核电站用电缆简析(精品)

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1、核电站用电缆简析一，前言现代电力工业的发展状况是一个国家是否发达的重要标志之一，而核电技术的发展程度则在一定意义上反映了该国高新技术水平的高低。核电作为一种新能源，在上世纪60年代异军突起，70年代突飞猛进，到了80年代，由于工业发达国家的节能技术迅速发展，电力需求有所减少，核电应用迅速下降。此时，核能利用在很多西欧国家遭到环保者和“绿党”的强烈反对，世界核能发展进入低谷。进入新世纪，能源的紧张和资源稀缺的显现，加之人们越来越担心火力发电带来的地球温室效应对环境的负面影响，而开始看重核能干净、便宜的一面。同时核电技术的进步也大大降低了核电站的危险性，使得核电站再次受到人们的青睐。欧盟决策咨询机

2、构联合研究所主席罗兰申克尔在欧洲科学论坛上指出，核能将是未来几十年内替代化石燃料、满足全球能源需求的最好选择。核电之所以能成为重要的能源支柱之一，是由它的安全性、运行稳定、寿期长和对环境的影响小等优点所决定的。大部分核电发达国家的核能发电比常规能源发电更为经济。核电在我国同样具有较强的潜在经济竞争力，核电站向环境释放的温室气体，只是同等规模煤电厂的百分之一。据国际原子能署称，到2004年底，全世界已有440座核电站投入运营，另有26座正在建造之中，还有100多座正在设计之中。其中，中国和印度等发展中国家正致力于建造更多的核电站，而美国的104座核电站，正为全美提供全国总需求的20%电力。目前世

3、界上有33个国家和地区有核电厂发电，核发电量占世界总发电量的17，其中有十几个国国家和地区核电发电量超过各种的总发电量的四分之一，有的国家超过70。据资料估计，到2005年核电厂装机容量将达到388567兆瓦。我国自1971年建成第一艘核潜艇以后，立即转入了对核电站的研究和设计。经过几十年的努力，我国迄今已经建成核电机组8套，还有3套正在建设之中，到2005年全部建成，我国的核电装机容量达到870万千瓦。从我国的第一套核电机组秦山30万千瓦核电机组并网发电以来，到目前为止，我国核发电总量已超过1500亿千瓦时。 国家发改委分管电力和能源的副主任张国宝说，2020年我国核电装机容量要达到4000

4、万千瓦，届时核电占全部电力装机量的比例就将达到44.2%。按照这个计划，在未来的15年中，必须要建设大约32个百万千瓦的机组。因此，我国对核电技术的引进、开发一直在加紧进行。张国宝透露，中国除了在国际上招标引进第三代核电技术外，成熟的第二代核电技术仍将广泛用于核电站建设中。第一代核电站是指核电由军用转为民用时的技术，第一代核电站是上世纪五十年代中期建成的核电站；第二代核电站是建立于上世纪六、七十年代，目前正在运行的核电站；第三代核电站是于上世纪九十年代，由压水堆核电站的鼻祖美国西屋公司提出的AP600和AP1000技术。美国西屋的AP1000（属于三代半技术）是最先进的压水堆技术，其安全性比现

5、在运行的第二代核电站的安全性提高100倍，同时整个系统大幅度简化：阀门减少40、泵减少35、电缆减少80、抗震等级要求的建筑物减少35。第三代核电站在未来60年的使用过程中，运行维修工作量大大减少。目前，只有美国西屋和法国法码通核能公司掌握第三代核电站技术，世界上尚未建立起利用第三代技术的核电站。法国法码通核能公司也只是正在芬兰建设第一座第三代核电站。我国即将进入核电站建设发展高潮时期，核电站用电缆的全面国产化是必然趋势。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，投资额也在 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

6、 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，只要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，电线电缆生产企业正面对一个具有巨大吸引力的核电站用电线电缆的市场，值得引起我们的关注。二，核电站用电线电缆要求1，核电站的核能传热流程核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等。但用的最广泛的是压水反应堆。压水反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂，它是从军用

7、堆基础上发展起来的最成熟、最成功的动力堆堆型。核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。以压水堆为热源的核电站。它主要由核岛和常规岛组成。压水堆核电站核岛中的四大部件是：蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。在核岛中的系统设备主要有压水堆本体，一回路系统，以及为支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。常规岛主要包括汽轮机组及二回路系统，其形式与常规火电厂类似。核电站与一般电厂的区别主要在于核岛部分。核电站由原子

