我國(guó)核電工程中的兩種電纜

我國(guó)核電工程中的兩種電纜

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為一種清潔、高效的能源，原子能得到了國(guó)家的高度重視，并進(jìn)行了大量的原子能設(shè)計(jì)和建設(shè)。當(dāng)前我國(guó)投運(yùn)和在建的最重要的兩類(lèi)核電站即為二代的M310堆型核電站和三代的AP1000堆型核電站。本文對(duì)這兩種堆型的核電站使用的電纜進(jìn)行了簡(jiǎn)要的對(duì)比和介紹。比較am1000和3m10堆載能量的分類(lèi)1.電纜的分類(lèi)及劃分(1)M310堆型核電工程電纜安全分級(jí)M310工程核島電氣儀控設(shè)備分級(jí)包括安全級(jí)(1E)和非安全級(jí)(NC)兩大部分。1E級(jí)電纜是用來(lái)連接執(zhí)行安全功能以及事故工況后參與公眾保護(hù)的電氣儀控設(shè)備的電纜。根據(jù)法國(guó)RCC—E《壓水堆核電廠核島電氣設(shè)備建造規(guī)則》中質(zhì)量鑒定程序的要求,1E級(jí)電纜又分為K1,K2,K3類(lèi):1)敷設(shè)在安全殼外,在正常情況下和在地震荷載下能執(zhí)行安全功能的電纜為K3類(lèi)電纜。2)敷設(shè)在安全殼內(nèi),在正常情況下和在地震荷載下能執(zhí)行安全功能的電纜為K2類(lèi)電纜。3)敷設(shè)在安全殼內(nèi),在正常情況下,在地震荷載下及在事故情況下或事故后能執(zhí)行安全功能的電纜為K1類(lèi)電纜。不屬于1E級(jí)的電纜為NC級(jí)(非安全級(jí))電纜。(2)M310堆型核電工程電纜按功能分類(lèi)M310堆型核電工程使用的電纜按功能分為8類(lèi):①中壓電力電纜(6/10kV)。②低壓電力電纜(600/1000kV)。③控制電纜(600/1000kV)。④儀表電纜(300/500V)。⑤補(bǔ)償電纜(300/500V)。⑥耐火電纜(300/500V或600/1000V)。⑦電話電纜(300/500V)。⑧信號(hào)電纜(300/500V)。2.電纜編碼和分類(lèi)(1)AP1000堆型核電工程電纜按使用的區(qū)域分類(lèi)AP1000堆型核電工程電纜按使用的區(qū)域分為以下兩類(lèi):1)反應(yīng)堆安全殼內(nèi)的安全相關(guān)和非安全相關(guān)系統(tǒng)使用的電纜。這些電纜在它們各自的電纜數(shù)據(jù)表里的電纜編碼有“S—”前綴。2)反應(yīng)堆安全殼外的安全相關(guān)和非安全相關(guān)系統(tǒng)使用的電纜。這些電纜在它們各自的電纜數(shù)據(jù)表里的電纜編碼有“N—”前綴。(2)AP1000堆型核電工程電纜按功能分類(lèi)AP1000堆型核電工程電纜按功能分為以下5類(lèi):1)中壓動(dòng)力電纜(6/10kV或12/20kV)。2)低壓動(dòng)力和控制電纜(600/1000V)。3)儀表電纜和熱電偶延長(zhǎng)電纜(300/500V)。4)高溫動(dòng)力電纜(600/1000V)。5)特殊電纜(通信專(zhuān)業(yè)用的同軸及復(fù)合電纜等)。ap1000和3m10過(guò)載電纜的主要技術(shù)要求的比較1.電纜單芯燃燒試驗(yàn)M310堆型核電工程核島內(nèi)的電纜一般均要求阻燃或者耐火,電纜能通過(guò)GB/T18380.34(IEC60332—3—23)規(guī)定的B類(lèi)成束燃燒試驗(yàn);低壓電纜還要求絕緣線芯能夠通過(guò)GB/T18380.12(IEC60332—1—2)規(guī)定的單芯垂直燃燒試驗(yàn);耐火電纜要求通過(guò)GB/T19216規(guī)定的相關(guān)試驗(yàn)。