核電站核級儀控電纜的設計與應用

□顧燕春 王蘭蘭

一、引言

核電站的電纜數量和種類繁多，包括核島廠房內使用的核級電纜，也包括常規(guī)島和BOP(核島配套輔助設施)廠房用的普通電纜。按照電纜的電壓等級和用途可分為中壓電纜、低壓電纜、控制電纜、測量電纜及通信電纜等。對于儀控專業(yè)，常用的是測量電纜和控制電纜。本文結合多個項目的實際工作經驗，對核級儀控電纜的設計進行了總結，以期為后續(xù)的核電工程設計提供一定的借鑒。

二、核級儀控電纜規(guī)格書的編制

核級儀控電纜規(guī)格書主要用于電纜的采購、設計制造、驗收安裝等活動。電纜技術規(guī)格書編制包括以下設計內容:

(一)法規(guī)標準。電纜規(guī)格書中首先應明確所適用的法規(guī)、標準和規(guī)范:核級電纜涉及到核電站的安全，因此，一是需滿足我國的核安全法規(guī)的要求。二是必須滿足用于電纜的制造、檢驗、驗收的國內或國際標準規(guī)范。

(二)使用壽命。電纜屬于廠房內固定永久安裝的設備，現場環(huán)境復雜，部分區(qū)域存在高溫或高放射性情況;現場電纜敷設后，所穿孔洞均需封堵;且儀控電纜托盤內的電纜是多層布置，敷設密集，更換儀控電纜技術上困難，經濟代價也非常高，因此，要求電纜的使用壽命應與電站的預期壽期是一致。

(三)設計基準。目前的核電站中，核級儀控電纜的安全等級1E(安全級)、質保等級Q1、質量鑒定等級K1(安全殼內事故工況下可用)、K2(安全殼內正常工況下可用)、K3(安全殼外正常工況下可用)類。設計基準還應包括以下內容:儀控電纜的使用環(huán)境:包括安裝前環(huán)境、安裝后運行環(huán)境及事故工況下的環(huán)境條件。安裝要求:電纜的彎曲半徑、敷設的牽引力等。結構要求:電纜的鎧裝、護套、屏蔽、繞包、填充、導體及測量電纜線芯的絞合要求等。

(四)材料選擇。設計中應規(guī)定電纜導體、絕緣層、內襯層、屏蔽層和外護套等材料的基本技術要求和性能指標。如導體電阻，絕緣電阻常數、絕緣護套的抗拉強度和斷裂伸長率等。目前所建核電站都在沿海地區(qū)，環(huán)境濕度大，含鹽霧，為防止導體生銹并保證電纜的電氣性能，要求銅導體選用鍍錫圓銅導體，導體應滿足GB/T3956 的各項指標要求。在火災情況下，電纜不應導致火焰蔓延，也不能由于電纜燃燒而產生大量有毒煙氣致使人員中毒和窒息。因此，要求電纜的非金屬部件必須低煙無鹵阻燃，電纜燃燒試驗應滿足GB/T18380 的試驗要求。

(五)規(guī)格書包括的其它內容。規(guī)格書中還應包括對電纜制造階段的制造檢查要求;出廠階段的檢查和驗收要求;電纜及芯線的標識要求;包裝運輸要求;現場操作和文件要求等。

三、電纜制造文件審查

(一)鑒定文件審查。鑒定文件審查是確認核級儀控電纜在整個電站設計運行壽期內，在正常運行、預計運行事件和設計基準事故期間能保證其性能。核實鑒定所依據的法規(guī)和標準的適宜性，以確保核級儀控電纜的鑒定要求是適當的;審查擬采購和安裝的核級電纜與經過鑒定的電纜的一致性，保證采購和安裝的核級電纜的規(guī)格和安裝方式是被鑒定范圍所覆蓋的。［1，2］鑒定報告應包括以下內容:電纜說明:電纜各部分的材料、成品電纜的結構、各項參數指標、可燃物含量、關鍵工藝及電纜性能等。環(huán)境因素:鑒定溫度、濕度、壓力、輻照劑量及劑量率、化學物質種類和濃度、噴淋流量、速率及時間等。安裝方式說明:電纜的機械性能和敷設方式。