8、核裂变产生巨大能量，转化成电力的传热过程，如图1（a）所示。从比较图1可以看出核电站的一回路系统在火力发电中是不存在的。这一回路系统是比较复杂的部分，这在图2中可看出其大致的组成部分，这部分属于防止放射性物质泄漏的第二屏障，若这部分的管道发生破裂，有关电缆将受到和射线的侵害，不过剂量并不很大，一般情况下交联聚烯烃和乙丙橡胶绝缘及护套电缆，能通过考验，电缆能经受热老化、规定的辐射剂量和耐电压试验。图1 （a）核电站的核裂变能量传热流程 （b）为火电传热流程图图2压水堆核电站回路系统图1反应堆压力容器；2稳压器；3蒸汽发生器；4主循环泵；5汽水分离器和再；6气轮发电机组；7凝汽器；8凝结器；9给水

9、泵2，核电站电缆的安全级要求与标准 美国IEEE 690-1984标准核能发电站IE级回路用电缆系统的设计和安装导则是专为核电站中与安全相关的电缆系统（包括辅助回路）的设计与安装提供指导，也可作为某些与安全无关，但可能对安全有影响的电缆系统设计与安装提供引导。IEEE 690标准规定的具体对象为电缆 ，现场接头和连接。IEEE 690标准的前身为IEEE 442-1977导则，该导则实际上也作为标准使用。1984年将导则制订为标准，并且于2002年再次得到确认。IEEE 690标准主要针对IE安全级的电缆，IE级回路的定义为：安全级回路是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

10、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。IEEE 690标准也对辅助回路提出同样的要求，当然不是包含所有的辅助回路，此处辅助回路的定义如下：与1E级回路分管电力供应、信号源、封闭或管线的回路；或采取了可被接受的间隔距离、隔离围墙或隔离措施装置，但与1E回路未完全分隔或电气绝缘的回路。我国核电站设计，根据安全等级和电缆敷设场合，将IE级分为K1、K2和K3类三种电缆：K1类电缆是辅设在壳内，在正常和在地震负载下及在事故情况下和事故后能执行其规定功能的电缆；K2类电缆是辅设在壳内，在正常和在地震负载下能执行其规定功能的电缆；K3电缆是辅设在壳外，在正

11、常和在地震负载下及在事故情况下和事故后能执行其规定功能的电缆；这三类电缆要求有所差别，核电设计部门对电缆的选型另行制订更具体的规范，电缆制造部门也相应规范来制订各类产品标准。图3是核电站基本组成部分的布局，从图3可以看出在安全壳内部敷设的电缆将长期受到不同程度的辐射剂量，而敷设在安全壳外部的电缆则不受到有危害性的辐射剂量。但是，当发生泄漏事故时安全壳外部的电缆，也会受到一定的辐射剂量，因此不论敷设在安全壳内或外的电缆，只要和核系统有关的，都应符合IE安全级要求。1，反应堆一回路系统；2，停堆冷却系统；3，化学和容积控制系统；4，危急堆芯冷却系统；5，应急柴油发电机组；6，冷却剂补给系统；7，硼

12、再循环系统；8，核能区厂房通风系统；9，废物处理系统；10，核能区冷却水系统；11，常规设备区冷却水系统；12，气轮发电机组；13，厂用供电系统；图3 核电站基本组成及其布局示意图值得指出的是：图3中常规区所用电缆，不属于IE级电缆；核反应堆用电缆不属于IE级范围。K1类电缆不包括核反映容器内部的电缆。核反映容器内部的电缆的工作条件，按反应堆压力容器设计而定，这类电缆一般为刚性结构，导体和护套为不锈钢或用户指定材料，绝缘可采用氧化镁或用户指定材料。所用材料要求高纯度、限制含硼元素成分，因为硼对吸收中子有影响，同时要求所用材料受到中子撞击后，不应产生二次发射。3，IE级电缆的种类、结构和要求从用

13、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 等级电力电缆等品种、规格。1E级回路所需电缆按电压水平、信号水平和防范电气干扰等因素，对电缆系统提出电气分隔要求而具体分为： 1）中压电力电缆，电压等级为60115000 V，通常设计用于核电厂内辅助系统有关设备供电； 2）低压电力电缆，电压等级为600 V及以下，常设计用于核电厂内辅助系统有关设备供电； 3）控制电缆，通常在较小电流水平下应用，或在需要改变核电厂内辅助系统设备运行状态时，电缆间隙通电方式运行； 4）

