核电站用电缆概述_董春.pdf

上海电气技术 ，（）收稿时间：作者简介：董春（），男，硕士，高级工程师，主要从事特种装备电缆、通信电缆、仪控电缆研发工作核电站用电缆概述董春宝胜科技创新股份有限公司江苏扬州 摘要：根据目前国内核电站及电缆技术发展现状，对核电站用电缆功能进行分类，给出相关电缆分类的标准及设计要求，并介绍核电站用电缆机械性能、电性能、燃烧性能及 级性能具体试验内容与试验方法。关键词：核电站；电缆；技术；标准；试验中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，：；核电发展概述在碳达峰碳中和的大环境下，核电作为一种清洁能源，是低碳电力和热能的重要来源，是碳中和进程中必不可少的一环。相比煤炭、石油等传统能源，核电产生的污染小。相比于光伏、风能、太阳能发电，核电不受天气季节等因素的限制。核电已成为我国能源的重要组成部分。积极推进核电建设，在满足经济和社会发展需求的同时，可以实现电力工业多样化及可持续发展，对提升我国综合经济实力、工业技术水平及国际地位有重要意义。目前，我国商运核电机组绝大部分分布在沿海地区，新增电站大部分采用第三代核电技术。预计在未来一段时间内，拟建设的核电站仍以第三代核电技术为主。此外，全球核电发展呈现出三个特点。一是中国、俄罗斯、印度等国家正在引领全球核电建设。二是美国、法国、加拿大等传统核电国家正在积极开展核电机组延寿工作。三是小型堆及其它先进反应堆技术即将实现商业化。目前，我国主流第三代核电技术主要包括华龙一号、国和一号、等，第四代核电技术以高温气冷堆为代表，模块化小型堆、快堆等实验堆正在积极研发中。核电站用电缆技术现状核电站从安全性考虑，要求电缆同寿命。二代加核电设计寿命为，第三代核电设计寿命为。因此，第三代核电站很多品种电缆均须按照使用寿命 来进行设计及制造。电缆在使用过程中，不仅要考虑长期寿命下的使用，还要防止由于短路造成的火灾，由此要求电缆的组成部分，特别是体积占比较大的绝缘和护套，必须具备良好的阻燃性。在满足常规低烟无卤阻燃电缆基本要求的前提下，还需要满足核电站工况的设计要求。并且，电缆及材料均需均按照 电气绝缘材料 耐热性进行阿伦尼乌斯寿命评定。我国核电站的建造在技术上受法国、美国、俄罗斯等国影响，在电缆的技术要求及采用标准上也不 ，（）上海电气技术完全统一。针对不同技术类型的反应堆，还可以参照 核岛电气设备设计和建造规则 或 核电站用 级电缆、现场接头和连接件鉴定标准 等标准设计及鉴定。目前，通用的鉴定标准只有 核电站用 级电缆 通用要求、核电厂安全级电缆及现场接头的型式试验 等。规定了核电站用 级电缆的型号、通用要求、质量鉴定规则。从质量鉴定规则的内容看，这一标准主要参考美国标准和法国规范，但 级功能验证试验并没有明确给出试验条件和指标要求，需要后续的产品标准补充。随着 来核电技术的快速发展，堆型不一样，工况也各有不同，存在技术升级速度快、定制性强的特点。所以，电缆需要根据功能和用途，参考以上标准及低烟无卤阻燃等产品标准，制定相关堆型产品技术规范。电缆根据使用工况、安全功能区分，主要分为 级和非 级。级电缆分为壳内和壳外两类，壳内对应 类电缆或严酷环境，壳外对应 类电缆或和缓环境。类电缆属于安全壳贯穿类电缆，现已基本采用 类或 类电缆代替。非 级电缆分为执行安全功能电缆和不执行安全功能电缆，部分产品也会提出设计寿命 或 的要求。级电缆需要满足低烟无卤阻燃电缆的要求，级 类电缆还需要进行模拟寿命期内耐热和辐射评定，级 类电缆还需要进行模拟寿命期内耐热和辐射评定，以及辐射、高温高压、喷淋、浸没等事故工况评定。根据核电站堆型的设计理念，评定的内容要求也不一样。根据不同工况，对安全功能电缆产品主要特性进行整理，见表。表安全功能电缆产品主要特性主要特性严酷环境 级 类电缆和缓环境 级 类电缆非 级寿命工程电缆非 级非寿命工程电缆长期工作温度 电性能设计考虑设计考虑设计考虑设计考虑机械性能设计考虑设计考虑设计考虑设计考虑阻燃性能设计考虑设计考虑设计考虑设计考虑耐长期热老化性能 或 或 或 设计不考虑耐长期辐照老化性能 或 或 设计不考虑设计不考虑耐事故辐照性能设计考虑设计不考虑设计不考虑设计不考虑设计基准事故模拟设计考虑设计不考虑设计不考虑设计不考虑一般情况下，级电缆供货要持有核安全许可证，持证产品按照电缆功能，主要分为中低压电力电缆、控制电缆、仪表电缆。部分非 级电缆产品也需要考虑以上工况，产品功能界限并不是太清晰，品种相对比较杂，产品设计难度也较高。目前，国内核电领域除工程电缆外，考虑寿命设计的电缆，绝缘材料主要为橡胶及聚烯烃。聚烯烃材料结构均使用双层交联聚烯烃绝缘，因为无法兼顾核电站提出的寿命、机械性能、阻燃性能、电性能要求，所以由内层保证电性能，由外层保证阻燃性能。护套则采用橡胶及聚烯烃材料，具备良好的耐热性、耐辐照性、耐低温、阻燃等功能。核电站用电缆性能及试验方法由于核电领域产品的特殊性，如何鉴别产品功能，有针对的设计出核电站真正需要的产品，是值得设计者认真思考的问题。笔者根据现有核电站项目电缆的要求，整理出核电用电缆基本性能要求，以供设计者参考。