国家标准《核电站用1E级电缆 通用要求》解读和分析

国家标准 《核电站用 1 E级电 解读和分析 企业与标准化 —面虱丽爵巳_ 而而一 固 孙建生 周叙元 。周晓薇 (1上海电缆研究所；2常州八益电缆有限公司) 前言 核电站 1E级电气系统和设备是指完成反应堆紧 急停堆、安全壳隔离、堆芯应急冷却，以及反应堆和反 应堆厂房的余热排出以及防止放射性物质向周围环 境大量排放等功能的电气系统设备。核电站用 1E级 电缆通常包括电力电缆、控制电缆、信号电缆、仪表电 缆、热补偿电缆、光缆等种类。《核电站用 lE级电缆 通用要求》主要规定了核电站 1E级电缆的类别、一般 要求、质量鉴定、试验方法以及报告文件。本标准 为 lE级电缆和电线或者 lE级设备内的电缆和电线 的生产制造、质量鉴定等提供指导，是我国首次制订 的核电站 lE级电缆的国家标准。 1背景 据报道，《国家核电中长期发展规划(2005--2020 年)》将再次面临调整，核电装机容量将由原来占电力 总装机容量4％提升为 5％。这意味着到2020年，核电装 机容量由4 000万千瓦，提升到 7 500万千瓦，核电建 设的资金投入估计将达 8 000亿元之巨。作为核电站 装备的血管和神经，核电站电缆系统在正常运行及安 全停堆方面起着非常重要的作用，十分需要建立相关 的标准和体系来确保电缆产品的质量和安全。 国际上目前还没有统一的核电站用电缆 1E级电 缆的标准及规范体系。通常核电站用电缆规范要求是 在常规火电厂用电缆基础上赋予了核安全要求而形 成的。国际上核电站用电缆 1E级电缆(核安全级)相 关标准及规范有：法国的RCC—E规范《核岛电气设备 设计和建造规则》和美国的 IEEE 383—2003《核电站 用 lE级电缆和现场连接的质量鉴定》，IEC 60780《核 电站 一安全系统的电气装备一质量鉴定》等。 我国引进了多个国家的核电装备及技术，由于技 术背景和规范体系等方面的差异，核电站设计受法 国、美国和俄罗斯三方面的影响，核电设计部门对电 缆技术要求并不完全统一，从而各电缆厂的企业产品 标准也不尽相同，生产的电缆和电线广谱适用性差。 此现状给核电站标准化设计选型工作带来了困难，给 电缆的质量鉴定、敷设施工、验收等造成了不便，不仅 严重影响核电工业的国产化进程，也对核电站的安全 运行造成 了隐患。 因此，迫切需要制订核电站电缆，尤其是 1E级电 缆的标准体系，为我国的核电能源建设保驾护航。《核 0 固 企业与标准化 电站用 1E级电缆 通用要求》就是核电站用 1E级电 缆系列标准之一。 2标准结构 《核电站用 1E级电缆 通用要求》正文分为 8章。 标准的结构为：前言，范围，规范性引用文件，定义和 术语，代号、及产品表示方法，要求，质量鉴定规 则，文件，包装、运输和储存。标准还有 3个资料性附 录，分别为附录 A电缆绝缘、内衬层和填充、护套的 燃烧特性，附录 B lE级功能验证试验图和附录 c型式试验的样品代表性规格。 3主要内容解析 3．1范围 本标准仅规定核电站 1E级电缆产品的要求，不 涉及与电缆一起敷设、运行的现场接头等。若具体电 缆产品进行质量鉴定时确需与现场接头等一起整体 试验，本标准的规定同样适用于此种情形，并且在标 准中加以原则性规定。 3．2定义和术语 标准根据 RCC-E规范要求和我国核电站设计使 用的实际，将核电站 1E级电缆分为 K1类电缆、K2类 电缆和 K3类电缆并进行了定义。 3．3代号、型号及产品表示方法 我国电缆行业的电缆产品均已有完整的电缆产 品标识，为了明确核电站用 1E级电缆的特性，在标识 上清晰地表示，本标准规定核电站 lE级电缆的产品 标识为在常规电缆型号前加上核电站 1E级代号和鉴 定类别代号。核电站 lE级代号为“H”，鉴定类别代号 分为“K1”“K2”“K3”。 考虑到阻燃特性是核电站 lE级电缆的基本的通 用要求，采用 6B／T 19666—2005的规定，最终形成核 电站 lE级电缆的产品标识：“燃烧特性代号 +核电站 lE级代号和鉴定类别代号 +常规电缆型号代号”。 3．4要求 为了确保核电站用 1E级电缆符合规定工况的核 电站 lE级设备要求，核电站用 lE级电缆必须质量鉴 定合格，本标准适用于采用型式试验方法进行的质量 鉴定，以证明质量鉴定合格的电缆符合规定工况的 lE级要求。