我国核电工程中的两种电缆

我国核电工程中的两种电缆

随着我国经济的发展，作为一种清洁、高效的能源，原子能得到了国家的高度重视，并进行了大量的原子能设计和建设。当前我国投运和在建的最重要的两类核电站即为二代的M310堆型核电站和三代的AP1000堆型核电站。本文对这两种堆型的核电站使用的电缆进行了简要的对比和介绍。比较am1000和3m10堆载能量的分类1.电缆的分类及划分(1)M310堆型核电工程电缆安全分级M310工程核岛电气仪控设备分级包括安全级(1E)和非安全级(NC)两大部分。1E级电缆是用来连接执行安全功能以及事故工况后参与公众保护的电气仪控设备的电缆。根据法国RCC—E《压水堆核电厂核岛电气设备建造规则》中质量鉴定程序的要求,1E级电缆又分为K1,K2,K3类:1)敷设在安全壳外,在正常情况下和在地震荷载下能执行安全功能的电缆为K3类电缆。2)敷设在安全壳内,在正常情况下和在地震荷载下能执行安全功能的电缆为K2类电缆。3)敷设在安全壳内,在正常情况下,在地震荷载下及在事故情况下或事故后能执行安全功能的电缆为K1类电缆。不属于1E级的电缆为NC级(非安全级)电缆。(2)M310堆型核电工程电缆按功能分类M310堆型核电工程使用的电缆按功能分为8类:①中压电力电缆(6/10kV)。②低压电力电缆(600/1000kV)。③控制电缆(600/1000kV)。④仪表电缆(300/500V)。⑤补偿电缆(300/500V)。⑥耐火电缆(300/500V或600/1000V)。⑦电话电缆(300/500V)。⑧信号电缆(300/500V)。2.电缆编码和分类(1)AP1000堆型核电工程电缆按使用的区域分类AP1000堆型核电工程电缆按使用的区域分为以下两类:1)反应堆安全壳内的安全相关和非安全相关系统使用的电缆。这些电缆在它们各自的电缆数据表里的电缆编码有“S—”前缀。2)反应堆安全壳外的安全相关和非安全相关系统使用的电缆。这些电缆在它们各自的电缆数据表里的电缆编码有“N—”前缀。(2)AP1000堆型核电工程电缆按功能分类AP1000堆型核电工程电缆按功能分为以下5类:1)中压动力电缆(6/10kV或12/20kV)。2)低压动力和控制电缆(600/1000V)。3)仪表电缆和热电偶延长电缆(300/500V)。4)高温动力电缆(600/1000V)。5)特殊电缆(通信专业用的同轴及复合电缆等)。ap1000和3m10过载电缆的主要技术要求的比较1.电缆单芯燃烧试验M310堆型核电工程核岛内的电缆一般均要求阻燃或者耐火,电缆能通过GB/T18380.34(IEC60332—3—23)规定的B类成束燃烧试验;低压电缆还要求绝缘线芯能够通过GB/T18380.12(IEC60332—1—2)规定的单芯垂直燃烧试验;耐火电缆要求通过GB/T19216规定的相关试验。AP1000堆型核电工程电缆一般均要求阻燃,S类(壳内)中压电缆要求通过GB/T18380.33(IEC60332—3—22)规定的A类成束燃烧试验,其他电缆要求通过GB/T18380.34(IEC60332—3—23)规定的B类成束燃烧试验,低压电缆还要求绝缘线芯能够通过GB/T18380.12(IEC60332—1—2)规定的单芯垂直燃烧试验。高温电缆要求通过IEEE1202—2002规定的“工商业电缆用于桥架敷设的燃烧试验”。AP1000堆型核电工程电缆氧指数试验:绝缘、填充和护套等各种电缆部件应该依据美国材料试验学会标准ASTMD2863—2008的要求,在20℃和80℃条件下进行试验以证明各种材料的燃烧性能。2.iec60654—AP1000和M310堆型核电工程电缆低烟及无卤要求对比M310堆型核电工程要求电缆低烟、无卤。