14、仪表电缆，用来传输变量的电流或电压信号（模拟），或用来传输编码信息（数码）； 电缆敷设时规定中压电缆不应压在任何低压电缆的上面，以免压伤低压电缆绝缘。仪表电缆的敷设，若会受到邻近回路和设备的电气干扰，应使不允许受到的干扰信号降低到最小。IEEE 690标准提出了屏蔽和屏蔽接地的要求。对于中压电力电缆，除非特殊设计外，5 kV以上电缆的绝缘和导体应有限制电场的非金属材料屏蔽。屏蔽层必须有效的与电缆终端连接。同时应采用金属屏蔽层完成有效的单点或多点接地，当多点接地时，金属层应符合各种感应电流容量的要求。对于仪表电缆，可在其绝缘芯外（含线对、三线组和四线组）编织金属线或绕包金属带或绕包聚酯薄膜金属（

15、铝或铜箔）复合带，此屏蔽层的目的是抑止外部对其感应或内部向外发射的干扰，屏蔽层主要是降低芯间和组间的电磁耦合。此外对屏蔽还应注意以下几点：1）结构上要求屏蔽层必需保持导电连续性，所以绕包聚酯薄膜金属复合带时，金属面应向内，并包含纵向裸绞线作为导引线，导引线截面在产品标准种规定。当二根电缆在终端连接时，应将屏蔽用导线可靠连接； 2）每根电缆的屏蔽层应是相互绝缘的，以防止屏蔽层分散接地和多点接地。所以在屏蔽层外应再搭盖绕包一层聚酯薄膜。国内有些不正规产品，绕包聚酯薄膜金属复合带时金属面向外，成缆后再用铜线总编，表面上看似乎连接很完整，实际上构成不规则的分散接地，在传输某些信号时会产生畸变现象； 3

16、）屏蔽层设计时，若只是考虑降低静电或电磁耦合的功能，就不应作为导体使用，即不允许用作传导额外的电流或电压； 4）标准的同轴电缆、三同轴电缆和仪表电缆。应符合系统设计要求和设备制造商提出的结构。 1E级回路电缆系统的阻燃和防火要求：1）阻止火焰渗透措施，电缆束应具有规定的阻燃等级；2）火焰熄灭（自熄），要求材料、电缆束在火灾中着火后能够自熄，这在电缆产品标准应有具体规定；3）电缆系统的封闭，是指组合在电缆系统周围的一系列装置，这些装置在规定时间内，能使电缆系统和包括周围装置本身，能保持回路安全和完整性的措施。由于发生火灾后的过程比较复杂，所以对电缆不只是要求阻燃，也需要顾及其他方面，这包括以下几

17、方面：（1）阻燃材料、电缆和管线材料，三者应具有相容性，其含义是这些材料在正常使用和发生火灾时均不会有相互侵害因素；（2）在安装过程中不应产生毒气、腐蚀气体或异味气体（刺激性气等）；（3）在安装和运行过程中，管材和电缆的径向和纵向膨胀和 收缩，可能对电缆绝缘和护套产生挤压作用，但挤压不应造成绝缘和护套破损；（4）符合电缆载流量要求。（5）火灾发生时，为阻止火焰参透，会产生某些物质的压力，上述材料、管道和电缆应能耐受某些物质压力而不损坏。（6）火灾发生时，为阻止火焰参透，以上材料、管道和电缆，应具有应付电气着火时抵抗蒸汽喷淋的能力试验，当然蒸汽喷淋的温度和压力是有规定限度的。 4，核电站电缆的储

18、存和敷设要求 电缆在储存期间，电缆端头应密封，以避免电缆受潮和污染。成盘电缆的储存应按制造商推荐的办法储存和管理，以避免电缆损坏或变坏。电缆敷设应遵循以下规定： 1）电缆应敷设在线管内，并有合适的牵引作业点，作业点具有一定的空间，如人孔或岗亭等。作业中最大允许牵引力和侧压力不应超过有关规定； 2）电缆在线管内敷设，必需有充分尺寸的弯道（包括作业点），以适应电缆制造商允许的电缆敷设时最小弯曲半径，不允许违反制造厂这项规定； 3）当采用钢管或钢套时，交流三相线路的任何一相和任何单相，均应敷设在同一钢管或钢套内，以使钢质材料感应发热量最小； 4）电缆安装到移动机械设备系统时，不应影响电缆系统的安全。

