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核電站用電纜標(biāo)準(zhǔn)的重要性
上海電纜研究所 高級顧問 張兆煥
一、 能源應(yīng)用簡況
據(jù)2002年全國能源消耗統(tǒng)計(jì)，全國商品能源消費(fèi)量為14.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界第二位。其中煤炭占66.1%，石油占23.4%，天然氣占2.7%，水電占7.1%，核電占0.7%。另外全國農(nóng)村消耗秸桿和薪材達(dá)2.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤�？傊覈穗娔芰康膽�(yīng)用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度十分不協(xié)調(diào)。再從電力供應(yīng)的緊缺情況分析，國家最近公布的電力工業(yè)情況，全國2004年一季度發(fā)電量為4794億kWh，全社會用電容量為4805億kWh。2004年第一季度有24個省市拉閘限電。發(fā)電不足的主要原因：⑴除三峽外全國24座重點(diǎn)水電站水量比每年同期少10%以上。⑵發(fā)電用煤供應(yīng)不足，一季度全國煤炭社會庫存量同比下降16.6%，企業(yè)煤炭庫存量同比下降6.84%。⑶鐵路運(yùn)輸制約，鐵路全路裝車滿足率僅35%。2004年全社會用電量約21725億kWh，凈增2844億kWh，同比增長15%左右。全國新增發(fā)電裝機(jī)容量4174萬kW，其中水電817萬kW，火電3185萬kW，核電165萬kW。2004年年底總裝機(jī)容量達(dá)到4.32億kW，提前二年實(shí)現(xiàn)電力“十五”調(diào)整增長目標(biāo)，同比增長10.7%。預(yù)計(jì)到2008年，電力供需趨向平衡或略有富裕，據(jù)悉待批電廠總項(xiàng)目規(guī)模已達(dá)到2.5億kW，這是目前全國裝機(jī)容量的2/3，按此計(jì)算大致年增長率為10.5% ，可見電力建設(shè)發(fā)展之規(guī)模。技術(shù)方面我國將對火電、燃?xì)狻⑺�、核電和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備同時研究發(fā)展。
二、核電站發(fā)展的決策
核電站建設(shè)的審批權(quán)在我國高度集中，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、電力負(fù)荷集中的沿海地區(qū)，核電站將成為電力結(jié)構(gòu)的重要支柱。近日國務(wù)院就進(jìn)一步建設(shè)我國核電站作出決策，批準(zhǔn)了浙江三門、廣東嶺澳擴(kuò)建項(xiàng)目；此外，廣東陽江核電項(xiàng)目和浙江秦山二期擴(kuò)建項(xiàng)目正在報(bào)審過程中。截止2004年7月，我國共有9臺核電機(jī)組投入運(yùn)行。東部沿海其他省份還有幾個核電廠址，目前正在開展前期工作。預(yù)計(jì)到2020年以前，將新建27個百萬千瓦級的核電機(jī)組。也就是說，今后16年中，新增核發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)3000萬千瓦，每年將有二到三個核電機(jī)組開工建設(shè)。到2020年核電在總發(fā)電容量中的比重將從目前1.8%上升到4% 。由于當(dāng)前核電站的運(yùn)轉(zhuǎn)需要大量水源，所以規(guī)劃核電站主要布局是考慮東南沿海省份。關(guān)于核電建設(shè)的投資問題，國外經(jīng)濟(jì)專家認(rèn)為要完成這樣大規(guī)模的核電工程建設(shè)，按保守的估計(jì)，投資也在400億美元以上。中國核工業(yè)集團(tuán)公司，希望新建核電站的平均國產(chǎn)化率能夠達(dá)到60%，這樣估計(jì)有240億美元（約2000億人民幣）的貨物可能國產(chǎn)化。從我國電線電纜行業(yè)分析，在目前電纜制造技術(shù)水平上，再進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)備和產(chǎn)品開發(fā)，電線電纜的國產(chǎn)化率可達(dá)到95% 以上。
