反应堆仪控电缆绝缘降低原因分析及对策研究

2011-05-31涂彩清苑伟宇

电力安全技术 2011年5期

涂彩清，李伟，宋雨，苑伟宇

(江苏核电有限公司，江苏连云港 222042)

1 电缆绝缘降低及初步处理情况

2004年5月，某核电机组热试以后发现，仪控系统的电缆绝缘下降，进一步检查确认，该系统从反应堆竖井到安全壳贯穿件之间的壳内电缆绝缘下降。分析表明，由于喷淋试验以及空气潮湿等原因，造成从反应堆竖井到安全壳贯穿件之间的壳内电缆孔道内聚集大量的水汽，并在反应堆竖井的电缆孔道端口处凝结，导致壳内电缆绝缘值下降。虽然该系统壳内电缆绝缘最低要求为0.5 MΩ，但从纵深防御的角度考虑，只要存在电缆绝缘下降的趋势，在绝缘值降低到远大于最低限值要求前就应该着手处理。

为了处理壳内电缆绝缘问题，通过分析比较以及多次试验，确定了选用E1-Cast 1-F-5TAB型环氧树脂将电缆接头和电缆芯线焊接处的焊点密封、并在环氧树脂表面涂抹防辐照漆的处理方案。由于环氧树脂良好的密封性能，经过处理后，壳内电缆绝缘全部恢复到1 000 MΩ以上。但经过一段时间的运行，部分壳内电缆绝缘又出现下降趋势，特别是装料运行后，电缆绝缘下降趋势更为明显。

2 壳内电缆绝缘降低原因分析

2.1 电缆孔道设计不合理

反应堆竖井周围的电缆孔道设计为横向布置，且竖井壁处的电缆接头处于电缆孔道内的相对低点，因此孔道内的凝结水和潮气会聚集在电缆接头处(如图1所示)，造成电缆绝缘下降。

2.2 环氧树脂开裂

2005年2月和10月，2根壳内仪控电缆通道绝缘值分别降低到100 MΩ以下，在反应堆竖井壁处剪下电缆接头，分别测量电缆和电缆接头的绝缘情况，结果发现，电缆绝缘情况良好，电缆接头绝缘降低，更换电缆接头以后电缆绝缘恢复正常。

2007年2月，机组小修期间，在反应堆竖井处进行检查时发现，电缆接头处存在大量凝结水，部分电缆接头的环氧树脂出现明显开裂情况。关于环氧树脂开裂的原因，与国内科研院所进行了交流，了解到：

(1) 工业上用于处理绝缘问题的环氧树脂种类有数十种，有单一试剂加固化剂的(现场使用的就是这种类型)，也有双试剂加固化剂的，后者使用效果较好；

(2) 根据其他核电工程所做试验，用环氧树脂处理电缆绝缘问题，其优点是固化后硬度较高，缺点是脆性较大，不耐辐照，抗热应力效果较差，能长期工作的环境温度一般不超过80 ℃；

(3) 根据经验，环氧树脂在高辐照和温度变化较大的环境中使用，可能出现裂缝。一般在没有辐照的地方使用环氧树脂，而在有辐照的地方使用硅橡胶或K1级的热缩套管。

通过分析可知，壳内电缆绝缘降低的根本原因为：壳内电缆通道设计不合理，导致凝结水在反应堆竖井电缆接头处聚集，而用于密封电缆接头焊点的环氧树脂在高辐照和温度变化较大环境下开裂，导致潮气渗入接头焊点处，使得电缆绝缘降低。

3 壳内电缆绝缘问题处理方案可行性分析

3.1 壳内电缆绝缘问题处理总体思路

由于从反应堆竖井到安全壳贯穿件之间的电缆孔道无法完全密封，而反应堆在冷态和热态时电缆孔道内温度变化较大，因此当反应堆处于冷态时，不可避免地会在竖井的电缆接头处产生凝结水。

在电缆接头的环氧树脂上涂抹的防辐照漆实际上并没有起到防止环氧树脂开裂的效果，因此，处理壳内电缆绝缘下降问题的关键在于对电缆接头的处理，应使其在有凝结水的环境中仍能保持正常的绝缘。处理思路是考虑对壳内电缆进行整体更换或者对绝缘低的电缆通道进行个别处理。