由于各品种电缆的结构、基本特性、常规 技术指标等差别明显，宜在具体产品标准中加以规 定，因此本标准在对电缆的产品代号、结构、材料、常 规性能等进行原则性规定的同时，主要篇幅重点规定 了作为核电站用 1E级电缆的最基本的也是最重要的 质量鉴定要求，而其中 1E级功能验证试验则是核电 站用 1E级电缆通用的也是最主要的质量鉴定要求， 主要有试验项目、试验要点、各鉴定类别必须进行的 以及根据特定要求加以选择的试验项目，各鉴定类别 的试验流程相关的原则性要求等内容。 关于电缆的燃烧特性，本标准首先规定了成品电 缆的成束燃烧试验基本要求。对于配电盘电缆、同轴 电缆、双同轴和三同轴电缆的单根垂直燃烧性能，规 定了最低必须达到的要求。关于对电线电缆绝缘线芯 的燃烧性能要求的规定，按照目前国内的核电站电缆 的开发和鉴定的实际情况，部分工程要求电线电缆绝 缘线芯至少通过 6B／T 18380．12-2008的单根垂直燃 烧试验，考虑到核电站电缆的不同特点，有的电缆可 能没有电线电缆绝缘线芯的燃烧性能要求。因此，规 定为 “当有要求时，电缆的绝缘线芯应符合 CB／T 18380．12—2008的单根垂直燃烧试验要求”。 考虑到电缆的燃烧特性是贯穿整个寿期的特性， 也即当电缆已临近寿期末，仍然应保持最基本的燃烧 特性，因此在尚不能充分证明老化过程对电缆燃烧特 性是惰性的情况下，本标准规定：“经过老化试验后的 成品电缆至少应符合 GB／T 18380．35—2008的成束燃 烧试验 C类的要求”。 1E级功能验证试验，参照 IEEE 383—2003的内 容，本标准给出了最基本的 1E级质量鉴定要求。其 中，热老化试验方法依据 6B／T 1 1026的规定进行，同 时也可以采用其他已证明有效并且适用的方法。材料 热老化数据是计算鉴定材料的活化能，用于确定模拟 整个寿命期内的热老化参数。常规辐照老化试验方法 依据 IEC 60544的规定进行 ，同样采用加速老化试 验，由于该项试验影响因素较多，同时结合国内该领 域的技术现状，兼顾到各个核电站实际工况的差异， 本标准仅推荐了常规辐照总剂量为 250kGy，规定了 该项试验的最高辐照剂量率为 10 kGy／h，具体指标 由产品标准根据实际工况规定。根据实际工况分析， DBE辐照不同于常规辐照，本标准规定了总剂量的确 定原则、试验后的考核方法及基本要求。关于 DBE模 拟试验以及 DBE后试验，规定了DBE模拟试验的方法 和试验程序等相关内容。 对 lE级功能验证试验，标准具体规定了试验流 程：由于核电站堆型、电缆品种、运行工况、敷设环境、 lE级功能要求等等，均会对试验流程提出特别要求， 具体要求宜在产品标准以及技术规格书中规定，本标 准相应规定基于如下原则：根据核电站运行工况以及 DBE工况的分析和研究，作为推荐采用的试验流程见 附录 B(资料性附录)，此试验流程规定了 lE级功能 验证试验的最基本流程，图 l是 K3类电缆的 1E级功 能验证试验流程推荐图，其他鉴定类别如 K1，K2类电 缆 的 lE级 功 能 验 证 试 验 流 程 在 标 准 GB／T 22577—2008中也作了相应的规定。 企业与标准化 —面直丽葡 而 厂 固 的后续试验，后续试验由其他试样完成。 3．5质量鉴定规则 本章规定了质量鉴定的基本规则，明确本标准采 用型式试验质量鉴定方法。本标准规定成品电缆首先 通过常规型式试验，具体规定符合产品标准。本标准 主要阐述 1E级功能验证试验程序中的基本要求，分 析并举例提出了需要关注的各种不同电缆特性的特 殊要点。 依据 EJ／T 705—2006，推荐性列举了质量鉴定试 验样品代表性规格，在标准的附录 C中相应作了规 定。同时还根据 IEEE 383—2003对不同电缆进行质量 鉴定时须关注的特别要求进行了规定。 3．6文件 标准规定了质量鉴定应提交的文件以及文件的 具体内容、要求等。 3．7包装、运输和储存 根据电缆产品的特点，规范性提出了核电站 1E 图 1 K3类电缆 1E级功能验证试验 标准还规定了各质量鉴定类别至少应通过的试 验项目，同时规定“当有要求时，还应通过湿热老化试 验和长期运行模拟试验”。其中长期运行模拟试验，考 核的是成品电缆在额定工况条件下经长期运行后保 持性能的能力，它是考核成品电缆在电场作用下的持 久性。经验证和分析，它和在环境条件下的老化作用 不存在叠加效应，因此规定长期运行模拟试验宜采用 单独试样，试验流程中与其他试验并联进行。 关于质量鉴定样品选择，由于实际工况是一综合 过程，老化结果同时具有积累性，因此规定基本流程 是试验项目串联，因此至少一个试样将经受整个试验 流程。由于燃烧性能试验为破坏性试验，本标准规定 不要求进行燃烧试验的试样继续进行试验程序要求 级电缆的包装、运输和储存要求。 