三、目前核電站用電纜基本情況
常規(guī)電廠用電纜，無論是電力、控制、儀表、數(shù)字和熱偶電纜，國內(nèi)制造技術(shù)已經(jīng)成熟，生產(chǎn)能力富裕。但核電廠的非常規(guī)發(fā)電區(qū)域用電纜，仍有一些問題需要解決。進(jìn)一步提高現(xiàn)有的1E級K3類電纜質(zhì)量和品種開發(fā)，同時1E級K1類電纜及其試驗(yàn)基地的建設(shè)，也是當(dāng)前應(yīng)考慮的任務(wù)。既然核電站發(fā)展是當(dāng)務(wù)之急，那么核電站用電纜的標(biāo)準(zhǔn)問題也必然會提上日程上。我國核電站設(shè)計(jì)受法國、美國和俄羅斯三方面的影響，因此核電設(shè)計(jì)部門對電纜技術(shù)要求并不完全統(tǒng)一，從而各電纜廠的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，從安全性、可靠性和強(qiáng)制性的觀點(diǎn)來看，1E級電纜標(biāo)準(zhǔn)是否可由多方面聯(lián)合起草，并制定為國家標(biāo)準(zhǔn)，這個問題比較復(fù)雜，需要多方面進(jìn)行協(xié)調(diào)。國內(nèi)1E級電纜是這樣定義的：指完成反應(yīng)堆緊急停堆；安全殼隔離、堆芯應(yīng)急冷卻、反應(yīng)堆余熱導(dǎo)出、反應(yīng)堆安全殼的熱導(dǎo)出；防止放射性物質(zhì)向周圍環(huán)境排放等功能的電氣系統(tǒng)設(shè)備的安全級。K3 類電纜是指在安全殼外處，在正常情況和地震荷載下能執(zhí)行其規(guī)定功能的電纜。按此定義要求作為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)也并不過分，并且標(biāo)準(zhǔn)制定的準(zhǔn)備工作和具體操作宜快而不宜怠。從用途來說，核電用電纜品種與一般火力發(fā)電廠基本相同，但其材料組成和試驗(yàn)項(xiàng)目則有較大的差異。主要品種有1 kV及以下電力電纜、控制電纜、儀器儀表電纜、熱偶補(bǔ)償電纜以及6/10kV等級電力電纜。當(dāng)前國內(nèi)的絕緣以交聯(lián)聚烯烴為主，護(hù)套以熱塑性聚烯烴為主，今后可能需要增加乙丙橡膠絕緣和交聯(lián)聚烯烴護(hù)套品種的應(yīng)用比重。1E 級 K1 類電纜，需要經(jīng)受輻射試驗(yàn)，大概情況如下：(1)熱老化試驗(yàn)，美國為 138℃ 300小時，相當(dāng)于使用 40 年。(2)輻照試驗(yàn)，老化試驗(yàn)后用鈷源進(jìn)行γ射線輻照試驗(yàn)，美國對緩和環(huán)境電纜的吸收劑量規(guī)定為 7×105 Gy ，對嚴(yán)酷環(huán)境為15×105 Gy 。(3)模擬 LOCA-HELB 試驗(yàn)，電纜放在容器內(nèi)以規(guī)定的溫度、蒸汽壓力和時間進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)，同時噴射化學(xué)溶液，常采用含 1.5% 硼酸溶液，并在室溫下用氫氧化鈉調(diào)節(jié)其 pH 值至 10.5 作為溶液。噴射流量對水平投影面為34.2 i/min m2。(4)浸水耐電壓試驗(yàn)，在γ輻照試驗(yàn)后，對緩和環(huán)境電纜，卷繞在20 倍電纜外徑在金屬圓柱體上，對嚴(yán)酷環(huán)境電纜則為 40 倍徑，然后浸入室溫水中，以 3.15 MV/m 梯度施加電壓，5分鐘不擊穿為合格。以上僅是核電站用電纜試驗(yàn)的概略說明，實(shí)際試驗(yàn)還有許多具體細(xì)則。
四、當(dāng)前各電纜廠貫徹企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的問題
