核电厂设计阶段安全级电缆老化管理研究

核电厂设计阶段安全级电缆老化管理研究

王巧云，戴永拓，吴春红，佘荣，汪盛昌，曹玉呈

江苏赛德电气 有限公司 江苏 高邮 225600

摘 要：安全级电缆在核电厂中的使用具有不可替代的重要作用，保障了核电厂的基本运行，对电缆进行老化管理和研究对电缆使用寿命具有重要作用，延长电缆的使用寿命；本文从环境因素和老化机理方面阐述电缆老化管理的重要性，从标准鉴定和电缆老化筛选及留样等方面进行介绍电缆老化管理的建议，以期能够在核电厂的设计阶段中对安全级电缆运行和老化管理提高效率。

关键词：核电厂；电缆老化；电缆管理

安全级电缆的老化管理可以保障核电厂的安全与运行，在核电厂的重要设备、信号检测等各项工作运转中起着无可替代的重要作用。因为核电厂中的电缆、导线等数量有成千上万根，而核电厂的高温、潮湿、灰尘、辐照、振动等环境因素会让电缆老化、数量多且更换困难等问题增多。所以，在设计阶段开始筹备、加强安全级电缆的老化管理，并记录好相关技术数据，如环境的温度和热辐照等监测数据、电缆的路径清单和电缆留样等相关数据，为管理运行工作做好提前的准备，提高核电厂的电缆工作效率。

1 核电厂安全级电缆鉴定

因为需要保障核电厂的安全级电缆在使用期限内的正常运行，以及在核电厂设计基准事故（Design Basis Accident）的影响下，能够发挥安全及电缆的预期效果功能，所以需要证明在设计基准事故（DBA）环境下的安全级电缆能够符合预期的安全效果。鉴定的项目主要有：机械性能（抗张强度、断裂伸长率、低温性能、热延伸试验）、电气性能（导体直流电阻、20℃和90℃的绝缘电阻、交流电压试验）、电缆老化及设计基准事故（热老化、辐照老化、DBA辐射暴露试验、LACA试验）、阻燃试验（单根合成束的阻燃试验）等，在核电厂进行安全级电缆的鉴定时，其基础标准和预期效果是导体的温度在90℃时，电缆能够正常运行大约六十年。具体的试验项目内容如下表所示：

表1 安全级电缆鉴定试验项目内容

为了降低核电厂中对安全级电缆更换的成本，需要事先确定电缆的工作寿命与核电厂的设备和使用时间相一致，一般通过辐照和热量的数据检测来确定。由于安全级电缆的工作使用寿命的主要检测对象是电缆的绝缘体和护套材料的热寿命，在进行取样时，其材料的断裂伸长率为50％。在电缆的鉴定试验时，需要先对绝缘和护套的材料检测，进行电气、机械、阻燃等性能方面的试验，在这个过程中需要注意顺序和次数，可以按照国际标准要求的1E电缆通用标准顺序进行。

进行安全级电缆老化的管理和研究主要是因为目前的核电厂寿命基本都是四十至六十年之间，说明了核电厂的运行工作时间可以延长，但电缆的寿命基本都是固定或者是有限的，也说明了电缆在核电厂正在运行过程中，很有可能会中止工作，所以在设计阶段的时候，需要提前对电缆进行评估和鉴定，以及加强电缆老化的管理，保障在核电厂的工作运行期间的电缆最大化地延长使用时间。

一般电缆的供货商在技术规格说明书以及对在核电厂环境下电缆的使用时间、技术和鉴定条件进行相关的规定，作为鉴定的依据。所以核电厂在进行初期的设计和建造阶段，可以根据电缆供货商提供的安全级电缆技术规格说明书进行审查与鉴定。由于目前没有真实的核电厂的现场鉴定数据，也无法根据设计基准事故之中和之后的条件下检验正在使用的老化电缆功能，所以，核电厂可以根据供货商提供的设计审查的电缆技术规格说明书，对电缆绝缘和护套材料进行相关的检测，如阻燃试验和导体的绝缘、高或低温检测、电压试验等电气性能的检测，以及延伸性、抗张抗压等机械性能的检测。把这些电缆老化的基础数据应用到核电厂的设计运行阶段的电缆老化管理和研究当中。

