核级电缆热缩终端概述

2012-03-01中国核电工程有限公司王之瑄

电气技术与经济 2012年3期

关键词：核级电缆终端

中国核电工程有限公司王之瑄

一、前言

热缩终端是是实现电缆与设备连接和再绝缘的电缆附件，其主要组成是各类热缩材料。热缩材料是辐射交联热收缩高分子材料，具有极好的耐漏电痕迹及抗污秽性能。通过热风枪或其它热源，热缩材料收缩，紧密包覆在电缆外层，如图1。

核级电缆终端热缩套管在常规热缩终端的基础上，增加了高温高压、辐照等工况的严苛条件，要求在这些条件下以及事故过后，仍能保证其机械电气性能。

核级中低压动力、控制、测量电缆端接时都需要使用热缩终端。通过热缩终端的正确端接，电缆在现场与配电装置和电气设备的连接必须保证电缆芯线导体与设备端头连接后所需求的密封、绝缘、防水、防潮、防机械碰撞和阻燃等一系列性能。

二、核级电缆热缩终端的发展

核级电缆热缩终端应具有低卤、阻燃，在燃烧时产生的腐蚀性小和低烟等特性。在正常运行状态下，在40年寿期内（AP1000堆型要求60年寿期）不应出现开裂、漏电和其它品质下降现象。此外，核级电缆热缩终端的额定电压、电气特性，机械物理特性和燃烧特性等与其所连接的电缆基本一致。

核级电缆热缩终端虽然结构和原理虽然并不复杂，但要保证众多性能的严苛要求同时在此一种材料上得以实现，大大提高了核级电缆热缩材料研发的难度。

1.国际情况

从世界范围看，热缩套管市场基本为美国的Raychem公司和加拿大Canusa 公司占有，两公司现被Tyco（泰科电子）公司收购，形成了绝对的垄断格局。热缩材料的重大研发节点如下表1所示：

2.国内情况

我国的热缩材料研究起源于中国科学院长春应用化学研究所，八十年代中期，我国生产出国内第一代热缩材料制品，结束了中国热缩材料完全依靠进口的历史。之后，中国科学院长春应用化学研究所创办了长春热缩材料厂。国内目前在热缩领域有所建树的管理和技术人才基本来自这一源头。

国内现有核电站供货业绩的生产厂家主要有深圳长垣股份有限公司和中科英华长春高技术股份有限公司（原长春热缩材料股份有限公司）。

虽然国内热缩材料行业在这些年有了长足的发展，但在K1类电缆热缩终端领域，仍未出现率先登顶着，国内各核电厂的唯一选择仍是Tyco。

3.我国核级电缆热缩终端的市场现状

我国核电站，从大亚湾、秦山二期、岭澳、田湾一期、到方家山和福建福清核电项目，1E级K1类电缆终端热缩套管均由Tyco公司供货。根据使用者的反馈，Tyco产品的性能相比国内产品确有较大优势，但其价格居高不下，往往让购买者望而却步。因此需要更多供货量的K3类电缆热缩终端往往选择了国内厂家。

以国内某核电站项目核级电缆热缩终端数据（建设周期一半时统计）为例，得出如下数据对比。

仅由这一对比可知，同样数量的电缆热缩终端，K1类的价格约为K3类价格10倍。

三、核级电缆热缩终端分类

1.按照安全级别分

电缆终端热缩终端的安全功能与其所连接电缆的安全功能一致。与核1E级电缆相连接的电缆热缩终端须为核1E级。1E级电缆热缩终端按质量鉴定程序又分为K1和K3类。K1类使用在核岛安全壳内，保证在正常环境条件下和地震荷载下及在事故情况下和/或事故后仍能执行其规定的功能。K1类电缆热缩终端要满足LOCA/HELB事故环境条件和规定的辐照剂量的要求。 K3类使用在核岛安全壳内或外，保证在正常环境条件下和地震荷载下能够执行其规定的功能。（以M310机组为例，其他机组如VVER、AP1000堆型等，划分方法略有不同）

