核电站核级仪控电缆的设计与应用

□顾燕春 王兰兰

一、引言

核电站的电缆数量和种类繁多，包括核岛厂房内使用的核级电缆，也包括常规岛和BOP(核岛配套辅助设施)厂房用的普通电缆。按照电缆的电压等级和用途可分为中压电缆、低压电缆、控制电缆、测量电缆及通信电缆等。对于仪控专业，常用的是测量电缆和控制电缆。本文结合多个项目的实际工作经验，对核级仪控电缆的设计进行了总结，以期为后续的核电工程设计提供一定的借鉴。

二、核级仪控电缆规格书的编制

核级仪控电缆规格书主要用于电缆的采购、设计制造、验收安装等活动。电缆技术规格书编制包括以下设计内容:

(一)法规标准。电缆规格书中首先应明确所适用的法规、标准和规范:核级电缆涉及到核电站的安全，因此，一是需满足我国的核安全法规的要求。二是必须满足用于电缆的制造、检验、验收的国内或国际标准规范。

(二)使用寿命。电缆属于厂房内固定永久安装的设备，现场环境复杂，部分区域存在高温或高放射性情况;现场电缆敷设后，所穿孔洞均需封堵;且仪控电缆托盘内的电缆是多层布置，敷设密集，更换仪控电缆技术上困难，经济代价也非常高，因此，要求电缆的使用寿命应与电站的预期寿期是一致。

(三)设计基准。目前的核电站中，核级仪控电缆的安全等级1E(安全级)、质保等级Q1、质量鉴定等级K1(安全壳内事故工况下可用)、K2(安全壳内正常工况下可用)、K3(安全壳外正常工况下可用)类。设计基准还应包括以下内容:仪控电缆的使用环境:包括安装前环境、安装后运行环境及事故工况下的环境条件。安装要求:电缆的弯曲半径、敷设的牵引力等。结构要求:电缆的铠装、护套、屏蔽、绕包、填充、导体及测量电缆线芯的绞合要求等。

(四)材料选择。设计中应规定电缆导体、绝缘层、内衬层、屏蔽层和外护套等材料的基本技术要求和性能指标。如导体电阻，绝缘电阻常数、绝缘护套的抗拉强度和断裂伸长率等。目前所建核电站都在沿海地区，环境湿度大，含盐雾，为防止导体生锈并保证电缆的电气性能，要求铜导体选用镀锡圆铜导体，导体应满足GB/T3956 的各项指标要求。在火灾情况下，电缆不应导致火焰蔓延，也不能由于电缆燃烧而产生大量有毒烟气致使人员中毒和窒息。因此，要求电缆的非金属部件必须低烟无卤阻燃，电缆燃烧试验应满足GB/T18380 的试验要求。

(五)规格书包括的其它内容。规格书中还应包括对电缆制造阶段的制造检查要求;出厂阶段的检查和验收要求;电缆及芯线的标识要求;包装运输要求;现场操作和文件要求等。

三、电缆制造文件审查

(一)鉴定文件审查。鉴定文件审查是确认核级仪控电缆在整个电站设计运行寿期内，在正常运行、预计运行事件和设计基准事故期间能保证其性能。核实鉴定所依据的法规和标准的适宜性，以确保核级仪控电缆的鉴定要求是适当的;审查拟采购和安装的核级电缆与经过鉴定的电缆的一致性，保证采购和安装的核级电缆的规格和安装方式是被鉴定范围所覆盖的。［1，2］鉴定报告应包括以下内容:电缆说明:电缆各部分的材料、成品电缆的结构、各项参数指标、可燃物含量、关键工艺及电缆性能等。环境因素:鉴定温度、湿度、压力、辐照剂量及剂量率、化学物质种类和浓度、喷淋流量、速率及时间等。安装方式说明:电缆的机械性能和敷设方式。

(二)合同执行阶段审查的文件。在合同执行过程中审查的文件主要包括:制造厂提供的电缆说明书:制造厂应对所供货的各种类型和规格的电缆结构、外形尺寸、各项电气和机械性能等给出详尽描述，设计者审查产品各项参数是否满足规格书或相应标准的要求。制造厂提供的不符合项报告:制造厂应对产品生产过程中任何对规格书的偏离或不一致之处提出不符合项报告。设计者应根据产生的偏离项内容及后果，评判是接收还是拒绝接收。包装运输文件:需说明电缆盘的形式、电缆的包装及运输要求，保证在运输或现场吊装及电缆敷设过程中不会由于电缆盘的损坏而影响现场施工。电缆在运输到现场后有可能会放置数周至数月后才可能敷设安装。在南方梅雨季节或高温多雨的闷热时节，电缆护套不应由于保存不当而出现霉变。运行维护手册:电缆在安装运行中的各种要求及电缆的各项参数指标，如电缆的敷设温度、电缆盘的吊装要求等。