19、 5）电缆不应敷设在用来负重或支撑设备的线管内、管道内、工具管道以及其他设备内，除非线管系统特殊设计时兼顾到负重，或除非已采取特殊的预防措施，保护电缆能抵御所支撑设备及其组件的破坏作用； 6）有电缆的牵引应按制造商推荐的说明书进行； 7）牵引电缆时不应绕过尖角和障碍物； 8） 牵引电缆时的环境温度不应低于制造商推荐的最低的敷设温度； 9） 牵引电缆时的润滑剂应与电缆护套有相容性； 10）不可用裸绞线软绳作为牵引工具在管内牵引电缆； 11）中压电缆在敷设时和敷设后，其终端均应完好地密封。在潮湿地区的所有其他电缆，在敷设时和敷设后，其终端均应完好地密封； 12）电缆端头包括牵引件，在连接到终端前均

20、应切除； 13）电缆牵引完毕后，安装时的固定整形，应符合制造商推荐的最小弯曲半径； 14）在电缆托架的地平面上以及有可能造成物理性损害的部位，应具备电缆的保护措施； 此外托架敷设电缆的数量，应受载流量要求的限制，也受托架及其支撑能力和托架截面积的限制。管道内电缆的填充率应符合AMSI/NFPA-70-1984国家电气规则第九章表9的规定。对于垂直路线敷设的电缆，应有间隔的固定措施，使其终端不承受电缆的重力。 5，核电站电缆敷设后的交接试验 电缆敷设后的交接试验，目的是证明电缆经过储存和敷设，绝缘未发生损坏。交接试验的项目总的应符合ANSI/IEEE Std 336-1980核动力发电站1E级仪

21、表和电气装备安装、检验和试验要求标准。 具体试验项目有： 1）中压电缆与设备连接前应进行直流高压试验； 2）低压电缆既可以在与设备连接前进行绝缘电阻试验，也可作为检验设备系统的一个部分进行功能试验，试验应在设备运行电压下进行。试验结果应记录留作今后工厂参考。三，核电站用电缆的现状、问题和对策1，我国核电站电缆开发历程上世纪80年代中期，我国在消化并结合美国火力发电站规范的基础上，开始研究发展核电站用电线电缆。上海电缆厂和沈阳电缆厂试制了核电站用电缆，上海电缆研究所对电缆进行了全面评测。该阶段的工作虽然带有摸底性质，但为以后的开发奠定了基础。上世纪 80 年代后期，大亚湾核电站的大量进口电缆护套

22、发生开裂，上海电缆研究所对电缆进行了试验，并分析了产生开裂的根本原因，最后外商同意经济索赔，并更换由上海电缆厂生产的电缆，结果运行正常。上世纪 90 年代中期和后期，我国加快了核电站建设步伐，核电站用电线电缆进入迅速发展和市场竞争阶段。经过上海电缆研究所电线电缆检测中心和技术开发中心，对核电站用电线电缆的多次测试和评定结果表明：要生产出全面优质的核电站用电线电缆，技术上也不是轻易的事；近二年已交货待使用的电缆，仍发现有质量问题。质量问题已成为核电站用电线电缆关键。核电站电缆主要分布在核站的核岛、常规岛和BOP各部分，用于电力传输、控制、计算机、仪表等，一座核站所需电缆的种类基本与火电站相同。但

23、由于核电站电缆对无卤、低烟、低毒等技术性能要求十分严格，我国目前仅能生产制造核岛外围用电线电缆，其余大多只能依赖进口。核电站较大的发展潜力为核电站用特种电缆提供了良好的发展空间。2，核电站用电缆标准目前我国核电站用电缆尚未制定统一的行业和国家标准，基本上是由各生产企业按各自制定的企业标准进行生产和交货。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和理想。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，

