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摘要：核电站电缆是核电站的重要电气配套产品之一，核级电缆的性能参数、质量要求、制造技术和验收规则比一般电缆高很多。核级电缆与普通电缆比较，它具有无卤低烟特性、阻燃性能、抗地震性能、耐长期功能老化性能、和在90℃工作温度下具有40年以上的使用寿命等特点。目前国内已能生产1E级K3类核级电缆并积累了一定的设计与制造经验，但由于我国核级电缆的研制起步较晚，电缆标准尚不很成熟，尤其是田湾核电站采用的是俄罗斯机组，其对电缆的要求与国际、国内其它核电站有所不同，因而在此类电缆的采购和监造过程中，有经验，也有教训。本文根据田湾核电站在K3类电缆整个采购过程中对采购技术准备、生产制造、现场敷设所发现的问题处理和实践经历，论述了核电站K3类电缆采购管理方法，并对采购和监造过程进行了分析总结，仅供今后相同或类似工程进行借鉴和参考。
1. 田湾核电一期1E级 K3类电缆情况简介
1.1 定义
1E级——完成反应堆紧急停堆：安全壳隔离、堆芯应急冷却、反应堆热导出、反应堆安全壳的热导出：防止放射性物质向周围环境排放的电气系统的安全级。
K3类——安装在安全壳外，须在正常运行工况的相应环境条件下以及在地震载荷下，能保证执行其功能的设备和系统。
1.2 相关技术文件
《K3类电缆技术规格书》以及国际、国内电缆标准。
1.3 电缆的用量
田湾核电站一期工程电缆总用量约为6000多公里，其中1E级 K3类电缆约4000多公里，K3类电缆共投资约1.3亿元人民币。
1.4 1E级K3类电缆的种类
主要包括：6/10KV电力电缆、0.6/1KV电力电缆、0.6/1KV控制电缆、300V/500V仪表电缆、300/500V热电偶补偿电缆、通讯电缆和测量用的特殊同轴电缆等。
2 田湾核电一期1E级K3类电缆的主要技术要求
1E级K3类典型三芯电缆结构形式如下图：
2.1导体
除补偿电缆外，其它电缆的导体均采用软铜线或镀锡铜线，导体结构性能应符合IEC60228：1978标准的有关规定。
2.2绝缘材料
核电站用低烟无卤低毒低灾害电缆所用的关键原材料必须有高的电气机械性能，同时具有优良的低烟无卤低毒阻燃性。绝缘材料有多种，如交联聚乙烯、辐照阻燃交联聚烯烃、乙丙橡胶、阻燃乙丙橡胶等。
2.2.1交联聚乙烯
三种交联方式（辐照交联、化学交联、温水交联）具有高的电气机械性能、耐长期工作温度90℃，瞬时短路温度可达250℃（4s）的特性，但阻燃性能不好，在1E级K3类电缆的绝缘中可与辐照阻燃交联聚烯烃组合，发挥其电气性能的特点，做绝缘内层。
2.2.2辐照低烟、无卤阻燃交联聚烯烃
该材料具有优良的低烟、无卤阻燃性能、低毒性、低腐蚀性、耐长期工作温度90℃有效工作时间达40多年。瞬时短路温度可达250℃（4s）的特性，可以与交联聚乙烯共同组成具有单芯阻燃性能的1E级K3类电缆的外阻燃绝缘层。
2.2.3 乙丙橡胶
该材料具有卓越的电绝缘性能，在K3类1E级电缆中分为6 kV高电性乙丙橡皮配方和1KV无卤低烟阻燃橡皮配方两种。经过氧化物硫化后，长期工作温度达90℃有效工作时间达50年，瞬时工作温度达250℃（4s）。配方中加入阻燃性无机填料及复合阻燃剂后，氧指数极大的提高，并可通过电缆的单芯燃烧试验。是K0、K1、K2、K3、类电缆的理想绝缘材料。但价格相对较贵。
2.2.4几种绝缘材料的主要性能
老化前抗张强度、断裂伸长率
2.3电缆填充料