AP1000堆型核電工程電纜一般均要求阻燃,S類(lèi)(殼內(nèi))中壓電纜要求通過(guò)GB/T18380.33(IEC60332—3—22)規(guī)定的A類(lèi)成束燃燒試驗(yàn),其他電纜要求通過(guò)GB/T18380.34(IEC60332—3—23)規(guī)定的B類(lèi)成束燃燒試驗(yàn),低壓電纜還要求絕緣線芯能夠通過(guò)GB/T18380.12(IEC60332—1—2)規(guī)定的單芯垂直燃燒試驗(yàn)。高溫電纜要求通過(guò)IEEE1202—2002規(guī)定的“工商業(yè)電纜用于橋架敷設(shè)的燃燒試驗(yàn)”。AP1000堆型核電工程電纜氧指數(shù)試驗(yàn):絕緣、填充和護(hù)套等各種電纜部件應(yīng)該依據(jù)美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTMD2863—2008的要求,在20℃和80℃條件下進(jìn)行試驗(yàn)以證明各種材料的燃燒性能。2.iec60654—AP1000和M310堆型核電工程電纜低煙及無(wú)鹵要求對(duì)比M310堆型核電工程要求電纜低煙、無(wú)鹵。無(wú)鹵測(cè)試遵循標(biāo)準(zhǔn)IEC60754—1(GB/T17650.1)及IEC60754—2(GB/T17650.2)的相關(guān)規(guī)定,低煙測(cè)試遵循標(biāo)準(zhǔn)IEC61034(GB/T17651)的相關(guān)規(guī)定。AP1000堆型核電工程除低煙試驗(yàn)、無(wú)鹵試驗(yàn)外,還有英國(guó)國(guó)防部(MODUK)標(biāo)準(zhǔn)02—713中規(guī)定的相關(guān)試驗(yàn)。AP1000工程電纜允許使用含鹵材料。3.熱老化試驗(yàn)及結(jié)果M310堆型核電工程1E級(jí)電纜的設(shè)計(jì)使用壽命要求其絕緣套材料在輻照和90℃工作溫度下,壽命達(dá)到40年以上。根據(jù)IEC60216及IEEE383標(biāo)準(zhǔn),熱老化試驗(yàn)采用阿倫紐斯試驗(yàn)進(jìn)行(確定包括135℃在內(nèi)的4個(gè)老化溫度點(diǎn),獲得阿倫扭斯曲線)。K2電纜在生命周期內(nèi)要求能夠耐受正常工況下的250kGy(25Mrad)γ射線的輻射劑量。K1電纜在生命周期內(nèi)要求能夠耐受正常工況下的250kGy(25Mrad)γ射線加上事故工況下的600kGy(60Mrad)γ射線的輻射劑量。AP1000堆型核電工程要求電纜的設(shè)計(jì)使用壽命為60年。根據(jù)IEC60216及IEEE383標(biāo)準(zhǔn),熱老化試驗(yàn)采用阿倫紐斯試驗(yàn)進(jìn)行。1)AP1000堆型核電工程安全殼內(nèi)非安全相關(guān)系統(tǒng)使用的中壓電纜在60年內(nèi)能夠承受空氣中17Mrad拉德的γ射線總輻射劑量,同時(shí)在核電站60年生命周期內(nèi)絕緣和護(hù)套在81℃熱老化溫度下沒(méi)有明顯的電性能和物理性能變化。電纜在IEEE383描述的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故環(huán)境(DBA)中和之后,還能承受39Mradγ射線和270Mradβ射線輻射劑量。2)AP1000堆型核電工程安全殼外非安全相關(guān)系統(tǒng)使用的中壓電纜在核電站60年壽期內(nèi),絕緣和護(hù)套在55℃熱老化溫度下沒(méi)有明顯的電性能和物理性能變化。3)AP1000堆型核電工程安全相關(guān)系統(tǒng)和非安全相關(guān)系統(tǒng)使用的低壓電纜在核電站60年生命周期內(nèi),能夠承受21Mradγ射線的總空氣輻射劑量,同時(shí)其絕緣和護(hù)套在80℃溫度下沒(méi)有明顯的電性能和物理性能變化。對(duì)于安全殼內(nèi)電纜,在IEEE383描述的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故環(huán)境(DBA)中和之后還要能夠承受39Mradγ射線和270Mradβ射線輻射劑量。4.