据 2002 年全国能源消耗统计,全国商品能源消费量为 14.8 亿吨标准煤,居世界第二位。其中煤炭占 66.1% ,石油占 23.4% ,天然气占 2.7% ,水电占 7.1% ,核电占 0.7% 。另外全国农村消耗秸杆和薪材达 2.8 亿吨标准煤。总之我国核电能量的应用与经济发展速度十分不协调。再从电力供应的紧缺情况分析,国家最近公布的电力工业情况,全国 2004 年一季度发电量为 4794 亿 kWh ,全社会用电容量为 4805 亿 kWh 。 2004 年{dy}季度有 24 个省市拉闸限电。发电不足的主要原因: ⑴ 除三峡外全国 24 座重点水电站水量比每年同期少 10% 以上。 ⑵ 发电用煤供应不足,一季度全国煤炭社会库存量同比下降 16.6% ,企业煤炭库存量同比下降 6.84% 。 ⑶ 铁路运输制约,铁路全路装车满足率仅 35% 。 2004 年全社会用电量约 21725 亿 kWh ,净增 2844 亿 kWh ,同比增长 15% 左右。全国新增发电装机容量 4174 万 kW ,其中水电 817 万 kW ,火电 3185 万 kW ,核电 165 万 kW 。 2004 年年底总装机容量达到 4.32 亿 kW ,提前二年实现电力 “ 十五 ” 调整增长目标,同比增长 10.7% 。预计到 2008 年,电力供需趋向平衡或略有富裕,据悉待批电厂总项目规模已达到 2.5 亿 kW ,这是目前全国装机容量的 2/3 ,按此计算大致年增长率为 10.5% ,可见电力建设发展之规模。技术方面我国将对火电、燃气、水力、核电和风力发电设备同时研究发展。
qq核电站建设的审批权在我国高度集中,我国经济发达、电力负荷集中的沿海地区,核电站将成为电力结构的重要支柱。近日国务院就进一步建设我国核电站作出决策,批准了浙江三门、广东岭澳扩建项目;此外,广东阳江核电项目和浙江秦山二期扩建项目正在报审过程中。截止 2004 年 7 月,我国共有 9 台核电机组投入运行。东部沿海其他省份还有几个核电厂址,目前正在开展前期工作。预计到 2020 年以前,将新建 27 个百万千瓦级的核电机组。也就是说,今后 16 年中,新增核发电装机容量将达 3000 万千瓦,每年将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% 。由于当前核电站的运转需要大量水源,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% ,这样估计有 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。 qq常规电厂用电缆,无论是电力、控制、仪表、数字和热偶电缆,国内制造技术已经成熟,生产能力富裕。但核电厂的非常规发电区域用电缆,仍有一些问题需要解决。进一步提高现有的 1E 级 K3 类电缆质量和品种开发,同时 1E 级 K1 类电缆及其试验基地的建设,也是当前应考虑的任务。既然核电站发展是当务之急,那么核电站用电缆的标准问题也必然会提上日程上。我国核电站设计受法国、美国和俄罗斯三方面的影响,因此核电设计部门对电缆技术要求并不xx统一,从而各电缆厂的企业标准也不尽相同,从安全性、可靠性和强制性的观点来看, 1E 级电缆标准是否可由多方面联合起草,并制定为国家标准,这个问题比较复杂,需要多方面进行协调。 国内 1E 级电缆是这样定义的:指完成反应堆紧急停堆;安全壳隔离、堆芯应急冷却、反应堆余热导出、反应堆安全壳的热导出;防止放射性物质向周围环境排放等功能的电气系统设备的安全级。 K3 类电缆是指在安全壳外处,在正常情况和地震荷载下能执行其规定功能的电缆 。按此定义要求作为强制性国家标准也并不过分,并且标准制定的准备工作和具体操作 宜快而不宜怠。从用途来说,核电用电缆品种与一般火力发电厂基本相同,但其材料组成和试验项目则有较大的差异。主要品种有 1 kV 及以下电力电缆、控制电缆、仪器仪表电缆、热偶补偿电缆以及 6/10kV 等级电力电缆。 qq当前国内的绝缘以交联聚烯烃为主,护套以热塑性聚烯烃为主,今后可能需要增加乙丙橡胶绝缘和交联聚烯烃护套品种的应用比重。 1E 级 K1 类电缆,需要经受辐射试验,大概情况如下: (1) 热老化试验,美国为 138 ℃ 300 小时,相当于使用 40 年。 (2) 辐照试验,老化试验后用钴源进行 γ 射线辐照试验,美国对缓和环境电缆的吸收剂量规定为 7 × 105 Gy ,对严酷环境为 15 × 105 Gy 。 (3) 模拟 LOCA-HELB 试验,电缆放在容器内以规定的温度、蒸汽压力和时间进行循环试验,同时喷射化学溶液,常采用含 1.5% 硼酸溶液,并在室温下用氢氧化钠调节其 pH 值至 10.5 作为溶液。喷射流量对水平投影面为 34.2 i/min m2 。 (4) 浸水耐电压试验,在 γ 辐照试验后,对缓和环境电缆,卷绕在 20 倍电缆外径在金属圆柱体上,对严酷环境电缆则为 40 倍径,然后浸入室温水中,以 3.15 MV/m 梯度施加电压, 5 分钟不击穿为合格。 