无卤测试遵循标准IEC60754—1(GB/T17650.1)及IEC60754—2(GB/T17650.2)的相关规定,低烟测试遵循标准IEC61034(GB/T17651)的相关规定。AP1000堆型核电工程除低烟试验、无卤试验外,还有英国国防部(MODUK)标准02—713中规定的相关试验。AP1000工程电缆允许使用含卤材料。3.热老化试验及结果M310堆型核电工程1E级电缆的设计使用寿命要求其绝缘套材料在辐照和90℃工作温度下,寿命达到40年以上。根据IEC60216及IEEE383标准,热老化试验采用阿伦纽斯试验进行(确定包括135℃在内的4个老化温度点,获得阿伦扭斯曲线)。K2电缆在生命周期内要求能够耐受正常工况下的250kGy(25Mrad)γ射线的辐射剂量。K1电缆在生命周期内要求能够耐受正常工况下的250kGy(25Mrad)γ射线加上事故工况下的600kGy(60Mrad)γ射线的辐射剂量。AP1000堆型核电工程要求电缆的设计使用寿命为60年。根据IEC60216及IEEE383标准,热老化试验采用阿伦纽斯试验进行。1)AP1000堆型核电工程安全壳内非安全相关系统使用的中压电缆在60年内能够承受空气中17Mrad拉德的γ射线总辐射剂量,同时在核电站60年生命周期内绝缘和护套在81℃热老化温度下没有明显的电性能和物理性能变化。电缆在IEEE383描述的设计基准事故环境(DBA)中和之后,还能承受39Mradγ射线和270Mradβ射线辐射剂量。2)AP1000堆型核电工程安全壳外非安全相关系统使用的中压电缆在核电站60年寿期内,绝缘和护套在55℃热老化温度下没有明显的电性能和物理性能变化。3)AP1000堆型核电工程安全相关系统和非安全相关系统使用的低压电缆在核电站60年生命周期内,能够承受21Mradγ射线的总空气辐射剂量,同时其绝缘和护套在80℃温度下没有明显的电性能和物理性能变化。对于安全壳内电缆,在IEEE383描述的设计基准事故环境(DBA)中和之后还要能够承受39Mradγ射线和270Mradβ射线辐射剂量。4.电缆试验设备AP1000和M310堆型核电工程电缆均需选择有代表性的电缆根据IEC60502(GB/T12706)的相关规定进行试验。(1)AP1000和M310堆型核电工程中压电缆的型式试验AP1000和M310堆型核电工程中压电缆的电性能型式试验(根据IEC60502—2—2005第18章)包括:弯曲试验、局部放电试验、tanδ测量、热循环测试、冲击电压试验以及随后的工频电压试验、4h电压试验和半导电屏蔽电阻率的测量。AP1000和M310堆型核电工程中压电缆的非电性能型式试验(根据IEC60502—2—2005第19章)包括:绝缘厚度测量、非金属护套厚度测量、老化前后绝缘的机械性能试验、非金属护套老化前后的机械性能试验、成品电缆段的附加老化试验、EPR和HEPR绝缘耐臭氧试验、EPR、HEPR、XLPE绝缘和弹性体护套的热延伸试验、弹性体护套的浸油试验、绝缘吸水试验及绝缘屏蔽的可剥离性试验。(2)AP1000和M310堆型核电工程低压电缆的IEC型式试验。AP1000和M310堆型核电工程低压电缆的电性能型式试验(根据IEC60502—1—2009第17章)包括:环境温度下的绝缘电阻测量、导体最高温度下绝缘电阻测量、4h电压试验和导体电阻测量。AP1000和M310堆型核电工程低压电缆的非电性能型式试验(根据IEC60502—1—2009第18章)包括:绝缘厚度测量、非金属护套厚度测量、老化前后绝缘的机械性能试验、非金属护套老化前后的机械性能试验、成品电缆段的附加老化试验、绝缘和非金属护套的高温压力试验、EPR和HEPR绝缘耐臭氧试验、EPR、HEPR、XLPE绝缘和弹性体护套的热延伸试验、弹性体护套的浸油试验、绝缘吸水试验、低温下PVC绝缘和护套以及无卤护套的性能试验、XLPE绝缘的收缩试验、特殊弯曲试验、HEPR绝缘的硬度试验及HEPR绝缘弹性模量测定。