(二)合同執(zhí)行階段審查的文件。在合同執(zhí)行過程中審查的文件主要包括:制造廠提供的電纜說明書:制造廠應對所供貨的各種類型和規(guī)格的電纜結構、外形尺寸、各項電氣和機械性能等給出詳盡描述，設計者審查產品各項參數是否滿足規(guī)格書或相應標準的要求。制造廠提供的不符合項報告:制造廠應對產品生產過程中任何對規(guī)格書的偏離或不一致之處提出不符合項報告。設計者應根據產生的偏離項內容及后果，評判是接收還是拒絕接收。包裝運輸文件:需說明電纜盤的形式、電纜的包裝及運輸要求，保證在運輸或現場吊裝及電纜敷設過程中不會由于電纜盤的損壞而影響現場施工。電纜在運輸到現場后有可能會放置數周至數月后才可能敷設安裝。在南方梅雨季節(jié)或高溫多雨的悶熱時節(jié)，電纜護套不應由于保存不當而出現霉變。運行維護手冊:電纜在安裝運行中的各種要求及電纜的各項參數指標，如電纜的敷設溫度、電纜盤的吊裝要求等。

四、核級儀控電纜出廠驗收

(一)文件驗收。文件驗收中應檢查原材料采購文件、電纜設計生產的過程文件。原材料采購文件主要包括核級電纜原材料的采購規(guī)格書、原材料的合格證、出廠文件，各項入廠檢驗報告等。通過對這些文件的審查，保證核級電纜的各種原材料均采購自有資質的分包商的合格產品，并具有可追溯性。核級電纜設計生產過程中的文件包括廠內的核級電纜生產檢驗記錄、各類技術文件，如電纜說明書、運行維護手冊、出廠驗收試驗的各項試驗報告等。審查各類文件的完整性、正確性，保證文件與產品的一致性和可追溯性。

(二)產品驗收。產品驗收包括外觀檢查和試驗檢查。外觀檢查是對電纜數量、電纜盤及電纜包裝的檢查，并檢查電纜的標識是否清晰、是否滿足規(guī)格書的要求，電纜外護套和絕緣線芯的顏色是否與規(guī)格書一致。電纜的長度是否在允許的誤差范圍之內等。試驗檢查主要根據規(guī)格書和標準的要求，進行各項例行試驗和抽樣試驗檢查。主要包括:導體直流電阻、絕緣電阻、電壓等電氣性能試驗。結構尺寸、機械性能、護套的熱塑性能和燃燒等非電氣性能試驗。［1］由于有機材料在電纜中所占的比重或總重量的不同會對電纜的燃燒試驗結果產生影響;一般應選擇有機材料在電纜中所占比重較大的電纜進行燃燒試驗。

五、核級儀控電纜設計需要關注的幾個問題

(一)儀控電纜導體選擇。在初期建造的核電廠中，國內廠家第一次研制生產核級儀控電纜，在綜合評估后，測量電纜采用了與控制電纜相同較粗的2 類導體，電纜的電氣性能及非金屬材料的機械性能，均可以滿足要求，實現了核級K3電纜的國產化，打破了國外廠商的壟斷，大大降低了電纜的投資。但2 類導體比較粗，電纜的彎曲性、柔韌性較差。在后續(xù)的項目中，考慮到儀表端接對電纜的柔韌性要求高;且生產廠家經過多年核級電纜的生產制造，工藝及技術水平有了大幅提升。為便于儀表的現場端接，新的核級儀表電纜采用了較細的5 類導體。

(二)控制電纜線徑改進。核級電纜在現場的實際安裝使用中可能會出現一些設計中考慮不周或不可預見的問題。對于這些問題，應積極跟蹤總結，并在后續(xù)的電纜設計中改進。根據秦山二期核電站現場反饋，主控室操作開關的操縱桿變形，操作時出現卡、澀、旋轉不靈活等問題。造成此問題的原因之一是:主控室操作盤上開關按鈕接線沒有經過端子排轉接，直接與電纜端接，由于所選用的控制電纜比較粗、硬，使開關操縱桿受力彎曲變形，操作開關扭轉力矩變大，造成操作卡澀。在后續(xù)電站的設計中，進行了設計改進，通過計算，將以前大量線芯規(guī)格為1．5mm2的控制電纜替換1．0mm2的，使電纜變細，硬度降低。并且由于電纜線芯變細，降低了電纜的采購成本及電纜托盤的填充率，在電纜敷設和端接時也較以前方便，為工程實踐帶來很大的便利，節(jié)省了工程造價。

六、結語

核級儀控電纜涉及到核電站的安全運行，因此，核級儀控電纜的設計應能保證電纜的各項性能，從而確保核電站安全功能的執(zhí)行。在設計中還應總結經驗，同時積極緊跟電纜各項研究和新的前沿發(fā)展動向，不斷完善和改進電纜設計，為核電站提供優(yōu)質的技術支持和服務。

［1］GB/T12706 -1 額定電壓1KV(Um = 1．2KV)到35KV(Um=40．5KV)擠包絕緣電力電纜及附件 第1 部分:額定電壓1KV(Um=1．2KV)和3KV(Um=3．6KV)電纜

［2］EJ-T/705《核電廠安全級電纜及現場電纜連接的型式檢驗》