以上仅是核电站用电缆试验的概略说明,实际试验还有许多具体细则。 qq大致在上世纪 80 年代中期,我国在消化并结合美国火力发电站规范的基础上,开始研究发展核电站用电线电缆,原{dy}机械工业部下达任务:由上海电缆厂和沈阳电缆厂试制电缆,由上海电缆研究所进行电缆的全面评测,该阶段的工作虽然带有摸底性质,但对以后的开发很有帮助。上世纪 80 年代后期,大亚湾核电站的大量进口电缆护套发生开裂,委托上海电缆研究所进行试验,并分析了产生开裂的根本原因,{zh1}外商同意经济索赔。由于时间上不可能由外国重新提供电缆,所以必须更换的电缆由上海电缆厂及时供应并运行正常。上世纪 90 年代中期和后期,我国加快了核电站建设步伐,核电站用电线电缆制造厂已进入市场竞争阶段。至今上海电缆研究所电线电缆检测中心和技术开发中心,已相继进行了十次以上的核电站用电线电缆测试和评定,结果说明要生产出全面优质的核电站用电线电缆,技术上也不是轻易的事,就最近二年内,已交货待使用的电缆,仍发现质量问题。今后更多的核电站用电线电缆要上市,更应该重视线缆质量问题。 二.电缆有关实验标准和要求. 1 、试验内容 2 、试验方法 一.常用绝缘材料的耐辐射指标 在电缆工业测量辐射值 的最常用单位是格雷 (Gy) ,和拉德 (Rad) 。 1 拉德 (Rad)=0.01 格雷 (Gy) , 常用的一些材料的辐射耐受值如下: 10^3Gy(10^5Rad): PTFE(聚四氟乙烯), PFA >10^11Gy (>10^13Rad): SiO2 Cable(二氧化硅绝缘). 这些辐射耐受性值仅在使用时提供参考。在选定材料前应该考虑材料使用的环境。因为在总的剂量指标外还会有很多因素影响材料的选择。比如:计量等级、氧存在、湿度、表面面积、温度。
乙丙橡皮绝缘(EPR)电缆的辐射老化,热老化和LOCA测试结果
乙丙橡胶绝缘电缆的全称是交联乙烯—丙烯橡胶绝缘电缆。它的工作温度范围:-50℃至+150℃,短路热稳定允许温度为250℃,是国内外核电站电缆使用最多的一种绝缘材料,正是因为是核电站关键电缆,特别是核岛内电缆的安全重要性,所以世界各地对该材料的电缆都进行了很多的测试和研究,下面的文章是美国核管会(NRC)在2000年和2002年对这个电缆的一个测试报告和公告,以提醒核电站从业者关注乙丙橡胶绝缘电缆的安全性问题,以防出现重大质量安全问题。 OKONITE公司的单导体控制电缆的潜在质量隐患(于 BROOKHAVEN国家实验室(BNL)在美国核管会NRC的合同授权下对核电站的电器做环境资格评估时,低压仪表控制电缆的评估也是该合同的一部分。 在1999年后期,在WYLE实验室进行了这些电缆的LOCA(冷却剂泄露意外)测试,电缆样品是乙丙橡胶绝缘,氯磺化聚乙烯粘合护套的仪表控制电缆,取自几个不同的生产商,包括OKONITE公司的12AWG电缆,测试先进行热加速老化,然后是辐射老化,{zh1}是暴露在模拟LOCA情况的测试,热加速老化和辐射老化的参数取决于各个供应商的EQ测试报告。OKONITE公司的样品测试参数分20年和40年寿命两个不同的情况,对于40年寿命的老化参数是: 150 °C下504小时,然后是辐射老化:在6.5 kGy/hr (0.65 Mrad/hr)的辐射剂量速度下总共500 kGy (50 Mrads)的GAMMA辐射。 模拟的LOCA测试是在7.5kGy/hr (0.75 Mrad/hr)的辐射剂量速度下总共1500 kGy (150 Mrads)的GAMMA辐射,接着是双峰蒸汽暴露,基于IEEE-323-1974标准,峰值蒸汽温度是 174 °C (346 °F),蒸气压强是779.1 kPa (113 psig),在测试容器的压强下降到220.6 kPa (32 psig)时喷洒硼酸基化学喷雾,并延续24小时,蒸汽暴露的延续时间是10天。经过上面测试的电缆样品再做浸水耐压测试,测试电压2400V AC (等于 80 v/mil AC),与IEEE-323-1974标准一致。 OKONITE公司的全部3根40年老化实验样品和2根中的1根20年老化样品在LOCA实验前的反复老化实验就已经失效,LOCA实验前就出现了环型裂纹,在LOCA实验后出现纵向裂纹。 后来在2002年,OKONITE公司做了有效的改进并成功通过测试。但从跟进报告可以看出,后来的测试参数已经下降了,原来在1999年的测试基准是:150 °C下504小时+200 Mrads,在这种情况下是测试不通过的。而后来则改为:150 °C下225小时+200 Mrads和150 °C下300小时+200 Mrads,当然就容易通过测试了。虽然这个事情就这样结束,但也看得出来,实在有些勉强! 因为通过降低测试标准来通过测试,那该电缆的质量隐患也是一样存在的。
通过上面的事例,我们应该高度重视在核电站,特别是核岛反应堆里面电缆的质量问题,以{bfb}确保在整个寿命期(包括延寿期),电缆都不能有任何的性能上的下降和将就。
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