電纜試驗(yàn)設(shè)備AP1000和M310堆型核電工程電纜均需選擇有代表性的電纜根據(jù)IEC60502(GB/T12706)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。(1)AP1000和M310堆型核電工程中壓電纜的型式試驗(yàn)AP1000和M310堆型核電工程中壓電纜的電性能型式試驗(yàn)(根據(jù)IEC60502—2—2005第18章)包括:彎曲試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、tanδ測(cè)量、熱循環(huán)測(cè)試、沖擊電壓試驗(yàn)以及隨后的工頻電壓試驗(yàn)、4h電壓試驗(yàn)和半導(dǎo)電屏蔽電阻率的測(cè)量。AP1000和M310堆型核電工程中壓電纜的非電性能型式試驗(yàn)(根據(jù)IEC60502—2—2005第19章)包括:絕緣厚度測(cè)量、非金屬護(hù)套厚度測(cè)量、老化前后絕緣的機(jī)械性能試驗(yàn)、非金屬護(hù)套老化前后的機(jī)械性能試驗(yàn)、成品電纜段的附加老化試驗(yàn)、EPR和HEPR絕緣耐臭氧試驗(yàn)、EPR、HEPR、XLPE絕緣和彈性體護(hù)套的熱延伸試驗(yàn)、彈性體護(hù)套的浸油試驗(yàn)、絕緣吸水試驗(yàn)及絕緣屏蔽的可剝離性試驗(yàn)。(2)AP1000和M310堆型核電工程低壓電纜的IEC型式試驗(yàn)。AP1000和M310堆型核電工程低壓電纜的電性能型式試驗(yàn)(根據(jù)IEC60502—1—2009第17章)包括:環(huán)境溫度下的絕緣電阻測(cè)量、導(dǎo)體最高溫度下絕緣電阻測(cè)量、4h電壓試驗(yàn)和導(dǎo)體電阻測(cè)量。AP1000和M310堆型核電工程低壓電纜的非電性能型式試驗(yàn)(根據(jù)IEC60502—1—2009第18章)包括:絕緣厚度測(cè)量、非金屬護(hù)套厚度測(cè)量、老化前后絕緣的機(jī)械性能試驗(yàn)、非金屬護(hù)套老化前后的機(jī)械性能試驗(yàn)、成品電纜段的附加老化試驗(yàn)、絕緣和非金屬護(hù)套的高溫壓力試驗(yàn)、EPR和HEPR絕緣耐臭氧試驗(yàn)、EPR、HEPR、XLPE絕緣和彈性體護(hù)套的熱延伸試驗(yàn)、彈性體護(hù)套的浸油試驗(yàn)、絕緣吸水試驗(yàn)、低溫下PVC絕緣和護(hù)套以及無(wú)鹵護(hù)套的性能試驗(yàn)、XLPE絕緣的收縮試驗(yàn)、特殊彎曲試驗(yàn)、HEPR絕緣的硬度試驗(yàn)及HEPR絕緣彈性模量測(cè)定。5.電纜外三維耐水劑試驗(yàn)對(duì)于M310堆型核電工程K1電纜來(lái)說(shuō),除了要耐輻射之外還需通過(guò)RCC—E規(guī)定的LOCA試驗(yàn)。對(duì)于AP1000堆型核電工程殼內(nèi)電纜來(lái)說(shuō),除了要耐輻射之外,還需通過(guò)IEEE383規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(DBA)環(huán)境試驗(yàn),之后進(jìn)行事故后水浸試驗(yàn),電纜將在如下條件下,在水中浸入1年時(shí)間。1)水溫等于事故最終溫度,185.38℉(85.2℃)。2)水的化學(xué)pH值為7.80至7.85。3)壓力值按試驗(yàn)壓力曲線最少加上16.62psi(磅/平方英寸)來(lái)模擬水壓。在水浸試驗(yàn)結(jié)束后電纜外護(hù)套應(yīng)保持完整,在進(jìn)行40倍電纜外徑繞軸彎曲試驗(yàn)后,電纜外護(hù)套可能出現(xiàn)裂紋但不應(yīng)脫落。電纜和絕緣線芯還應(yīng)通過(guò)IEEE383中描述的繞40倍電纜外徑后的耐壓試驗(yàn)。主要試驗(yàn)比較了ap1000和3m10系列核電站工程電纜的施工和管理1.成品電纜試驗(yàn)電纜的相關(guān)試驗(yàn)包括以下4類(lèi):1)例行試驗(yàn)。