24、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。1E级电缆全面国产化是必然趋势，对电缆产品标准方面的认识，至今未完全统一。对1E级电缆有更深入的认识，使电缆结构和性能更为理性化，既不必以提高性能作为盲目竞争的手段，也不能以降低成本而疏忽了某些基本要素。对1E级电缆，务必从全面和综合的观点来设计和制造优质低价的电缆。有关核电站设计部门，对前一时期1E级K3类电缆的性能指标并不满意，要求提高性能指标，以满足核电站更长时间的可靠运行，这就是所谓“提高门槛”。表1是以前各电缆厂1E级K3类企业标准部分性能指标与当前设计部门提出新要求的对比，虽然目前尚未对新要求作为最终法定指标，但今后在修订核电

25、规范时，可能被部分采纳，因此生产核电站用电缆的企业，应跟踪信息改进产品，要末放弃核电站用电缆的生产。产品的改进决定于材料和工艺。这二点国内已有条件做到。 表1 阻燃无卤交联绝缘和护套的原指标与新要求对比序号性 能原指标新要求可能调整值1热寿命评定40年60年2绝缘老化前断裂伸长率1202001503护套老化前断裂伸长率1203002004护套老化后断裂伸长率最大变化率252505耐磨试验50次此外核电设计部门还提出电缆耐辐射剂量、一次传输参数以及耐油等性能等要求，这些要求也有待电缆制造厂考虑，当然不能理解为一个型号的产品具有万能的适应要求，而是采取不同型号产品来规定适用场合。目前有些电缆厂的产

26、品已经能基本符合表1的新要求指标。面对我国进入大规模的核电站建设和核电站用电缆国产化进程的要求，加强电线电缆生产制造厂、核电设计院和研究所广泛协作，联合制订定核电站用电缆标准事项，已成为迫在眉睫和尤为重要的课题。统一规范的核电站用电缆标准的制定，有利于对电缆结构、材料、工艺和试验深入探讨、验证以及开展更多的研究工作，以便高水平地完成我国自主的核电站用电线电缆标准制订。 3，核电站电缆面临的问题和困惑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。对于用于低压电缆的正常质量的非阻燃交联聚乙烯绝缘，自发明至今，最长的辐照交联聚乙烯绝缘的应

27、用已超过50年；化学交联和硅烷交联也超过40年。从长期90热寿命来看，达到40年的运行寿命国际上已没有怀疑。电缆绝缘热寿命评定是有关生产厂关心的问题，IE级K3类电缆绝缘的寿命评定是属于单因子温度的试验。IEC 60216应用阿累坭乌斯原理是众所公认的试验和推算方法。电缆的运行寿命和评定寿命是国内电缆行业的惯用术语，与美国IEEE 383-1974（1980年重新确认）核电站用IE级电缆、现场接头和连接件型式试验标准的术语略有差异，该标准命名为安装寿命和验证寿命。安装寿命定义为：设备从安装到拆除，设备可以符合设计和系统要求的期限。验证寿命的定义为：设计一套特殊工作条件方案，该方案的试验时限能证

28、实设备符合要求的性能，因此验证寿命也可理解为资质寿命。为验证寿命所拟订的各种试验方案，它们的条件和时间不一定相同，但是从逻辑上讲，验证寿命应当能证明符合安装寿命的期望值。美国EBASCO火力发电规范中命名为服务寿命和推算寿命。这些名称虽不同，但要说清楚的是同一个问题：电缆究竟可使用多长时间。对于一种新材料在未取得实际40或60年运行经验前，只能用加速老化试验数据推算出寿命。新材料寿命评定试验是一项研究工作，40或60年时间很长，用相对较短时间加速老化试验，推算结果也不会刚好等于40年，可能为2080年之间，这也不能轻易判定20年不可取，80年一定很安全。电缆究竟可使用多长时间。IE级电缆运行寿

29、命要求为40年，现在又倾向提高到60年，对于一种新材料在未取得实际40或60年运行经验前，只能用加速老化试验数据推算出寿命。EBASCO规范（火力发电规范 服务寿命和推算寿命）对于物理寿命试验的结论是：在电缆设计寿命期间，电缆工作中所出现情况，在实验室内找不到完全等效施加物理条件的加速试验方法，所以只得应用阿累尼乌斯技术或其他实验室技术。加速热寿命试验只能提供材料的相对热寿命数据。从实际使用和加速热寿命试验结果看：由丁基橡胶绝缘电缆推测的结果说明，采用阿累尼乌斯技术的加速寿命试验数据，外推法所导出的寿命时间，比实际寿命低。虽然这样的数据，作为许可的概括性原则是不充分的。然而看来似乎可以说明这样

