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核电缆市场调查报告


核电缆市场调查报告
核电作为一种安全、清洁、高效、可靠的能源,将成为能源发展的重点。我 国正在全面实施“积极推进核电发展”的方针,到 2020 年中国核电投产装机容 量将达 4000 万千瓦,比现在增加 300%以上,核电约占全国装机总容量的 4%, 核发电量占全国发电量的 6%,计划在未来 15 年内投资约 4500 亿元用于核电项 目建设。 核级电缆作为核电建设的重要基础物资,面临着核电站的建造而拉动起 的核级电缆市场需求,每年的核电站电缆的需求量达 15 亿元,市场应用前景十 分广阔。 一、核电站简介 核电站建设的审批权在我国高度集中,我国经济发达、电力负荷集中的沿海 地区, 核电站将成为电力结构的重要支柱。 东部沿海其他省份还有几个核电厂址, 目前正在开展前期工作。 预计到 2020 年以前,将新建 27 个百万千瓦级的核电 机组。也就是说,今后 16 年中,新增核发电装机容量将达 3000 万千瓦,每年 将有二到三个核电机组开工建设。 2020 年核电在总发电容量中的比重将从目 到 前 1.8% 上升到 4% 。 由于当前核电站的运转需要大量水源,所以规划核电站主 要布局是考虑东南沿海省份。 关于核电建设的投资问题,国外经济专家认为要完 成这样大规模的核电工程 建设,按保守的估计,投资也在 400 亿美元以上。中 国核工业集团公司,希望新建核电站的平均国产化率能够达到 60% ,这样估计 有 240 亿美元(约 2000 亿人民币)的货物可能国产化。从我国电线电缆行业 分析,在目前电缆制造技术水平上,再进一步改进设备和产品开发,电线电缆的 国产化率可达到 95% 以上。 表 1 我国核电站现有及规划一览表 核电站(省份) 装机容量 建成年份 技术供应商 --------------------------------------------------------------------使用中: 秦山一期(浙江) 30 1991 本国 秦山二期(浙江) 65X2 2002/04 加拿大原子能有限公司(AECL)

大亚湾(广东) 98.4X2 1994 法国法马通核工程公司(Framatome) 岭澳一期(广东) 99x2 2003 法马通核工程公司 秦山三期(浙江) 70X2 2003 加拿大原子能有限公司(AECL) 田湾一期 (江苏) 106 2006 俄罗斯 Rostam 公司 田湾二期 (江苏) 106 2007 俄罗斯 Rostam 公司 总计 906.8 万千瓦 --------------------------------------------------------------------建设中:秦山二期(浙江) 65x2 2011 加拿大原子能有限公司(AECL) 岭澳一期(广东) 108x2 2010/11 法马通核工程公司 红沿河 (辽宁) 100X4 2012/14 本国 宁德 (福建) 100X4 2012/15 本国 福清 (福建) 100x6 2013- 本国 阳江 (广东) 100x6 2013/17 本国 --------------------------------------------------------------------已批准:海阳 (山东) 100X2 2013 美国西屋联合体(WestingHouse) 三门 (浙江) 100X2 2013 美国西屋联合体(WestingHouse) 台山 (广东) 160x2 ~ 法国阿海珐集团(Areva) --------------------------------------------------------------------规划中:防城港(广西) 100x4 ~ ~ 芜湖 (安徽) 100x4 ~ ~ 昌江 (海南) 65x2 ~ ~ 咸宁 (湖北) ~ ~ ~ 桃花江 (湖南) ~ ~ ~ 彭泽 (江西) ~ ~ ~

注:~表示未公布相关资料或数据。 二、核电站电缆的分类 核电站电缆主要应用于核反应堆厂房、核辅助厂房、汽轮机厂房,电缆敷设方式 一般采用管道或线槽,要求电缆具有可靠的使用寿命、热稳定性、防潮性、化学 稳定 性和抗辐射性。为保证系统设计的高可靠性,避免设备损坏导致的严重经 济后果, 通常采用重复的多路独立线路系统和装置,通常动力电缆采用两套独立 线路系统, 控制电缆采用三套独立线路系统。 核电站用 1E 级电缆按核电站电气系统设备的安全类别分为三类: K1 、 K2 、 K3 。安全类别 K1 、 K2 、 K3 类有如下定义: K1 类电动执行机构。安装在核反应堆安全壳以内,在正常环境条件下和在 SL2 (安全停堆地震)载荷以下及在事故期间或事故之后仍能执行其规定的功能。 K2 类电动执行机构。安装在核反应堆安全壳以内,在正常环境条件下和在 SL2 (安全停堆地震)载荷下仍能执行其规定的功能。 K3 类电动执行机构。安装在核反应堆安全壳以外,在正常环境条件下和在 SL2 (安全停堆地震)载荷下仍能执行其规定的功能。 核电站电缆常用品种有: 6/ 10 kV 和 0. 6/ 1 kV 电力电缆, 0. 6/ 1 kV 控 制电缆, 300/ 500 V 仪表电缆, 300/ 500 V 补偿导线共 5 种。 表2 k3 类电缆名称(举例) 型 号 名 称

YJY K3 YJY23 K3 KYJY K3

铜芯交联聚乙烯绝缘无卤低烟聚烯烃护套核 电站用 1E 级 K3 类电力电缆 铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装无卤低烟聚烯 烃护套核电站用 1E 级 K3 类电力电缆 铜芯交联聚乙烯绝缘无卤低烟聚烯烃护套核 电站用 1E 级 K3 类控制信号电缆