2.按电压等级分

核电站用1E级K1和K3类电缆热缩终端按电压等级分为中压（6.6/10kV）电缆终端热缩终端和低压（0.6/1kV）电缆终端热缩终端。

四、核级电缆热缩终端组成

核级电缆热缩终端因电缆的类型、电压等级会有不同的配置，具体可在制造前根据电缆进行相应的热缩终端设计。大体而言，核级电缆终端终端包括如下几部分：指套，应力控制管，绝缘管，端子副管，电缆密封管，恒力弹簧，地线，相色管，半导电带，耐辐射密封胶条，三叉导电楔，硅脂膏，PVC胶带等（部分为安装时辅助材料）。

本文分别列举某中压和低压电缆热缩终端的组成和端接过程举例说明，如图3、4。

中压电缆热缩终端和低压电缆热缩终端的最大区别为应力控制管的使用。

中压电缆的电压等级高，当屏蔽层被切断后，电应力的作用非常明显，如果不做处理，直接套上绝缘热缩材料，极易击穿，无法达到电气性能要求。

应力控制管通过其与电缆电场相匹配的体积电阻率及介电常数，调节控制电缆终端的电场分布，起到电应力疏散作用，从而保重电缆热缩终端的可靠运行。

低压电缆的电压等级低，这种影响不明显，因此其配套的热缩终端套件中没有应力控制管。

五、核级电缆热缩终端符合性试验

核级电缆热缩终端需要具备的众多性能如何检测，其符合性验证是使用者和采购方关心的重要问题。

在K1类产品研发阶段，需进行如下试验（根据 IEEE 323/383）证明其LOCA及耐辐照老化的符合性：

* 90°C 下40年热老化

* 辐射老化：剂量率< 1Mrad/h 时55 Mrad

* 事故辐照：剂量率< 1Mrad/h 时140 Mrad

* 通电样本双峰 LOCA 分布图仿真

* 30天100% 渗透蒸汽条件

* 30天化学喷雾试验（硼、联氨、三钠、磷酸盐缓冲器，PH值达10.5）

经过以上试验的鉴定，可判定产品是否能够成为满足要求“K1类电缆终端热缩材料”。

通过鉴定试验，获得相应的鉴定试验评定报告，产品方可进入核电市场。

在购买者验收检测的时候，由于试验条件的限制，无法把所有性能一一检测到。一般有如下检测方法：

1）查阅型式试验报告。电缆热缩终端需做的型式试验有：耐压实验、局部放电实验（中压）、体积电阻率测量、机械性能测试（抗张强度、断裂伸长率）、阻燃性能试验和热老化试验，K1产品还需做耐辐照老化试验和LOCA试验。

2）在产品生产及出厂阶段，检查其例行试验或报告。热缩产品的例行试验主要是检查标识和热缩产品的长度、厚度、直径是否符合要求。

3）检验者抽取部分样品，进行抽样试验。热缩产品需做的抽样试验有耐压实验、局部放电实验（中压）、体积电阻率测量、机械性能测试（抗张强度、断裂伸长率）、阻燃性能试验和热缩产品的标识、长度、厚度、直径的检查。

4）检查热缩终端安装在电缆上后的电气性能试验。在安装后进行的试验,用以证明安装后的电缆及其附件完好。通常有交流或直流电压试验和绝缘电阻的测量。

六、核级电缆热缩终端的采购模式

核级电缆热缩终端的采购方式大体可分为两种：工程总承包公司（或核电公司直接采购）采购和安装公司采购。本文就目前二者的对比做如右表简述：

对于核级电缆热缩终端的采购，以上两种方式各有利弊，应在使用其中一种模式时使其缺点最小化。

七、结论及展望

核级电缆热缩终端在核电站中使用量非常大，有着很大的市场潜能。但K1类核级电缆热缩终端由于其材料的研发障碍，全球仅有Tyco独占市场，国产化的呼声日益增高，不少企业也加快了研发的步伐。本文对核级电缆热缩终端进行了概述，简单普及了核电建设中这一微小但却与核安全相关的重要一环，介绍了电缆热缩终端的试验符合性检测，并对目前的采购方式进行了简要对比。同时也期待着国产化进程缩短。