对壳内电缆(包括电缆接头)进行整体更换可以彻底解决绝缘下降问题，但这个方案所需费用高昂(根据机组建设期报价，材料费用大概需要数千万元人民币)，并且至少需要占用4个星期的大修主线，因此整体更换的方案在现阶段不可行。

对于绝缘值低于或接近运行限值的电缆通道进行个别改造，费用较低并且可不占用大修主线时间，是现阶段可行的处理方案。

通过分析，可以考虑以下3种处理方案：

(1) 更换电缆接头；

(2) 在环氧树脂上增加其他的密封材料；

(3) 加强电缆孔洞内电缆接头的对流通风。

3.2 更换电缆接头方案的可行性分析

电缆接头上环氧树脂开裂是导致壳内电缆绝缘降低的内在原因，因此更换电缆接头并使用硅橡胶或K1级热缩管作为密封材料，理论上可以解决电缆绝缘降低的问题。

在实验室使用硅橡胶对电缆接头进行了密封试验后发现：由于仪控电缆接头芯线较多(28芯)，而硅橡胶在固化前流动性较差，固化后无法完全包裹每个芯线焊点，密封效果不理想(如图2所示)。

由于电缆接头后侧有一个5 mm的凸台，只使用K1级热缩套管密封的话，会导致在凸台处密封不严密。考虑到环氧树脂良好的密封性能，可以考虑先用环氧树脂密封接头，随后在环氧树脂表面使用K1级热缩套管密封。这样一来，即使环氧树脂由于辐照和热应力影响出现开裂，也不会影响到电缆接头的密封性能。

如果只更换电缆接头而不更换电缆，在反应堆竖井处电缆接头的重新焊接和密封处理将会带来较大的异物风险，并可能占用大修主线时间；此外部分电缆预留长度不足，也无法满足重新焊接的要求。因此，只能对电缆接头连同电缆进行整体更换，先将接头与电缆焊接，并对接头进行预制后敷设到电缆孔道内，最后在安全壳贯穿件处重新端接。

整体更换方案的优点：

(1) 可以对电缆接头进行预制，并选用合适的密封材料对电缆接头进行密封；

(2) 在经过测试合格后再将预制好的电缆和接头安装到电缆通道内，保证电缆绝缘满足要求。

整体更换方案的缺点：

(1) 材料费用较高，壳内电缆、安全壳贯穿件端接材料和对接材料等都需要整体更换；

(2) 原有电缆桥架裕量较小，如果更换电缆数量较多，还需要重新搭建新的电缆桥架；

(3) 需要重新敷设电缆并进行贯穿件上的端接工作，工期较长。

3.3 在环氧树脂上增加其他密封材料可行性分析

如能消除开裂、减少开裂或消除开裂的不利影响，使用环氧树脂处理电缆绝缘下降问题的效果还是比较好的。环氧树脂的开裂说明，在壳内电缆接头上涂抹的防辐照漆可能并未起到防辐照的效果。如果能在环氧树脂表面增加其他密封材料(如K1级热缩套管)，减少环氧树脂受辐照影响，那么，即使环氧树脂有一些开裂，也能保证密封，这样，绝缘降低问题在一定程度上可以得到解决。

从反应堆竖井处电缆接头示意图可以看出，在灌注了环氧树脂以后，如果在环氧树脂上再增加其他密封材料的话，由于电缆接头与电缆孔道内壁的空间余量较小，电缆接头可能无法回装到电缆孔道内。因此可以考虑在接头的法兰处增加钢衬，将电缆接头的环氧树脂部分移到电缆孔洞外面。

电缆接头副翼直径为50 mm，电缆直径为25 mm，如果选用热缩套管的话，其内径必须大于50 mm，这样套管热缩到电缆上的厚度将超过5 mm，会导致电缆无法回装到电缆孔道内，而且由于热缩套管内径过大，其密封效果也不好。经过比较，美国瑞侃公司生产的NJRT-1N型K1级热缩带热缩后厚度可达2 mm左右。在实验室对该热缩带的密封效果进行了验证，发现其操作工艺简便，密封性能优良(如图3所示)。