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核电站1E级电缆技术应用发展

发布时间:2014年04月15日    点击数:

核电站1E级电缆技术应用发展

一、总的发展形势

  核电站建设的审批权,我国高度集中,预计到2020年以前,将新建27座到32座百万千瓦级的核电机组。也就是说,从2004年算起,在16年中,新增核发电装机容量将达3000万千瓦左右,每年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%。

  由于目前核电站的运转要大量水源,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%,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。我国目前建设的核电站主要是压水堆系统。

二、无卤低烟阻燃热塑型聚烯烃护套的开裂

  无卤低烟电缆料的三角形概念,至今仍有效。电气、机械、阻燃性能三足鼎立,一只角度大了。另二只角度就减小了。无卤低烟护套的开裂是比较严重的缺陷,进口电缆也有发生开裂。为此材料和电缆厂都费尽心机,也不都有把握。护套开裂问题,并不只发生在核电站,其他产品也出现这类事故。以下提出了一些注意的问题,有助于降低护套开裂的几率:

(1)选择断裂伸长率较高热塑护套料,如200%,但成本增加,氧指数也降低。

(2)采用较大的挤塑机,控制较小的挤出量。

(3)采用低压缩比螺杆,用目数小的滤网,选择适配护套料。

(4)加强控制各段螺杆温度、机头和模口温度。

(5)采用交联型无卤低烟护套,成本增加,设备需改造。

(6)还有其他途径,假设采用EVM橡胶,VA含量40-80%,情况又如何?

三、K3类电缆四十年使用寿命的确认

  验证寿命有一定的抽象含义,阿累尼乌斯公式是常用的手段。新材料寿命评定试验是一项研究工作,不应是标准考核指标,40年时间很长,用相对较短时间加速老化试验,推算结果,也不会刚好等于40年,可能为20~60年之间,这不能轻易判定新材料是否符合使用要求。

  加速老化试验方案设计的温度范围、温度级差、试样形状、试样与空气接触表面积、试样厚度、试样制作工艺、批量试样材质均匀性、试样寿命终止参数以及烘箱换气量等等,均对推算结果有影响。设计一个比较完美的方案,需要经过多次的前期验证工作,才能得到比较满意的结论。

  我国生产的1E级K3类电缆已有多年,通过鉴定的产品,都进行过40年寿命评定。出于各种利益,有的认为有效;有的认为基本可信;有的认为基本不可信;更有的认为要全盘推翻,从新开始洗牌。其实只要最终用户认可,才是最实在的。不妨读一下美国的观点,这一解释可参考EBASCO规范对于物理寿命试验的结论中得到证实。

  该结论内容如下:《在电缆设计寿命期间,电缆工作中所出现情况,在实验室内找不到完全等效施加物理条件的加速试验方法,只得应用阿累尼乌斯技术或其他实验室技术。加速热寿命试验只能提供材料的相对热寿命数据,进一步看,由丁基橡胶绝缘电缆推测的结果说明,采用阿累尼乌斯技术的加速寿命试验数据,外推法所导出的寿命时间,比实际寿命低。虽然这样的数据,作为许可的概括性原则是不充分的。

  然而看来似乎可以说明这样一点:一种新型绝缘加速热寿命情况,与这种新绝缘已经得到充分确认具有优越的长期服务记录,二者的对比是这种新绝缘能够长期使用的有利的证明》。从这个结论得到启发,用于低压电缆的正常质量的非阻燃交联聚乙烯绝缘,自发明至今最长的辐照交联已超过50年,化学交联和硅烷交联也超过40年,从长期90℃热寿命来看,达到40年的运行寿命国际上已没有怀疑。但是用于低压电缆的正常质量的高填充物无卤阻燃交联聚乙烯绝缘,自发明至今最长的材料未超过30年,实际使用中未发生热老化而失效,当然要证明达到40年运行寿命的理由还不够充分。

  但是应用相对温度指数对比试验,仍可以说明它的本质问题。

四、无卤低烟护套电缆的抗开裂性检验的尝试

现行标准的抗开裂试验方法,不能有效的检验护套的抗开裂性,至还今没有标准的检验法。在试样上造成预应力,是能促使开裂的主要因素。

(1)取4或8段成品电缆作为试样,分别在四个方向弯曲试样,试样二端绑在一起固定,圆圈的内径取电缆外径的4~8倍。使电缆在四个方位有拉伸预应力。

(2)将试样进行冷热循环处理,高温点不高于电缆工作温度,低温点不低于零下10℃,高温持续2h,室温2h,低温2h,室温2h,这样作为一个冷热循环,循环次数自定,不同材料的循环次数不一定相同。

(3)所有样品的护套应无开裂。

(4)也可剥下护套,沿圆周四个部位切取4或8个条形试片,取直径为3~6倍试片厚度的铜棒,条形试片缠绕在铜棒上,并加以固定,进行上述冷、热循环试验。循环次数自定,试片无裂纹。

要完全解决无卤低烟护套的开裂,确实有一定难度,假如换一种思路,走低烟低卤橡胶型技术路线,问题就能迎刃而解。最近美国介绍核电站用电缆,并不强调无卤低烟,建议采用低烟氯磺化聚乙烯护套。如果我国从美国引进核电站技术,也许会改变唯一认可无卤低烟技术路线。

五、关于K1类电缆

K1类电缆的用量比K3类电缆少得多,而开发成本高出数倍,因此研发K1类电缆厂也相对少得多。目前少数电缆厂的一部分K1类品种电缆通过了技术鉴定。

根据经验,K1类电缆采用乙丙橡胶绝缘和乙丙橡胶护套结构,比较有把握通过泄漏事故试验。交联聚烯烃绝缘和交联聚烯烃护套结构,相对不易通过泄漏事故试验。当然不是排斥采用交联聚烯烃。

目前国内的泄漏事故试验,在原则上参考IEEE383-1974进行,该标准本身也说明试验条件允许变动,前几年国内试验设备不完善,试验方法未规范化。

信息来源:高温电线电缆

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