电缆填充料以聚烯烃等高分子材料为主，含有特种无机无卤阻燃剂、消烟剂等，具有优良的阻燃性、高氧指数，极好的隔热、隔氧性，无卤、低烟、低毒性。加入填充料的电缆，极大地提高了电缆阻燃性能、机械性能，增加了电缆的圆整度，与绝缘90℃的工作温度相配套。其填充形式可分为两种，即挤出型、填充条型。
2.4护套材料
护套材料以聚烯烃为基材，含有特种无卤阻燃剂，消烟剂等，阻燃性能优良、有较高的氧指数、低毒性、较好的机械物理性能等。适用于线芯工作温度90 ℃低烟无卤高阻燃电缆护套。
热塑型无卤低烟阻燃护套主要性能要求见下表：
2.6电缆阻燃要求
电缆的阻燃，是1E级K3类电缆的核心技术。所以应是重点检验的项目，它直接代表了电缆的质量水平，目前，国际上又都相继出台了更严格的标准，如美国的IEEE383，其对电缆单芯阻燃的要求虽苛刻，但是先进的、可靠的。
2.6.1绝缘线芯的阻燃试验
该试验应满足IEC60332-1：1993标准，试样为一根长度（600±25）mm的成品电线或电缆，喷灯与试样垂直轴线成45度角，连续供火时间如下表：
性能要求：如果上支架下缘与碳化部分起始点之间的距离大于50mm，则电线或电缆通过本试验；如果燃烧向下延伸至离上支架下缘大于540mm时，应判为不合格。
2.6.2 电缆成束燃烧试验
该试验应满足IEC60332-3AF标准，试验应由若干根相同长度的电缆组成，每根电缆的最小长度为3.5m，试样根数应使每米所含的非金属材料的总体积为7L。非金属材料Ci的体积Vi计算公司如下：
Vi＝Mi/（рi ×l）
Mi——材料Ci的质量，kg
рi——材料Ci的密度，kg/dm3
1——试样电缆的长度
注：每米电缆所含的非金属材料的总体积V等于各种非金属材料的体积的总和。
性能要求：供火时间为40min，燃烧停止后，在试样上测得的碳化部分的最长距离应不超过喷灯底边以上2.5m。
2.7 热老化寿命试验（型式试验）
核电站的工作寿命要求40年，要求电缆使用寿命达到40年，用热老化寿命评定试验来推断电缆的寿命。
热老化评定的基本原理：lnτ＝a+b/T
τ——产品在温度T条件下工作的寿命（h）
T——工作温度（K）
a，b——待定系数
2.7.1 寿命评定试验方案设计
试验方案参考IEC216标准，交联聚乙烯电缆的常规老化试验为135℃，168h（法国标准要求240h），因此可以确定135℃为最低试验温度，寿命评定试验温度的每个级差取15℃，共有4个试验温度点，最高试验温度为180℃，试验时间延续到5000h左右。
2.7.2 试样
试样应当符合国内试验标准的规定，试样应具有实际代表性，从绝缘线芯上剥取管状试样，管壁厚约1mm，外径约3mm，在进行老化试验之前，应进行其他有关试验，如热延伸等，以确认试样的工艺和性能正常。
2.7.3 寿命终止参数的选择
绝缘材料热老化过程中有两个特征参数，即抗张强度和断裂伸长率，在本试验过程中，断裂伸长率的下降速度比抗张强度快，因此，选断裂伸长率为寿命评定参数，取断裂伸长率保留率50％作为寿命终止点。
2.7.4 数据处理及寿命推算
根据IEC-60216-1导则及相关数学原理，先应用作图法，分别绘制出4个温度的断裂伸长率保留与时间的关系，并根据假设的寿命终止点标出时间。
3采购管理概况
采购过程控制流程
合格供应商的选择和评价 → 技术依据 → 计划数量 → 比质比价确定供方 → 质量计划的提交和审批 → 开工检查 → 生产过程监造 → 验收
3.1 合格供应商的选择和评价