目前，核电站用电缆多为低烟无卤阻燃类电缆，级电缆绝缘及护套多采用热固性材料，主要分为热固性聚烯烃材料和橡胶材料。对于非 级电上海电气技术 ，（）缆，护套也会部分使用热塑性材料。核电站用电缆是低烟无卤阻燃类电缆的升级版，其燃烧特性可以参考 阻燃和耐火电线电缆或光缆通则。对核电站用电缆固定敷设用绝缘和护套材料机械性能、电性能、燃烧性能、级相关性能及试验方法进行整理，见表表。表核电站用电缆绝缘、护套材料机械性能及试验方法项目试验方法对应标准老化前抗张强度、断裂伸长率 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第 部分：通用试验方法 厚度和外形尺寸测量 机械性能试验、电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第 部分：通用试验方法 热老化试验方法老化后抗张强度、断裂伸长率 、绝缘、护套热延伸试验（热固性材料适用）电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第 部分：弹性体混合料专用试验方法 耐臭氧试验热延伸试验浸矿物油试验绝缘、护套吸水试验 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第 部分：通用试验方法 密度测定方法 吸水试验 收缩试验绝缘、护套低温性能试验 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第 部分：通用试验方法 低温试验绝缘、护套耐臭氧试验（橡胶材料适用）护套高温压力试验 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第 部分：聚氯乙烯混合料专用试验方法 高温压力试验抗开裂试验护套抗开裂试验 护套耐油试验 护套耐磨试验（热固性材料适用）舰船用低烟电缆和软线通用规范表核电站用电缆绝缘、护套材料电性能及试验方法项目试验方法对应标准耐电压试验 电线电缆电性能试验方法 第部分：交流电压试验绝缘电阻 电线电缆电性能试验方法 第部分：绝缘电阻试验其它根据不同类别电缆的要求表表所列为对于固定敷设核电站用电缆的性能试验及方法，对于其余特殊场合及其它功能的电缆性能，可以参考，但是应当优先考虑实际应用状况，并且根据现有研究基础，针对产品特性提高安全性。结束语加快核电自主化建设，有利于推广应用高新技术，促进技术创新，对提高我国制造业的整体工艺、材料和加工水平将发挥重要作用。同时，伴随着对于关键设备、部件 国产化要求的提出，面对严峻的国际形势，自主可控研发的已经不仅是电缆，还需要前移至上游绝缘及护套材料，加强关键材料性能研究等共性技术攻关，并进行大型台架和试验设施投入。，（）上海电气技术表核电站用电缆燃烧性能及试验方法项目试验方法对应标准 值 取自电缆或光缆的材料燃烧时释出气体的试验方法第部分：酸度（用 测量）和电导率的测定电导率 毒性指数 小样材料燃烧产物毒性指数的测定卤素含量 取自电缆或光缆的材料燃烧时释出气体的试验方法第部分：卤酸气体总量的测定氟含量 绝缘软套管规范 第部分：试验方法绝缘线芯单根垂直燃烧试验（阻燃绝缘适用）电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验 第 部分：单根绝缘电线电缆火焰垂直蔓延试验预混合型火焰试验方法电缆成束燃烧试验 电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验 第 部分：垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验类烟密度 电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定第部分：试验程序和要求耐火试验 、在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试验表核电站用电缆成品试验方法项目试验方法对应标准特殊弯曲试验 额定电压（）到 （）挤包绝缘电力电缆及附件成品电缆段附加老化试验 印刷标志耐擦拭试验 电线电缆识别标志方法 第部分：一般规定预计未来内，除 级固定敷设持证电缆的市场外，特种电缆研发国产化呼声会越来越高。但因为需要模拟核电站各种工况开展试验及评定，企业运营成本高于市场利润，试验及研发成本投入较高，需要政府、设计院、业主等给予研发性电缆企业大力支持，持续推进核电站配套电缆的技术发展。参 考 文 献李颖涵，王政国际能源署发布 核电 报告国外核新闻，（）：表核电站用电缆 级性能及试验方法项目试验方法对应标准电缆寿命评定试验（非 级）、核电厂安全相关电力和现场接头的鉴定、寿命期内正常工况评定试验热老化模拟、辐照老化模拟 、耐电压试验 绝缘电阻 电缆成束燃烧试验 事故工况评定试验事故辐照老化模拟 、高温高压试验 、耐电压试验 绝缘电阻 事故后浸水试验 、王怡瑶，贺金红 核电站电缆现状及发展的思考 装备机械，（）：（编辑：尔东）