2 安全级电缆的老化机理

安全级电缆的老化机理主要分为物理和化学老化。

物理老化机理主要有以下两种情况：①增塑剂挥发；②增塑剂迁移。化学老化机理主要有三种情况：①高分子链断裂；②氧化反应；③交联反应。

电缆老化的宏观地表现为：①抗拉强度降低；②密度和硬度增高；③电气的特性发生一定程度的改变。

3 安全级电缆运行环境监测

在核电厂的工作运行环境下，影响电缆材料的主要因素有环境的温度和辐照剂量率。所以需要在电缆明显暴露的地方监测、记录和核电厂的温度和辐照剂量率。在核电厂的设计阶段就可以筛选、评估出检测位置，将温度和辐照剂量率等环境监测用于安全级电缆老化的基准。

虽然核电厂内一般都会设置温度的监测仪，核电厂一般都会提前布线预定位置安装温度传感仪器，并通过电缆连接到控制系统进行数据显示、处理和存储。但并不能以这些温度检测出的数据作为鉴定电缆或其他设备的依据，因为这些数据只是测量环境的整体温度，而电缆的使用寿命鉴定需要尽可能检测接近电缆位置的温度，避免被周围的热源影响。另外，也需要测量电缆的表皮温度，因为周围的热源或热辐射的影响，电缆附近的温度也有可能会高于附近的空气温度。

如果需要在电缆附近安装温度检测仪，则需要进行相应的布线和安装传感器，对于已经运行使用的核电厂，则会增加工作与时间成本，除了这种大环境的温度检测外，也有其他的解决方案，如采用局部的温度检测或温度分布的测量等。

辐照剂量率的分布和检测，一般可以采用局部检测的方式，可以使用丙氨酸剂量计进行，经过分析对比，这种丙氨酸剂量计对长期暴露剂量的检测较为有效。测量的位置可以选择具有代表性的电缆，如暴露较为明显、老化较为严重的区域进行测量。长期测量需要，另外，为了提升检测数据的有效性，可以把测量的周期延长。

3 设计阶段的电缆老化的筛选

核电厂的电缆种类和规格非常多，应用范围和敷设的路径极广。所以需要根据敷设的环境，评估电缆的使用寿命，筛选适合的安全级电缆，并进行电缆老化的重点管理，保障核电厂的运行安全。

在设计阶段时，需要提前掌握和了解所有的安全级电缆技术规格参数、功能、路径等情况，并做好相应的检测与鉴定数据记录，再根据环境和其他因素，进行设计阶段的电缆老化的筛选前期任务，主要有以下几点：

①分析电缆的技术规格等情况，划分电缆的安全等级，做好环境的监测数据；

②筛选定位出热点区域。选择适合该区域的安全级电缆，并评估这些电缆的使用寿命；

③选用符合该区域的安全级电缆。做好相应的记录，重点观察与监测，制定相应的老化管理机制和监测机制，确定电缆老化管理的区域，为后续工作奠定基础数据。

可参考以下图1筛选工作流程：

4 安全级电缆老化留样

核电厂内的电缆留样的主要目的是为了验证和检测电缆老化的数据。主要对热点区域和预设点的电缆进行取样，并测验其使用的寿命期限，方便老化检测和管理。对于温度较高或者辐照区域较高的区域，需要定期进行电缆的老化管理，监测区域内的安全级电缆的老化状态，评估剩余寿命；留样的基本原则是选择代表性强、高温或高辐照区域的热点区域的典型电缆。对于电缆样品的选择和检测，需要进行评估数量和总长度后进行选择，确保最少六十年内，能够具备足够的电缆材料进行取样，其取样的周期和检验测试的项目需要真实有效，并做好相关的记录。

结束语

本文主要对核电厂设计阶段的电缆老化管理的重要性、电缆选用的鉴定标准、老化机理、环境监测对电缆的影响、电缆老化的筛选工作流程和留样等方面做基本的介绍，希望在设计阶段进行筹备电缆老化的管理和研究过程中，能够提升核电厂的安全级电缆运行和老化管理效率，对核电厂的运行起到基础的保障性。

参考文献

[1] IAEA-TECDOC-1188:2000 对安全至关重要的核电厂主要部件老化的评估和管理：安全壳内仪表和控制电缆第2卷.

[2] 惠兆宇,刘韬.基于状态鉴定的1E级电缆寿命管理[J].核标准计量与质量.2016年02期

[3] NB/T 20087:2017核电厂安全仪表和控制电缆老化管理指南［S］．

作者简介：王巧云（1983-），工程师，江苏赛德电气有限公司总经理