评价组优先在我公司合格潜在供方数据库中选择合格供方，或通过设计院推荐、上网查询、登报等其他形式获得潜在供方的有关信息，然后对所选定的潜在供方进行源地考查和资料评审，确定其是否有能力生产或提供规定质量的物项或服务。
3.2 技术依据
K3电缆采购技术规格书和有关电缆生产的标准规范。
3.3计划数量
来自于设计及设计变更。
3.4 比质比价确定供方
接到下达的采购任务后，将需采购的物项发给有资质的潜在供方，通过比质比价来确定供方。
3.5质量计划的提交和审批
对于质保QA3级以上的物项，供方必须编制质量计划，并提交业主审查、批准。
3.6开工检查
对于重要物项，首批投产前最好进行开工检查，以验证原 材料的质量，确定工艺流程和对成品的验证试验。
3.7过程监造
对于生产过程中的重要工序需要派员监造，以保证产品质量。
3.8 验收
同一批产品生产完毕后，由需方按照验收大纲进行出厂验收，来验证产品质量，将发现的质量问题关闭在出厂之前。
4.出现的问题及其处理方法
在电缆采购初期，由于人员少，任务紧急，导致电缆生产制造过程中的关键工序没有进行监造，虽然验收时进行了各种试验和检验，并对交货资料进行了逐一核查，但现场敷设时还是发现了一些问题，具体如下：
4.1 A电缆厂K3类电力电缆外护套开裂问题
2003年4月施工现场连续发现A电缆厂生产的WL-YJE 1kV 5x185mm2电缆和WL-YJE 1 kV 5x120mm2电缆出现外护套径向与纵向同时开裂现象。对此，田湾核电业主专门组织了有有关专家参与的联合检查组到现场实地查看了电缆的敷设、开裂等情况，并从质保、技术、商务三方面对A电缆厂进行了检查。
检查组认为：大截面低烟无卤阻燃电缆外护套开裂的机理比较复杂，有原材料、工艺、技术等方面的诸多因素，而A电缆厂在各方面的管理是存在问题的，如所选用护套材料的机械性能裕度较小、材料相对较硬、没有有效地执行《田湾核电站质量保证大纲》的程序等。通过现场取样到第三方做的护套的机械性能检验，检验结果不能满足相关标准要求，（见表）最后得出结论：电缆外护套的开裂，完全是由于电缆原材料的质量、电缆加工工艺等存在问题而引起的，该厂选用的护套材料是英国威廉姆斯生产的Megolon S340和S500价格低廉、性能偏低，所测得的机械性能及延伸率都在标准上下徘徊，这种质量的电缆根本无法保障核电站的安全运行。
通过专家多方论证，确认了电缆必须报废的结论。江苏核电有限公司当即决定对已敷设及到货的该厂的价值2000多万元的K3类电缆全部更换，并做退货处理。
A电缆厂WL-YJE（K3）0.6/1 kV电力电缆护套机械性能检测情况表：
截面mm2检测项目单位标准要求实测评价
1×240老化前伸率％≥120110不合格
老化后变化率％±25﹢32不合格
2×240老化前伸率％≥120105不合格
老化后变化率％±25+31不合格
4×95老化前伸率％≥120100不合格
老化后变化率％±25-20合格
4×240老化前伸率％≥12090不合格
老化后变化率％±25-11合格
5×120老化前伸率％≥12095不合格
老化后变化率％±25-16合格
5×185老化前伸率％≥120105不合格
老化后变化率％±25-24合格
检验单位：电力工业部电气设备质量检验检测中心
4.2 B电缆厂6 kV电缆的电压等级问题
