漫谈核电站用电缆标准的重要性

上海电缆研究所 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：由上海电缆厂和沉阳电缆厂试制电缆，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。

我国预计到 2020 年以前，将新建 27 个百万千瓦级的核电机组。按保守的估计，核电站投资在 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。这给我国在核电用电缆的应用带来机遇，特别是核岛附近用的电缆1E级K1类电缆，现主要依靠进口。
1E级K1类电缆作为核岛内用电缆具有以下要求：
热老化试验，美国为 138 ℃ 300 小时，相当于使用 40 年。
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 。
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 。
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。
三根样的电老化试验后做绝缘电阻不小于3000MΩ·km；
组分相容性试验和抗震性试验；
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。

以上是这篇文章的第三、第四部分，现补充进第一、第二部分。

漫谈核电站用电缆标准的重要性(一)

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。

漫谈核电站用电缆标准的重要性(二)

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

漫谈核电站用电缆标准的重要性(三)

三、目前核电站用电缆基本情况

漫谈核电站用电缆标准的重要性(四)

四、当前各电缆厂贯彻企业标准中的问题

五、结语

其中第三、四、五部分的内容接楼主的内容。