5.电缆外三维耐水剂试验对于M310堆型核电工程K1电缆来说,除了要耐辐射之外还需通过RCC—E规定的LOCA试验。对于AP1000堆型核电工程壳内电缆来说,除了要耐辐射之外,还需通过IEEE383规定的设计基准事故(DBA)环境试验,之后进行事故后水浸试验,电缆将在如下条件下,在水中浸入1年时间。1)水温等于事故最终温度,185.38℉(85.2℃)。2)水的化学pH值为7.80至7.85。3)压力值按试验压力曲线最少加上16.62psi(磅/平方英寸)来模拟水压。在水浸试验结束后电缆外护套应保持完整,在进行40倍电缆外径绕轴弯曲试验后,电缆外护套可能出现裂纹但不应脱落。电缆和绝缘线芯还应通过IEEE383中描述的绕40倍电缆外径后的耐压试验。主要试验比较了ap1000和3m10系列核电站工程电缆的施工和管理1.成品电缆试验电缆的相关试验包括以下4类:1)例行试验。由制造方在成品电缆的所有制造长度上进行的试验,以检验所有电缆是否符合规定的要求。2)抽样试验。由制造方按规定的频度,在成品电缆试样或在取自成品电缆的某些部件上进行的试验,以检验电缆是否符合规定要求。3)型式试验。按一般商业原则对本部分所包含的一种类型电缆在供货之前所进行的试验,以证明电缆具有满足预期使用条件的性能。该试验的特点是:除非电缆材料、设计或制造工艺的改变可能改变电缆的特性,试验做过以后就不需要重做。4)安装后电气试验。在安装后进行的试验,用以证明安装后的电缆及其附件完好。一般是做交流或直流电压试验和绝缘电阻的测量。2.下例试验及内容型式试验和安装后电气试验前面已经介绍,下面主要介绍电缆出厂时需要买方见证的两种试验:例行实验和抽样试验。(1)M310堆型核电工程中低压电缆例行试验M310堆型核电工程中低压电缆出厂验收需做的例行试验包括:1)20℃导体直流电阻测量。20℃导体直流电阻应符合GB/T3956的规定。2)局部放电试验(仅中压电缆做)。应按GB/T3048.12—2007的相关规定进行局部放电试验,试验灵敏度应为10pC或更优。3)交流电压试验。施加3.5倍U0交流电压,持续5min,电缆不被击穿。4)电缆的组成、绝缘线芯标志、护套标志及电缆外观检查。(2)AP1000堆型核电工程中低压电缆例行试验AP1000堆型核电工程中的中压电缆应按照IEC60502—2—2005第16章的要求,成品低压电缆应按照IEC60502—1—2009第15章的要求进行下例试验:1)20℃导体直流电阻测量。2)局部放电试验(仅中压电缆做)。3)交流电压试验。(3)M310堆型核电工程中低压电缆抽样试验M310堆型核电工程中低压电缆出厂验收需做的抽样试验包括:1)结构尺寸测量。绝缘厚度测量、屏蔽结构、护套厚度测量和外径测量应符合工艺规程规定。2)20℃、90℃绝缘电阻试验(仅低压电缆做)。20℃绝缘电阻常数不小于3670MΩ·km,90℃绝缘电阻常数不小于3.67MΩ·km。3)绝缘及护套原始力学性能。绝缘及护套抗张强度及断裂伸长率满足规格书要求。4)绝缘热延伸试验。热延伸(200℃±2℃、10min20N/cm2)试验:试样负载下伸长率≤175%,冷却后永久伸长率≤15%。5)绝缘线芯单根垂直燃烧试验(仅低压电缆做)。应通过GB/T18380.12—2008规定的单根垂直燃烧试验。6)电缆成束燃烧试验(B类)。应通过GB/T18380.34—2008规定的B类成束燃烧试验。(4)AP1000堆型核电工程中低压电缆抽样试验AP1000堆型核电工程的成品中压电缆应按照IEC60502—2—2005第17章的要求,成品低压电缆应按照IE