企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由工廠自行制訂，由地方行政管理，按理說在貫徹上不存在問題，但實(shí)際情況并不完善。以下僅對二問題來說明：(1)我國對所有1E級K3類電纜要求通過熱壽命評定試驗(yàn)，評定結(jié)果應(yīng)不低于40 年，爭取60年。在這項(xiàng)試驗(yàn)中，首先是設(shè)計(jì)部門對烘箱要求不同，有的同意采用GB/T 2951（等同IEC 60811）規(guī)定的烘箱，有的則要求采用UL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的烘箱，不同烘箱的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)當(dāng)然由差異。其次是試驗(yàn)樣品的置備問題，采用專門置備樣品的試驗(yàn)結(jié)果比較穩(wěn)定，相反從成品上直接取樣，試驗(yàn)結(jié)果并不樂觀。壽命評定需要進(jìn)一步理性地分析和處理。(2)低壓電纜的絕緣線芯要求通過單根垂直燃燒試驗(yàn)，對于小規(guī)格低壓電纜絕緣線芯事實(shí)上較難通過這項(xiàng)試驗(yàn)。從本質(zhì)上說，這項(xiàng)試驗(yàn)是必要的，因?yàn)殡娎|進(jìn)入控制柜內(nèi)部后，所有絕緣線芯暴露在控制柜內(nèi)部空間，倘若在較高溫度下，絕緣有較多可燃?xì)怏w釋放，可燃?xì)怏w積聚到一定濃度后可能爆炸。假如進(jìn)一步分析這項(xiàng)試驗(yàn)的真實(shí)意義，那么目前所采用的單根燃燒試驗(yàn)方法，其適應(yīng)性是否應(yīng)進(jìn)一步考證，有待研討，對材料的改進(jìn)和試驗(yàn)方法合理性協(xié)調(diào)，估計(jì)問題會滿意解決。此外還有護(hù)套開裂問題，至今也沒有可靠的檢驗(yàn)方法，也許需要驗(yàn)證。至于成品電纜的絕緣電阻、通過 B 類成束燃燒試驗(yàn)、絕緣和護(hù)套燃燒時酸性氣體逸出量及其水溶液 pH 值和電導(dǎo)率符合無鹵低煙的規(guī)定等技術(shù)要求，大部分電纜廠均有能力做到，供需雙方容易達(dá)成一致意見。
五、結(jié)語
大致在上世紀(jì)80年代中期，我國在消化并結(jié)合美國火力發(fā)電站規(guī)范的基礎(chǔ)上，開始研究發(fā)展核電站用電線電纜，原第一機(jī)械工業(yè)部下達(dá)任務(wù)：由上海電纜廠和沉陽電纜廠試制電纜，由上海電纜研究所進(jìn)行電纜的全面評測，該階段的工作雖然帶有摸底性質(zhì)，但對以后的開發(fā)很有幫助。上世紀(jì)80年代后期，大亞灣核電站的大量進(jìn)口電纜護(hù)套發(fā)生開裂，委托上海電纜研究所進(jìn)行試驗(yàn)，并分析了產(chǎn)生開裂的根本原因，最后外商同意經(jīng)濟(jì)索賠。由于時間上不可能由外國重新提供電纜，所以必須更換的電纜由上海電纜廠及時供應(yīng)并運(yùn)行正常。上世紀(jì)90年代中期和后期，我國加快了核電站建設(shè)步伐，核電站用電線電纜制造廠已進(jìn)入市場競爭階段。至今上海電纜研究所電線電纜檢測中心和技術(shù)開發(fā)中心，已相繼進(jìn)行了十次以上的核電站用電線電纜測試和評定，結(jié)果說明要生產(chǎn)出全面優(yōu)質(zhì)的核電站用電線電纜，技術(shù)上也不是輕易的事，就最近二年內(nèi)，已交貨待使用的電纜，仍發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。今后更多的核電站用電線電纜要上市，更應(yīng)該重視線纜質(zhì)量問題。聯(lián)想而知，加強(qiáng)制造廠、設(shè)計(jì)院和研究所廣泛協(xié)作，聯(lián)合制訂定標(biāo)準(zhǔn)事項(xiàng)尤為重要。有利于對電纜結(jié)構(gòu)、材料、工藝和試驗(yàn)深入探討、驗(yàn)證以及更多的研究工作，以便高水平地完成我國自主的核電站用電線電纜標(biāo)準(zhǔn)制訂。