反应堆仪控领域电缆绝缘降低原因探讨

王世震 余周峰 杨宝松 郭唐文

福建福清核电有限公司 福建福清 350300

核电厂机组运行中，对核燃料的实时监测是保证机组安全的前提。而仪控领域电缆绝缘性能的好坏决定了测量数据的准确度。因此保证处于核岛恶劣环境下仪控测量电缆的绝缘性能则是重中之重。

1 背景

某核电厂机组运行期间发现，仪控电缆绝缘性能出现降低。在对系统进一步检查发现，反应堆竖井至安全壳部件间的绝缘存在降低的现象。分析主要是环境湿度大导致的，使得反应堆至安全壳部位相线间内的电缆通道中形成较多的水汽，在竖井电缆端部产生凝结水，导致壳体中的电缆绝缘性能降低。为了保证系统的安全运行，对电缆绝缘性能降低问题进行了分析和处理。

2 安全壳内电缆绝缘性能下降的原因分析

竖井区域内的电缆采用横向布置，井壁部位的电缆接头在孔道较低处，孔道中水汽会汇集到电缆的接头部位，从而使电缆绝缘性能变弱。

首先取下在竖井壁部位的电缆接头，对电缆和接头的绝缘性能进行测试，发现该段电缆的绝缘性能较好，而接头部位的绝缘性能降低，当采用新的电缆接头后电缆可以达到设计绝缘性能[1]。

机组进行小修时，对竖井部位检查发现电缆接头处有较多的凝结水，存在着较为严重的环氧树脂开裂问题。这是由于电缆接头部位的环氧树脂采用单一试剂和固化剂结合的方式，没有双试剂方式的效果好。利用环氧树脂进行处理和固化的电缆有较高的硬度，但不具备较好的耐热、耐辐照能力，工作环境不能超过80 摄氏度。如果在高辐射和温度改变幅度大的环境下，会产生裂缝现象。所以，壳体中电缆绝缘性能减弱的主要原因是没有对电缆通道进行科学合理地设计，使得凝结水汇集在电缆接头部位，而使得对电缆接头进行密封的环氧树脂材料在受到辐射和温度影响下产生裂缝，则水汽会进入到接头部位而导致电缆绝缘性能下降[2]。

3 壳体电缆绝缘问题处理方案

3.1 总体思路

从核反应堆竖井与安全壳部位间的电缆孔道无法实现整体密封处理，核反应堆在冷、热态条件下，电缆通道中的温度改变幅度较大，当核反应堆为冷态时水汽会在竖井内的电缆接头处形成凝结水。因此对保护壳内电缆绝缘处理的重点在于对电缆接头部位的处理，需要保证在凝结水的状况中达到正常绝缘性能。解决措施为对保护壳中的电缆进行换新，或者针对绝缘性能低的通道进行单独处理。

如果对电缆完全换新，则可以完全处理好绝缘性能降低的问题，但该方案维修成本较高，占用大修主线时间，对正常的发电造成影响。针对绝缘性能不高或者达到运行上限的电缆进行有针对性的维修改造，则不需要占用太多的资金，也不需要占用大修主线时间，是一种比较理想的处理方案。

3.2 电缆接头更换可行性分析

电缆接头环氧树脂产生裂缝是引起保护壳电缆绝缘性能降低的主要原因，所以对电缆接头进行更换并采用K1 级热缩管等材料来进行密封处理，可以有效解决绝缘性能下降的问题。

如果采用硅橡胶来对电缆接头实现密封，则由于仪控电缆线芯比较多，在完全固化之前具有流动性，固化之后不能对所有芯线焊点进行全部密封，达不到理想效果。同时电缆接头后侧存在5 毫米的凸台，只应用热缩管进行密封处理会在凸台部位形成不良密封。但是环氧树脂具备较好的密封和绝缘性能，所以可先采用该材料进行处理，之后再在环氧树脂表面利用热缩管进行密封，即使环氧树脂材料受到温度或辐射影响而导致开裂，也无法对电缆接头密封性能造成影响[3]。

对电缆接头进行换新，但不对电缆进行替换。反应堆竖井部位电缆接头的再次焊接和密封会存在引入异物的可能性，同时会对大修主线造成不良影响。除此之外，如果电缆预留长度较少，也达不到电缆接头重新焊接的需要。所以，需要对电缆和接头同时进行换新，首先把电缆接头和电缆进行可靠地焊接，并把其投入到电缆通道中，在安全壳部位位置进行再次焊接。

整体更换需要对电缆接头进行预制，预制过程中需采用合理的密封材料来对电缆接头进行密封。制作完成后对电缆进行性能测试，达到要求后可以把电缆和接头都放到电缆通道中，从而使电缆绝缘达到使用要求。但是该方案需要投入更多的改造费用，安全壳中的电缆、部位连接材料等都需要进行替换。同时原来的电缆桥架没有预留出足够的空间，需要再次安装足够宽度的桥架后再敷设电缆，这就需要很长的工作时间。

3.3 环氧树脂加入其它密封材料的可行性

环氧树脂材料受辐照后存在裂缝，表明采用的防辐射漆没有发挥作用，需要加入其它材料，来提升环氧树脂材料的性能。但加入其它材料会受到电缆孔道内壁空间的影响，不能保证电缆接头完全进入到孔道中。但可以应用进口的热缩套管来提高密封性能，不需要对电缆接头进行换新，改造成本较低，不需要较长的改造工期。

3.4 通风对流方案

当反应堆停堆时，可以把电缆从通道中提出一段时间，利用自然通风来提高电缆具备的绝缘性能，并提高竖井电缆接部位的通风，起到防止潮气在接头部位汇集的作用，从而提升电缆的绝缘水平。当发电机组正常运行时，需要保证竖井通风设备处于工作状态，保持较大的通风量。还需要在固定螺栓中安装厚度较大的垫片，不得使电缆通道处于完全密封条件下，从而在通道中产生对流，利用自然风进来驱走内部的潮气，避免凝结水在电缆接头部位汇集。

4 结语

综上所述，针对反应堆仪控电缆绝缘降低问题，采用更换新的电缆接头、加入其它的密封材料或者加强电缆通道通风，都可以有效的解决电缆绝缘性能降低的问题，同时也需要结合核电厂自身的具体情况进行选择，从而达到提高仪控电缆绝缘性能的目的。