设计受法国、美国和俄罗斯三方面的影响,因此核电设计部门对电缆技术要求并不完全统一,从而各电缆厂的企业标准也不尽相同,从安全性、可靠性和强制性的观点来看,1E级电缆标准是否可由多方面联合起草,并制定为国家标准,这个问题比较复杂,需要多方面进行协调。

  国内1E级电缆是这样定义的:指完成反应堆紧急停堆;安全壳隔离、堆芯应急冷却、反应堆余热导出、反应堆安全壳的热导出;防止放射性物质向周围环境排放等功能的电气系统设备的安全级。K3 类电缆是指在安全壳外处,在正常情况和地震荷载下能执行其规定功能的电缆。按此定义要求作为强制性国家标准也并不过分,并且标准制定的准备工作和具体操作宜快而不宜怠。

  从用途来说,核电用电缆品种与一般火力发电厂基本相同,但其材料组成和试验项目则有较大的差异。主要品种有1 kV及以下电力电缆控制电缆、仪器仪表电缆、热偶补偿电缆以及6/10kV等级电力电缆。当前国内的绝缘以交联聚烯烃为主,护套以热塑性聚烯烃为主,今后可能需要增加乙丙橡胶绝缘和交联聚烯烃护套品种的应用比重。1E 级 K1 类电缆,需要经受辐射试验,大概情况如下:

  (1)热老化试验,美国为 138℃ 300小时,相当于使用 40 年。
  (2)辐照试验,老化试验后用钴源进行γ射线辐照试验,美国对缓和环境电缆的吸收剂量规定为 7×105 Gy ,对严酷环境为15×105 Gy 。
  (3)模拟 LOCA-HELB 试验,电缆放在容器内以规定的温度、蒸汽压力和时间进行循环试验,同时喷射化学溶液,常采用含 1.5% 硼酸溶液,并在室温下用氢氧化钠调节其 pH 值至 10.5 作为溶液。喷射流量对水平投影面为34.2 i/min m2。
  (4)浸水耐电压试验,在γ辐照试验后,对缓和环境电缆,卷绕在20 倍电缆外径在金属圆柱体上,对严酷环境电缆则为 40 倍径,然后浸入室温水中,以 3.15 MV/m 梯度施加电压,5分钟不击穿为合格。以上仅是核电站用电缆试验的概略说明,实际试验还有许多具体细则。

四、当前各电缆厂贯彻企业标准中的问题

  企业标准由工厂自行制订,由地方行政管理,按理说在贯彻上不存在问题,但实际情况并不完善。以下仅对二问题来说明:

  (1)我国对所有1E级K3类电缆要求通过热寿命评定试验,评定结果应不低于40 年,争取60年。在这项试验中,首先是设计部门对烘箱要求不同,有的同意采用GB/T 2951(等同IEC 60811)规定的烘箱,有的则要求采用UL标准规定的烘箱,不同烘箱的试验结构当然由差异。其次是试验样品的置备问题,采用专门置备样品的试验结果比较稳定,相反从成品上直接取样,试验结果并不乐观。寿命评定需要进一步理性地分析和处理。

  (2)低压电缆的绝缘线芯要求通过单根垂直燃烧试验,对于小规格低压电缆绝缘线芯事实上较难通过这项试验。从本质上说,这项试验是必要的,因为电缆进入控制柜内部后,所有绝缘线芯暴露在控制柜内部空间,倘若在较高温度下,绝缘有较多可燃气体释放,可燃气体积聚到一定浓度后可能爆炸。假如进一步分析这项试验的真实意义,那么目前所采用的单根燃烧试验方法,其适应性是否应进一步考证,有待研讨,对材料的改进和试验方法合理性协调,估计问题会满意解决。

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