2003年6月调试管理处电气工程师在现场跟踪安装单位做电缆的电压试验时发现6 kV电缆试验用电压太低，经检查B电缆厂供货的6KV电缆的电压等级为3.6/6 kV，有三种规格：3×120 mm2，3×150 mm2，3×185 mm2 此类电压等级的电缆，对于俄方设计的无有效接地系统线路的电路系统，电缆的导体与接地间的额定电压不能满足短路状态下的瞬间电压要求，属于俄方设计缺陷，并且俄方技术规格书中对中压电缆的电压等级书写不规范：将3×185mm2、3×150mm2、3×120mm2三种电缆的电压等级书写为6 kV，而将1×800mm2电缆的电压等级书写为10 kV。在出现上述问题后，核电公司有关人员针对中压电缆电压等级问题咨询了俄方设计院，俄方回函明确3×185mm2、3×150mm2、3×120mm2三种电缆的电压等级为3.6/6 kV。
根据国标GB12706-91规定电缆电压如下解释：
U0-电缆设计用的导体与屏蔽或金属套之间的额定电压。
U-电缆设计用的导体之间的额定工频电压。
Um -设备最高电压（使用设备的系统最高电压的最大值） 单位：kV
UUmU0
第一类电缆第二类电缆
11.20.60.6
33.61.83.6
67.23.66
101268.7
1517.58.712
20241218
35422126
U0按系统接地故障时间不同分为两类：
第一类电缆用于单相接地故障时间每一次一般不大于1min 的系统，亦可用于最长不超过8h，每年累计不 超过125h的系统。
第二类电缆用于接地系统故障时间更长的系统，对于电缆绝缘性能要求较高的场合，也应采用第二类。
如果线路中，中性点有有效接地系统，则线电压与相电压为3的1/2次方倍的关系，即1.732倍，那样3.6/6 kV的电缆可以使用。而俄方设计为中性点无有效接地系统，发生故障时中性点电位升高，故3.6/6 kV的电缆不可使用。虽然28公里3.6/6 kV电缆已经敷设完毕，但考虑到安全第一的原则，并参考其他核电站经验，决定将该3.6/6 kV电缆全部更换为6/10 kV电力电缆。
4.3电缆剩余问题
随着田湾核电一期工程的进展，1＃、2＃机组K3类电缆敷设工作已接近尾声，现场所需电缆数量有限，在技术条件满足现场需要的情况下，最大限度的利用了库存电缆，但是截至目前为止，K3类电缆库存数量仍约有600多公里。
4.3.1电缆剩余原因分析
第一种原因：俄方订单数量远大于电缆敷设清册中设计数量造成的电缆剩余。
第二种原因：由于俄方下错订单而造成的电缆剩余。如下达给常州某厂的K3类仪表电缆900m而俄方误写成900km，虽然被发现，但厂家已经生产了100多公里，且已供货到田湾核电站现场，造成电缆剩余。
第三种原因：由于中方技术要求改变：仪表电缆、控制电缆要求单芯阻燃，所以原来采购的无单芯阻燃性能的电缆便无法使用，造成电缆剩余。
第四种原因：由于设计方选用的电缆规格品种多，根据电缆敷设特点，其订货量略大于敷设量，积少成多，造成电缆剩余。
第五种原因：所有电缆几乎全部开箱，所以合同中各厂预留30万元的整盘电缆退货条款无法执行，造成电缆剩余。
4.3.2剩余电缆处理方法
针对K3类电缆剩余库存数量的问题，我们在2003年10月份就已经开始启动电缆代用工作，在设计处和各施工单位的大力协助下，并以变更单和澄清单的形式经过技术确认，截至目前为止，电缆代用数量约159km，代用电缆的价值约400多万。
5. 田湾核电一期1E级K3类电力电缆采购管理体会
通过1E级K3类电力电缆采购管理有以下几点体会：
5.1 加强驻厂监造