30、一点：一种新型绝缘加速热寿命情况，与这种新绝缘已经得到充分确认具有优越的长期服务记录，二者的对比是这种新绝缘能够长期使用的有利的证明。用于低压电缆的正常质量的高填充物无卤阻燃交联聚乙烯绝缘，自发明至今最长的材料应用未超过30年，要证明达到40年运行寿命的理由还不够充分。由此主张对无卤阻燃绝缘料进行寿命评定试验和推算，但是否可应用相对温度指数对比试验，需要进一步验证。此处，并不是所有的电缆材料均能适应阿累尼乌斯技术推算寿命。交联聚乙烯、无卤低烟阻燃交联型聚烯烃、乙丙橡胶和无卤低烟阻燃乙丙橡胶可适应的，而无卤低烟阻燃热塑型聚烯烃不一定能顺利完成试验和表明推算结果的正确性。同时，在这项热寿命评定试验

31、中，核电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必然有差异。再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。国内K3电缆发展初期，无卤低烟交联聚烯烃绝缘处于初级阶段，强调单根绝缘线芯阻燃性能，此时氧指数虽高，但仍无一例能通过VW-1燃烧试验。从本质上说，这项试验是必要的，因为电缆进入控制柜内

32、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。绝缘线芯单根垂直燃烧试验修改按IEC 332-1 方法进行，部分电缆厂已能符合这些要求。另外应该指出IEEE 3832003（核电站用IE级电缆现场接头和连接件型式试验）已取消绝缘线芯的单根垂直燃烧试验要求，但国内安全部门坚持认为这项试验是必要的，因此目前试验项目不予取消，但同意修改试验方法。通过对材料的改进和试验方法合理性协调，估计问题会得到满意解决。核电站用电缆通过 B 类

33、成束燃烧试验、绝缘和护套燃烧时酸性气体逸出量及其水溶液 pH 值和电导率符合无卤低烟的规定等技术要求，大部分电缆厂均有能力做到，供需双方分容易达成一致意见。3）护套开裂问题。护套开裂问题，至今也没有可靠的检验方法。从以往的电缆护套开裂的调研和取样试验分析，弄清了以下情况：（1）取样发现开裂的护套均属热塑型无卤低烟阻燃材料，取样未发现交联型无卤低烟阻燃材料开裂；（2）国外提供的原材料检验报告，一切性能在允许范围之内；（3）国外未提供护套挤出工艺条件，工艺问题无法深入了解；（4）从进口电缆剥取护套，切成碎片，用双辊热塑展压出片，再在标准条件下模压成片，而后切取哑铃片进行试验，试验数据均在允许范围之

34、内；（5）从进口电缆护套上直接切取哑铃片试验，断裂伸长率大大低于合格指标；（6）电缆在最小允许弯曲半径下成圈固定，进行冷热循环试验，多根试样在第三循环后护套开始出现细小裂纹，以后裂纹深度和长度很快扩展，最后与现场电缆护套开裂情况完全相仿。综合以上情况，开裂原因可归纳为二点，其一是原材料检验虽然合格，但性能水平不高；其二是护套挤出工艺不适应材料要求，护套存在隐患，经过冷热温度周期变化后出现开裂。近几年中国内产品也出现类似护套开裂事故。 防止护套开裂有三种途径：（1）采用交联型护套，但不一定是上策，此举增加了原材料成本和加工成本。对护套有三种交联方法，其一为辐照交联，该工艺只适用于小直径电缆，对于

35、中、大直径电缆，总体上不一定达到交联均匀，反会产生隐患。其二为化学交联，该工艺的设备太复杂，并在通过蒸汽管道时，有可能造成绝缘变形。其三为硅烷交联，该工艺虽不产生缺陷，但时间较长；采用阻燃无卤交联型护套虽然可以消除成品电缆护套的开裂问题，但采用辐照交联型护套在工艺上并没有特别的优势，尤其电缆直径稍大时，生产线速度较慢，耗电量大，而且护套的交联度均匀性较难掌握，严重的不均匀性，反而会促使护套开裂。（2）采用高性能热塑型护套材料，除满足阻燃要求外，最好材料的原始断裂伸长率E250，同时在低温条件下也应保持一定的断裂伸长率，具体指标有待验证和协商。中国不同地区的低温要求有差异，低温伸长率指标暂时不能

