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核电站用电缆标准的重要性

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核电站用电缆标准的重要性

发布日期:2018-03-01 作者:电缆厂 点击:

核电站用电缆标准的重要性

  海电缆研究所 高级顾问 张兆焕一、 能源应用简况据2002年全国能源消耗统计,全国商品能源消费量为14.8亿吨标准煤,居世界第二位。其中煤炭占66.1%,石油占23.4%,天然气占2.7%,水电占7.1%,核电占0.7%。另外全国农村消耗秸杆和薪材达2.8亿吨标准煤。总之我国核电能量的应用与经济发展速度十分不协调。再从电力供应的紧缺情况分析,国家最近公布的电力工业情况,全国2004年一季度发电量为4794亿kWh,全社会用电容量为4805亿kWh。2004年第一季度有24个省市拉闸限电。发电不足的主要原因:⑴除三峡外全国24座重点水电站水量比每年同期少10%以上。⑵发电用煤供应不足,一季度全国煤炭社会库存量同比下降16.6%,企业煤炭库存量同比下降6.84%。⑶铁路运输制约,铁路全路装车满足率仅35%。2004年全社会用电量约21725亿kWh,净增2844亿kWh,同比增长15%左右。全国新增发电装机容量4174万kW,其中水电817万kW,火电3185万kW,核电165万kW。2004年年底总装机容量达到4.32亿kW,提前二年实现电力"十五"调整增长目标,同比增长10.7%。预计到2008年,电力供需趋向平衡或略有富裕,据悉待批电厂总项目规模已达到2.5亿kW,这是目前全国装机容量的2/3,按此计算大致年增长率为10.5% ,可见电力建设发展之规模。技术方面我国将对火电、燃气、水力、核电和风力发电设备同时研究发展。二、核电站发展的决策核电站建设的审批权在我国高度集中,我国经济发达、电力负荷集中的沿海地区,核电站将成为电力结构的重要支柱。近日国务院就进一步建设我国核电站作出决策,批准了浙江三门、广东岭澳扩建项目;此外,广东阳江核电项目和浙江秦山二期扩建项目正在报审过程中。截止2004年7月,我国共有9台核电机组投入运行。东部沿海其他省份还有几个核电厂址,目前正在开展前期工作。预计到2020年以前,将新建27个百万千瓦级的核电机组。也就是说,今后16年中,新增核发电装机容量将达3000万千瓦,每年将有二到三个核电机组开工建设。到2020年核电在总发电容量中的比重将从目前1.8%上升到4% 。由于当前核电站的运转需要大量水源,所以规划核电站主要布局是考虑东南沿海省份。关于核电建设的投资问题,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,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。三、目前核电站用电缆基本情况常规电厂用电缆,无论是电力、控制、仪表、数字和热偶电缆,国内制造技术已经成熟,生产能力富裕。但核电厂的非常规发电区域用电缆,仍有一些问题需要解决。进一步提高现有的1E级K3类电缆质量和品种开发,同时1E级K1类电缆及其试验基地的建设,也是当前应考虑的任务。既然核电站发展是当务之急,那么核电站用电缆的标准问题也必然会提上日程上。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,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。国内1E级电缆是这样定义的: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。K3 类电缆是指在安全壳外处,在正常情况和地震荷载下能执行其规定功能的电缆。按此定义要求作为强制性国家标准也并不过分,并且标准制定的准备工作和具体操作宜快而不宜怠。从用途来说,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。当前国内的绝缘以交联聚烯烃为主,护套以热塑性聚烯烃为主,今后可能需要增加乙丙橡胶绝缘和交联聚烯烃护套品种的应用比重。1E 级 K1 类电缆,需要经受辐射试验,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γ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34.2 i/min m2。(4)浸水耐电压试验,在γ辐照试验后,对缓和环境电缆,卷绕在20 倍电缆外径在金属圆柱体上,对严酷环境电缆则为 40 倍径,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试验的概略说明,实际试验还有许多具体细则。四、当前各电缆厂贯彻企业标准中的问题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。以下仅对二问题来说明:(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。在这项试验中,首先是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当然由差异。其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。从本质上说,这项试验是必要的,因为电缆进入控制柜内部后,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,对材料的改进和试验方法合理性协调,估计问题会满意解决。此外还有护套开裂问题,至今也没有可靠的检验方法,也许需要验证。至于成品电缆的绝缘电阻、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技术要求,大部分电缆厂均有能力做到,供需双方容易达成一致意见。五、结语大致在上世纪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,原第一机械工业部下达任务:由上海电缆厂和沈阳电缆厂试制电缆,由上海电缆研究所进行电缆的全面评测,该阶段的工作虽然带有摸底性质,但对以后的开发很有帮助。上世纪80年代后期,大亚湾核电站的大量进口电缆护套发生开裂,委托上海电缆研究所进行试验,并分析了产生开裂的根本原因,最后外商同意经济索赔。由于时间上不可能由外国重新提供电缆,所以必须更换的电缆由上海电缆厂及时供应并运行正常。上世纪90年代中期和后期,我国加快了核电站建设步伐,核电站用电线电缆制造厂已进入市场竞争阶段。至今上海电缆研究所电线电缆检测中心和技术开发中心,已相继进行了十次以上的核电站用电线电缆测试和评定,结果说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,就最近二年内,已交货待使用的电缆,仍发现质量问题。今后更多的核电站用电线电缆要上市,更应该重视线缆质量问题。联想而知,加强制造厂、设计院和研究所广泛协作,联合制订定标准事项尤为重要。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。


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