设备产品本身质量是核电站的生命，对于核级电缆每一道生产工序质量都应严格控制，任何一道生产工序质量控制不好，都有可能影响最终产品质量，对买卖双方都会造成不可估量的损失。通过对K3类电缆整个采购过程中所出现的问题来看，驻厂监造不是没有必要，而是非常必要的。通过驻厂监造可以对整个生产过程全过程进行监督，对制造中出现问题买卖双方可以共同及时解决，驻厂监造是一种非常有效的质量控制方法（就好比在施工现场业主方对施工单位的面对面质量监督）。A电缆厂外护套开裂问题就是一个反面例子，在此之后，对K3类电缆制造加大了驻厂监造力度，在制造质量控制方面取得了较好的效果。
5.2注重借鉴同行经验
在国内部分核电站，K3类电缆是要求单芯阻燃的（设计上考虑电缆端接时，阻燃护套需要剥离，绝缘线芯裸露，在火灾事故下，线芯不阻燃，极易发生电气短路事故），而在田湾核电1＃机组俄方技术规格书没有作此要求。根据国家核安全局的要求，2＃机组施工时，除6/10 kV电力电缆（6/10 kV乙丙橡胶绝缘电力电缆为单层高电性乙丙橡皮绝缘结构，不要求单芯阻燃）以外，其余K3类电缆均增加了绝缘线芯单芯阻燃的要求。所以对俄方的技术规格书，我们应当认真审查，注重参照国内其它核电站同行的经验。
5.3 严格控制采购数量
在田湾核电一期K3类电缆采购时由于种种原因，导致了目前田湾核电站K3类电缆库存数量仍有600多公里。在以后的工程中采购K3类电缆时，如果设计单位给出了电缆需求的总清单数量，可以先采购30～40％，然后根据现场电缆敷设进度，逐步采购以满足现场施工需要，同时也不会造成大量的库存积压；如果由于设计滞后导致设计单位不能给出了电缆需求的总清单数量，应该由施工单位根据现场已设计出的电缆敷设清单，统计所需的电缆数量报送核电公司，这样控制电缆采购数量，既能满足现场需要，又不会造成大量的库存积压，可以对电缆的采购数量和到货进度做到很好的控制。另外，俄方技术规格书中，对各种规格品种的电缆规定过细，而相同型号的电缆，接近截面完全可以互用，这样就可减少电缆品种，既方便使用，又可避免繁琐的变更和大量的电缆剩余。
6. 总结
目前国内已能生产1E级K3类核级电缆，并积累了一定的设计与制造经验，但由于我国核级电缆的研制起步较晚，电缆标准尚不很成熟，尤其是田湾核电站采用的是俄罗斯机组，俄方设计人员对电缆的要求与国际、国内其它核电站有所不同，因而在此类电缆的采购和监造过程中，有经验，也有教训。本文通过田湾核电站在K3类电缆整个采购过程中对采购技术准备、生产制造、现场敷设所出现的问题和处理实践经历，论述了核电厂K3类电缆采购管理方法，并对采购和监造过程进行了分析总结，仅供今后相同或类似工程进行借鉴和参考。
参考文献
[1]《K3类电缆技术规格书》――LYG-0-PD24-24-13530-TS-23E-D
[2]《额定电压1～30KV挤包绝缘电力电缆及附件》——IEC60502-199
[3]《电缆绝缘和护套材料通用试验方法》—GB/T2951.1～2951.10-1997
[4]《船用电力和通信电缆护套材料》——IEC60092-359：1999
[5]《船用电力和通信电缆绝缘材料》——IEC60092-351：2000
[6]《电缆在火焰条件下的燃烧试验》——IEC60332-1～3
[7]《电气绝缘材料 耐热性》——IEC60216：2001
[8]《核电站用IE级电缆、现场接头和连接件型式试验》——IEEE383
[9]《电缆的导体》——IEC60228：1978
[10]《电线电缆识别标志方法》——GB6995.1.86
论文作者:温凤丽
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/3
标签：电缆论文; 护套论文; 核电站论文; 阻燃论文; 核电论文; 电压论文; 采购论文; 《建筑学研究前沿》2018年第11期论文;