由制造方在成品電纜的所有制造長(zhǎng)度上進(jìn)行的試驗(yàn),以檢驗(yàn)所有電纜是否符合規(guī)定的要求。2)抽樣試驗(yàn)。由制造方按規(guī)定的頻度,在成品電纜試樣或在取自成品電纜的某些部件上進(jìn)行的試驗(yàn),以檢驗(yàn)電纜是否符合規(guī)定要求。3)型式試驗(yàn)。按一般商業(yè)原則對(duì)本部分所包含的一種類(lèi)型電纜在供貨之前所進(jìn)行的試驗(yàn),以證明電纜具有滿足預(yù)期使用條件的性能。該試驗(yàn)的特點(diǎn)是:除非電纜材料、設(shè)計(jì)或制造工藝的改變可能改變電纜的特性,試驗(yàn)做過(guò)以后就不需要重做。4)安裝后電氣試驗(yàn)。在安裝后進(jìn)行的試驗(yàn),用以證明安裝后的電纜及其附件完好。一般是做交流或直流電壓試驗(yàn)和絕緣電阻的測(cè)量。2.下例試驗(yàn)及內(nèi)容型式試驗(yàn)和安裝后電氣試驗(yàn)前面已經(jīng)介紹,下面主要介紹電纜出廠時(shí)需要買(mǎi)方見(jiàn)證的兩種試驗(yàn):例行實(shí)驗(yàn)和抽樣試驗(yàn)。(1)M310堆型核電工程中低壓電纜例行試驗(yàn)M310堆型核電工程中低壓電纜出廠驗(yàn)收需做的例行試驗(yàn)包括:1)20℃導(dǎo)體直流電阻測(cè)量。20℃導(dǎo)體直流電阻應(yīng)符合GB/T3956的規(guī)定。2)局部放電試驗(yàn)(僅中壓電纜做)。應(yīng)按GB/T3048.12—2007的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行局部放電試驗(yàn),試驗(yàn)靈敏度應(yīng)為10pC或更優(yōu)。3)交流電壓試驗(yàn)。施加3.5倍U0交流電壓,持續(xù)5min,電纜不被擊穿。4)電纜的組成、絕緣線芯標(biāo)志、護(hù)套標(biāo)志及電纜外觀檢查。(2)AP1000堆型核電工程中低壓電纜例行試驗(yàn)AP1000堆型核電工程中的中壓電纜應(yīng)按照IEC60502—2—2005第16章的要求,成品低壓電纜應(yīng)按照IEC60502—1—2009第15章的要求進(jìn)行下例試驗(yàn):1)20℃導(dǎo)體直流電阻測(cè)量。2)局部放電試驗(yàn)(僅中壓電纜做)。3)交流電壓試驗(yàn)。(3)M310堆型核電工程中低壓電纜抽樣試驗(yàn)M310堆型核電工程中低壓電纜出廠驗(yàn)收需做的抽樣試驗(yàn)包括:1)結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量。絕緣厚度測(cè)量、屏蔽結(jié)構(gòu)、護(hù)套厚度測(cè)量和外徑測(cè)量應(yīng)符合工藝規(guī)程規(guī)定。2)20℃、90℃絕緣電阻試驗(yàn)(僅低壓電纜做)。20℃絕緣電阻常數(shù)不小于3670MΩ·km,90℃絕緣電阻常數(shù)不小于3.67MΩ·km。3)絕緣及護(hù)套原始力學(xué)性能。絕緣及護(hù)套抗張強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率滿足規(guī)格書(shū)要求。4)絕緣熱延伸試驗(yàn)。熱延伸(200℃±2℃、10min20N/cm2)試驗(yàn):試樣負(fù)載下伸長(zhǎng)率≤175%,冷卻后永久伸長(zhǎng)率≤15%。5)絕緣線芯單根垂直燃燒試驗(yàn)(僅低壓電纜做)。應(yīng)通過(guò)GB/T18380.12—2008規(guī)定的單根垂直燃燒試驗(yàn)。6)電纜成束燃燒試驗(yàn)(B類(lèi))。應(yīng)通過(guò)GB/T18380.34—2008規(guī)定的B類(lèi)成束燃燒試驗(yàn)。(4)AP1000堆型核電工程中低壓電纜抽樣試驗(yàn)AP1000堆型核電工程的成品中壓電纜應(yīng)按照IEC60502—2—2005第17章的要求,成品低壓電纜應(yīng)按照IE