36、确定；（3）调整护套挤出工艺，对于第一代材料必须采用低压缩比螺杆，挤出速度适当放慢，切忌使用塑化螺杆。对于目前已商品化的高性能无卤低烟阻燃护套料，应按其说明书进行加工，不要轻易更改工艺条件。优质阻燃无卤热塑型护套料，并采用合适的挤出工艺，同样也能避免护套开裂。目前国内外材料已有较好的产品，如Dow化学公司DFDA-1643 NT阻燃无卤热塑型护套料，不含有任何对环境有害的物质，挤出工艺不需要使用特殊设计的螺杆，挤出护套表面平整，无焦粒子。DFDA-1643 NT阻燃无卤热塑型护套料材料性能典型值见表2表4所示。表2 DFDA-1643 NT物理和电气性能序号试验项目试验条件试验结果试验方法1低

37、温冲击2516 h无损坏IEC60811-1-42高温冲击130 1h无开裂IEC60811-3-13断裂伸长率2516 h180IEC60811-1-44环境应力10Igepl F20 00 无损坏IEC60811-4-1/B5耐磨性600周0.4Dow method6体积电阻率室温1.391015 -cmASTM D 2577介电常数室温 60Hz3.35ASTM D 1508耗散因素室温 60Hz0.014ASTM D 150表3 DFDA-1643 NT空气热老化性能序号试验条件试验结果（按ASTM D 638）抗张强度保留率断裂伸长率保留率1100 168h100852100 240

38、h99863110 168h101874110 240h98945121 48h95886121 96h92907121 168h9094 表4 DFDA-1643 NT性能汇总序号试验项目试验结果试验方法1卤素含量0-2外观白色-3密度（g/cc）1.49-4氧指数37ASTM D 28635垂直燃烧(V-0)通过UL-94(3.2 mm)6烟密度（DS Max）无焰法108ASTM E 6627抗张强度（MPa）12.6ASTM D 6388断裂伸长率(%)230ASTM D 6389抗撕强度（N/mm）7.8ASTM D 47010低温脆化（40）通过ASTM D 74611热变形90

39、（）1Dow method12弯曲模量（MPa）271ASTM D 79013硬度（肖氏D）45ASTM D 224014耗散因素0.014ASTM D 15015介电常数3.35ASTM D 1504），IE级电缆的耐放射性核电站反应堆设备发生故障或损坏以及操纵人员的失误等均会发生事故，但并不是所有事故都会导致放射性物质逸出，与放射性物质逸出有关的事故分为二类：一类是只导致容纳在一次冷却系统中的放射性物质逸出的事故，如回路管道、阀门漏水、蒸汽发生器管子破裂等等。这类事故较频繁，但泄漏出的放射性物质数量不大，并由于安全壳的封闭作用和废气和废液处理系统的净化，对环境的放射性物质排放一般都可以控制

40、在正常允许水平以下；另一类是可能导致燃料元件的严重过热或燃料芯体熔化的重大事故，甚至设想或许发生一种“最大假想事故”，即全堆熔化事故。电缆是否能顶住后一种事故是不堪设想的，而对前一种事故，则各类电缆应具有不同程度的承受能力。K3电缆的试验性质和水平要求不高。表5是核电站具体环境条件，尽管还未正式公布，实际上已在按此进行操作和要求。表6为主蒸汽管道破裂事故（MSLB）及安全壳内冷却剂泄漏事故（LOCA）工况下反应堆厂房内环境条件，有些数据也可理解为试验条件，电缆应在这种条件下通过试验合格。表5核电站正常环境条件项目反应堆厂房核辅助厂房温度049040相对湿度30853085最大累计量2.0105

41、Gy4.0104Gy正常压力0.0860.106MPa0.0860.106MPa表6核电站事故环境条件下（仅对反应堆厂房内的电缆）项目反应堆厂房温度153相对湿度100累计辐射剂量一次LOCA试验后30天为8104Gy为2.0105Gy压力0.3MPa含硼浓度2000ppm氢氧化钠0.6%PH值10严重事故工况下环境条件（需要时）温度140相对湿度100累计辐射剂量事故后3天为8104Gy为2.0105Gy压力0.48 MPa表7是俄罗斯规范的环境参数，它没有明确K1和K3类电缆之区别，而是以敷设在安全壳内部及其临近区域来区分，实质上和国内情况是基本一致的。目前我国对K1类电缆试验还没有完整规

