我国核电站电缆研究与分析

摘 要：我国核电站的电缆系统主要分布于电气厂房电缆夹层、核反应堆厂房、核辅助厂房、汽轮机厂房、机械廊道、电气廊道等，大多数电缆都集中在核辅助厂房主控制室内的控制配线架和电气厂房的电气配电盘和DCS盘柜的配线架上，用于电力传输、控制、计算机、仪表、测量等。文章主要研究与分析我国核电站电缆的分类、标准及生产面临的问题，并根据实际情况提出核电站电缆的建设性意见。

关键词：核电站；电缆；分类；标准；试验

引言

随着我国国民经济的快速发展，国家核电发展的方针已经由“适度发展核电”调整为“积极发展核电”。根据我国近期官方信息，中国核电中长期发展规划到2020年核电装机在运总容量将达到5800万千瓦，在建总容量约3000万千瓦。到2030年装机总容量将会达到1.3亿千瓦左右。这意味着每年将有更多的核电机组会投入建设，而一座百万千瓦级核电机组（两台机组）的核电站通常有3000多公里的电缆产量，价值一亿多元，这说明，未来很长时间，电缆行业是一个飞速发展的好契机。

1 我国核电站电缆分类

按照我国电缆在核电站中使用对核电站安全级别来分，可分为非核级和核级。非核级电缆一般指常规性电缆或无级类（NC类）电缆。核级电缆是指1E级电缆，即是指完成安全壳隔离、堆芯应急冷却、反应堆余热导出，可以防止放射性物质向周围环境排放等功能的电缆。

根据反应堆厂房和核辅助厂房两个运行环境的具体条件，确定电缆的结构设计和制定性能指标。按电缆运行及使用环境分类，1E级回路用电缆细分为：可以安装在安全壳以内的K1类电缆。即在核电站正常运行、事故工况或事故后工况的相应环境条件下以及在地震载荷下均能执行其功能的电缆；可以安装在安全壳以内的K2类电缆。即在正常运行工况的相应条件下以及在地震载荷下均能执行其功能的电缆。可以安装在安全壳以外的K3类电缆。即在正常运行工况的相应环境条件下以及在地震载荷下能保证执行其功能的电缆。

按核电站1E级电缆用途分类，包括10kV及以下低压电缆、电力电缆；额定电压0.6至1kV的控制电缆；额定电压0.3至0.5V及以下的电线、计算机电缆、通信电缆、仪表电缆、补偿电缆等。

在实际工程应用中，核电站电缆各类及数量繁多，电缆选择、使用时可以以高代低，但不可以以低代高，必须遵循核电站系统安全功能要求。

2 核电站电缆标准

国际上核电站用电缆相关标准及规范有：法国的《核岛电气设备设计和建造规则（RCC-E规范）》和美国的《核电站用1E级电缆和现场连接的质量鉴定（IEEE383-2003）》，《核电站-安全系统的电气设备-质量鉴定（IEC60780）》等。但是目前我国核电站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、行业按各自制定的企业行业标准进行生产和交货，但实际情况并不能达到核电厂生产运行要求。因此通常在国际上核电站电缆规范要求是在常规电厂用电缆的基础上赋予了安全要求而形成。

我国各电缆厂的企业标准不全相同，核电设计单位对电缆技术要求也不完全统一，从产品的安全性、可靠性和强制性的观点来考虑，1E级电缆标准可由多方面联合起草制定。核电站电缆生产全面国产化是必然趋势，但对1E级电缆，必须想考虑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，要求提高1E级K3类电缆性能指标，以满足核电站更长时间的可靠运行。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。

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，加强电缆生产制造厂、建设单位、核电设计院和研究所的广泛协作，联合制订定核电站电缆标准要求，已成为迫在眉睫和尤为重要的课题。核电站电缆标准的制定和统一，将有利于对电缆材料、结构、工艺和试验深入探讨、验证以及开展更多的研究工作，甚至有利于完善我国自主的核电站电缆标准的制订。

3 我国核电站电缆生产面临的问题

（1）核电站电缆使用的时效性。核级电缆运行寿命一般要求为40年及以上，现在又倾向提高到60年及以上。对于一种新材料在未取得实际40或60年运行经验前，可以使用加速老化试验数据推算出材料运行寿命。我国对所有核级K3类电缆要求通过热寿命评定试验，其评定值在40年至60年之间。（2）核电站电缆的技术要求需通过B类成束燃烧试验、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。（3）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，开裂原因其一是原材料检验合格但性能水平不高；其二是护套经过冷热温度周期变化后出现开裂，其材料不能满足挤出工艺要求。

以下三种方法可以防止护套开裂：使用交联型护套，但会增加原材料成本和加工成本。对护套有三种交联方法，其一为只适用于小直径电缆的辐照交联；其二为工艺设备复杂，在通过蒸汽管道时，有可能会造成绝缘变形的化学交联；其三为不会产生缺陷，但工艺加工时间较长的硅烷交联。使用高性能热塑型护套材料。材料需满足阻燃要求，且其原始断裂伸长率E≥250%，并能在低温条件下保持一定的断裂伸长率。使用优质阻燃无卤热塑型护套材料。目前国内外@种材料已有较好的产品，不含有任何对环境有害的物质，挤出护套表面平整，无焦粒子。

此外，采用合适的挤出工艺，同样也能避免护套开裂。核级K1类电缆，需要做耐辐射试验。参照美国的热老化试验时间，大约需满足138℃ 300小时，相当于可满足使用40年时间；完成老化试验后，使用钴源进行γ射线辐照试验，参考美国对缓和环境电缆的吸收剂量要求，要达到7×105Gy，严酷环境须达到15×105Gy。

4 结束语

目前，随着我国经济水平及科技水平的提高，电缆材料水平及工艺技术水平的均有所提高。我国即将进入核电站建设高速发展时期，核电站电缆的全面国产化是大势所趋，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。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我国电缆行业的重要任务。

参考文献

[1]GB/T22577-2008.核电站用1E级电缆通用要求[S].2008-12-15.

[2]GB/T2951.1-1997.电缆绝缘和护套材料通用试验方法[S].

[3]RCCE-E.核岛电气设计和建造规则[S].