四、核级仪控电缆出厂验收

(一)文件验收。文件验收中应检查原材料采购文件、电缆设计生产的过程文件。原材料采购文件主要包括核级电缆原材料的采购规格书、原材料的合格证、出厂文件，各项入厂检验报告等。通过对这些文件的审查，保证核级电缆的各种原材料均采购自有资质的分包商的合格产品，并具有可追溯性。核级电缆设计生产过程中的文件包括厂内的核级电缆生产检验记录、各类技术文件，如电缆说明书、运行维护手册、出厂验收试验的各项试验报告等。审查各类文件的完整性、正确性，保证文件与产品的一致性和可追溯性。

(二)产品验收。产品验收包括外观检查和试验检查。外观检查是对电缆数量、电缆盘及电缆包装的检查，并检查电缆的标识是否清晰、是否满足规格书的要求，电缆外护套和绝缘线芯的颜色是否与规格书一致。电缆的长度是否在允许的误差范围之内等。试验检查主要根据规格书和标准的要求，进行各项例行试验和抽样试验检查。主要包括:导体直流电阻、绝缘电阻、电压等电气性能试验。结构尺寸、机械性能、护套的热塑性能和燃烧等非电气性能试验。［1］由于有机材料在电缆中所占的比重或总重量的不同会对电缆的燃烧试验结果产生影响;一般应选择有机材料在电缆中所占比重较大的电缆进行燃烧试验。

五、核级仪控电缆设计需要关注的几个问题

(一)仪控电缆导体选择。在初期建造的核电厂中，国内厂家第一次研制生产核级仪控电缆，在综合评估后，测量电缆采用了与控制电缆相同较粗的2 类导体，电缆的电气性能及非金属材料的机械性能，均可以满足要求，实现了核级K3电缆的国产化，打破了国外厂商的垄断，大大降低了电缆的投资。但2 类导体比较粗，电缆的弯曲性、柔韧性较差。在后续的项目中，考虑到仪表端接对电缆的柔韧性要求高;且生产厂家经过多年核级电缆的生产制造，工艺及技术水平有了大幅提升。为便于仪表的现场端接，新的核级仪表电缆采用了较细的5 类导体。

(二)控制电缆线径改进。核级电缆在现场的实际安装使用中可能会出现一些设计中考虑不周或不可预见的问题。对于这些问题，应积极跟踪总结，并在后续的电缆设计中改进。根据秦山二期核电站现场反馈，主控室操作开关的操纵杆变形，操作时出现卡、涩、旋转不灵活等问题。造成此问题的原因之一是:主控室操作盘上开关按钮接线没有经过端子排转接，直接与电缆端接，由于所选用的控制电缆比较粗、硬，使开关操纵杆受力弯曲变形，操作开关扭转力矩变大，造成操作卡涩。在后续电站的设计中，进行了设计改进，通过计算，将以前大量线芯规格为1．5mm2的控制电缆替换1．0mm2的，使电缆变细，硬度降低。并且由于电缆线芯变细，降低了电缆的采购成本及电缆托盘的填充率，在电缆敷设和端接时也较以前方便，为工程实践带来很大的便利，节省了工程造价。

六、结语

核级仪控电缆涉及到核电站的安全运行，因此，核级仪控电缆的设计应能保证电缆的各项性能，从而确保核电站安全功能的执行。在设计中还应总结经验，同时积极紧跟电缆各项研究和新的前沿发展动向，不断完善和改进电缆设计，为核电站提供优质的技术支持和服务。

［1］GB/T12706 -1 额定电压1KV(Um = 1．2KV)到35KV(Um=40．5KV)挤包绝缘电力电缆及附件 第1 部分:额定电压1KV(Um=1．2KV)和3KV(Um=3．6KV)电缆

［2］EJ-T/705《核电厂安全级电缆及现场电缆连接的型式检验》