4核电电缆标准体系 我国的核电法规标准体系具有 明确的层次结构(如图2所示)。顶层 是国家立法机关制定的法律。第二层 是政府制定的法规。第三层是工业界 制定的行业或国家标准，包括：上层 的核电“总体技术规范”、下层的核电 “专业标准’ 受核电相关的“一般工业标准”。第四层是 企业制定的核电企业标准。本文所述的核电标准特指 第三层中的核电总体技术规范和专业标准。 - 法律 法规 1L 国家或 {丁业标准 J 标准 立法机关制定 政府制定 j二业界t相关行业及标 化组织)制定 企业制定 图 2我国的核电法规标准体系结构图 。 企业与标准化 强弱魂 而 在行业或国家层面，针对核电相关的各个对象在 技术方面经过协商一致所形成的核电标准，属推荐性 标准。其中安全相关的核电标准的应用需要经过国家 核安全监管当局的评估和认可。核电标准中“总体技 术规范”是以核电相关工作为对象，体系法规和“专业 标准”，全面阐述相关事宜及总体技术要求，具有承上 启下的作用。核电“专业标准”针对核电有关领域阐述 详细要求，属局部和细节性的标准。核电标准体系一 般按专业技术领域或核电工作阶段进行划分，围绕核 电安全设计、设备设计建造、核电安全运行，重点针对 核电的核特性制定专门的标准。 核电电缆，主要是 lE级电缆的标准体系，也应该 包括总体技术规范、专业产品及材料标准和通常工业 标准等层次构成，具体如图3。 总体技术规范 l 品掾准、试验标 准 、材科标准 l 通常 ，标水 如：GB,'T22577孩电站用 1E缀电 缆 通翊要求 知：梭电站用 1E级电力电缆，控 制电缆，售号电缆，光缆等 如：GB汀12706额定电 1kV 到 35kV挤包绝缘电力电缆及跗传等 图 3我国的核电站 1 E级电缆标准体系结构建议图 其中，总体技术标准规范主要包括：GB／T 12727 《核 电站 安全系统 的电气 设备 质量鉴 定》，GB／T 22577《核电站用 1E级电缆 通用要求》等。 专业产品、材料及试验方法标准主要包括具体 1E级电缆产品标准、具体 lE级电缆产品的质量鉴定 程序、核电站 lE级电缆用材料标准以及相关试验标 准等，如：核电站用 1E级电力电缆、核电站用 1E级控 制电缆、核电站用 1E级信号电缆、核电站用 1E级仪 表电缆、核电站用 lE级热补偿电缆、核电站用 1E级 电缆 光缆，以及上述各个电缆种类的质量鉴定试验 标准、辐照试验标准、核电站 1E级电缆用材料，如绝 缘、护套材料标准等。 在核电站电缆具体产品的标准化工作中，应充分 考虑核电站特殊的环境特点，紧扣 lE级电缆核安全 特性这条主线，按照其突出的安全性要求和特性要 求，根据不同的使用环境来制订相应的具体产品标 准。例如：在制订核电站用 1E级电力电缆产品标准 时，除了要满足 GB／T12706以及 GB／T 22577的规定， 如：无卤、阻燃、耐辐射和 DBE模拟试验等，还要结合 产品种类，综合具体功能特点，来制订相关标准内容。 电力电缆的主要功能是传输电能，因此，其绝缘的电 特性，如绝缘电阻、耐电压试验等，就是主要的 1E级 功能验证试验的检验判据。对于信号电缆等有屏蔽结 构的电缆，1E级功能验证试验的检验判据就变成护 套完整性以及电气特性。 电缆的特性和功能与应用的材料有十分密切的 关系，核电站用 1E级电缆都要求低烟、低毒、无卤、阻 燃，所用的材料，如：绝缘、填充、护套等材料也必然是 低烟、低毒、无卤、阻燃的环保型材料。目前，我国的低 烟无卤阻燃材料处于一个快速发展的阶段，但是由于 缺乏统一的标准，各个企业标准的规定不尽相同。因 此，有必要针对核电站的特殊环境和 1E级功能特性 规定，结合具体产品标准的要求，研究和制订核电站 用 1E级电缆材料标准，为制造合格的核电站用 1E级 电缆提供规范和保障。 通常工业标准包括电线电缆行业现行的相关产 品和材料及试验方法标准，如：现行的 GB／T 12706， 6B／T 9330，JB／T 10181，JB／T 10707，GB／T 3048。通 过逐步制定和完善核电站用 lE级电缆的标准体系， 为我国核电电缆的自主化和国产化提供规范和指导。 5结论 我国已经进入核电站建设高潮时期，1E级电缆 全面国产化是必然趋势。虽然核电电缆标准工作取得 了一定的成绩，但现有标准还很单一，不完整、不系 统，没有形成体系，为落实国家核电发展规划，促进和 支撑核电自主化国产化发展，我国必须尽快建立起与 核电电缆发展形势相适应的标准体系。