42、范化，试验程序、设备核技术等需要进一步解决。表7 俄罗斯规范原始稿安全壳内部的环境参数序号项目名称数 值正常运行小剂量泄漏Dnom100大剂量泄漏到Dnom3501温度范围（）15-60到90到1502绝对压力范围（MPa）0.085-0.103到0.17到0.53相对湿度不大于（%） 90100并有蒸汽混合4体积活化量不大于（Bq/l）7.4104210741095辐射吸收剂量等级不大于（Gy/h）0-1.00-1.010006持续时间不大于（h）-到5到107事故发生频度-二年1次寿命期内1次8各控制棒事发时温度范围（）-20-6020-609各控制棒事发时压力范围（MPa）-0.09-0

43、.120.09-0.1210各控制棒事发持续时间不大于（24h） -30301E 级 K1 类电缆，需要经受辐射试验。耐辐射试验要求，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

44、.2 i/min m2 ； (4) 浸水耐电压试验。在辐照试验后，对缓和环境电缆，卷绕在20 倍电缆外径的金属圆柱体上；对严酷环境电缆则电缆卷绕在 40倍径的金属圆柱体上，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耐辐射试验的概略简介，实际试验还有许多具体细则规定要求。四，结语我国即将进入核电站建设发展高潮时期，核电站用电缆的全面国产化是必然趋势，电线电缆生产企业正面对一个具有巨大吸引力的核电站用电线电缆的市场，国内外电线电缆企业都在关注核电站用电缆的研究和开发工作。目前我国仅能生产制造核岛外围用电线电缆，其余大多只能依赖进口。核电站较

45、大的发展潜力为核电站用特种电缆提供了良好的发展空间。 世界电缆业三强之一的耐克森集团，在中国成立的最大的独资企业耐克森（上海）线缆有限公司，它位于上海浦东，专门生产核电站用电缆。新工厂项目分为二期，其中核电站用电缆是一期工程的主要产品之一，一期生产的特种电缆还包括船用电缆、安全防火电缆、机车车辆电缆，这些以热塑绝缘或交联聚乙烯绝缘的特种电缆 。2005年初即开始投产，届时，它将发展成耐克森在中国的特种电缆生产中心，形成对国内核电站用电缆市场抢占先机的作用，值得引起国内电缆业界的关注和重视。国内核电站用电缆，早在上世纪就开展了生产试制和开发工作。改革开放以来，虽然国内有总多生产厂家，在开发、制造

46、核电站用电缆，并已取得一定的进展，如常州八益电缆集团公司和中国核工业第二研究设计院开发的核电站用IE级低烟无卤阻燃电缆，已于1997年年底，通过中国核工业总公司组织的科技成果鉴定，被评定为达到国际先进水平。但是时至今日，也还停留在仅能生产制造核岛外围用电线电缆，其余大多只能依赖进口的状态。全面开发核电站用电缆，系列开发IE级电缆并实现国产化是当前电缆行业的重要任务。加强制造厂、设计院和研究所广泛协作，联合制订定IE级电缆标准事项尤为重要。标准的制定有利于对电缆结构、材料、工艺和试验深入探讨、验证以及更多的研究工作，以便高水平地完成我国自主的核电站用电线电缆标准制订。我国核岛部分用电缆尚未国产化

47、，为了满足我国核电站建设的需要，有必要对IE级K1类核电站用电缆开展研究工作。开发满足IE级K1类核电站电缆用耐辐射性能的绝缘和护套料。由于此类产品需求量极为有限，少数有条件的企业可量力而行，开发此类产品。为了提高IE级电缆水平，采用高性能无卤低烟阻燃材料（含热塑和交联）是发展趋势。开发、研制高性能的无卤低烟阻燃绝缘和护套塑料是原材料生产制造企业的重要课题。热塑绝缘或交联聚乙烯绝缘的特种电缆具有量轻、体积小、低烟、无卤、防火等特性，它容易安装、环保且安全防火。核电站用电缆热寿命评定试验的快速试验方法研究；绝缘和护套材料、核电站电缆的耐辐射性能试验方法的研究等基础试验研究工作，都是摆在核电站电缆开发工作面前的重要研究课题。李富根2006-8-16编写于科宝光电科技公司24