KYJY23 K3

铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装无卤低烟聚烯烃 护套核电站用 1E 级 K3 类控制信号电缆

三、核电缆有关实验标准和要求。 1 、试验内容 ( 1 )电缆基本性能的型式试验; ( 2 )电缆应能通过 IEEE383 规定的成束电缆垂直燃烧试验; ( 3 )烟浓度试验; ( 4 )成品电缆护套材料燃烧时释放气体的试验; ( 5 )电力电缆电老化试验; ( 6 )绝缘和护套材料的长期耐热性评定试验; ( 7 )等效 50 年运行的热老化模拟试验; ( 8 )等效 50 年运行的放射线照射老化模拟试验; ( 9 )模拟抗震试验; ( 10 )等效 50 年运行 LOCA 时的放射线照射试验、模拟 LOCA 试验(高温、 高压的水蒸汽); ( 11 )性能检查试验。 其中, (1)~(3) 为型式试验, (7)~ (10) 为环境模拟试验, (8) 和 (10) 两项试验都是经过第 7 项试验后进行的。性能检查试验包括电压试验、燃烧试 验、绝缘和护套的抗拉强度、断裂伸长率的测量等。对运行环境的具体条件进行 确定。 2 、试验方法 a. 电力电缆 5000 h 电老化试验 电力电缆应通过 5000 h 的电老化试验, 试验按 lEC 60502 规定进行测试。 试验条件为 : ( 1 )电缆试样的长度:不小于 30m ; ( 2 )施加电压:相与相之间施加电压 2 ( μ 为电缆导体间的额定工 频电压); ( 3 )施加电流:电流通过电缆,要使导体温度达到 95~ 100℃ ;

( 4 )一个循环的持续时间: 8h 加热,然后 16h 冷却; ( 5 )试验持续时间不少于 5000h (即 209 个温度循环 ) 。 试验结果:试验期间电缆应不击穿。 试验电压和试验时间是依据电缆绝缘的寿命指数 n 来确定的, 并留有一定 的安全裕度, 电老化寿命方程式为: Unt=C[(1) 式中, U 为电缆上施加的电压; n 为寿命指数; t 为电击穿时间; C 为常数 ( 与结构等有关 )] 。 若采用的交联聚乙烯的寿命指数 n≥9 ,核电站要求电缆使用寿命为 50 年,可利用式 (1) 来推算电压与时间的关系。例如:工作电压 U= 10 kV ,则 要求工作时间 t = 348000 h ( 50 年 ) ;试验电压 =20 kV ,则要求试验时间 = 5000 h 。 将上述参数代入式( 1 ) 可得: 求解可得 n = 6. 45 ,小于 9 ,说明该试验方法有安全裕度。 b. 绝缘和护套材料的长期耐热性评定试验 根据 IEC60216 标准和 IEEE383-74 标准推荐用于非金属材料加速老化规 律的数学模型为阿伦纽斯 (Arrhenius) 经验推算公式 : Inτ =a+b/T ( 2 ) 中, τ 为产品在温度 T 条件下工作的寿命 (h) ; T 为工作温度 (K) ; a , b 为

待定系数。 式( 2 )己应用了几十年,很多情况下验证有效。在设定的工作温度下, 通过试验和推导,可计算出待定系数 a 和 b ,然后利用式 (2) 可算出寿命 τ ,若 τ 的数值大于期望值,也就满足了设计寿命要求。

( 1 )试验温度和时间的确定。常规老化试验为 135℃ ,168 h ,因此可 确定 135℃ 为最低试验温度。试验方案参考 IEC60216" 确定热老化试验程序 和 ! 评定试验结果的一般规程 ” 和 IEEE383 标准。寿命评定 试验温度的每 个级差取 15℃ ,共有 4 个试验温度点,最高试验温度为 180℃ 。试验时间延 续到 5000h 左右。 ( 2 )寿命终止参数的选择。绝缘材料热老化过程中有两个特征参数,即 抗张强度和断裂伸长率, 在本试验过程中, 断裂伸长率的下降速率比抗张强度快, 故取 断裂伸长率作为寿命评定参数。按电缆敷设弯曲半径计算,绝缘实际伸长 率不超过 10 %。 测得试样原始断裂伸长率为 160 % , 假设取断裂伸长率保留

率 50% 作为寿命终止点,此时断裂伸长率仍有 80 %,对运行中电缆有足够的 安全系数。 ( 3 )数据处理及寿命推算。按 IEC 60216-1 则及相关数学原理处理, 先应用作图法,根据假设的寿命终止点绘出 Arrhenius 曲线图。同时计算出待 定系数 a , b, 确定试验材料的温度 与寿命关系式,当 90℃ 时计算寿命值不 小于 50 年时,材料即判定为具有 50 年合格寿命。 c. 等效 50 年运行的热老化模拟试验 根据 IEEE383-74 标准,成品电缆样品的热老化模拟试验使用 Arrhenius 技术制定的数据, 在一定温度和时间内将电缆放置在空气循环烘箱内来进行模拟 试验。 绝缘和护套材料热特性数据应建立在热寿命评定结果的基础上。将己确立 的材料具有 50 年使用寿命的 Arrhenius 曲线图和温度与寿命关系式,作为确 定成品电缆样品运行老化模拟试验数据的依据。 已经确立的 Arrhenius 曲线图和温度与寿命关系式, 是在材料的断裂伸长 率保留率为 50% 时的假定寿命终止点, 成品电缆样品等效 50 年运行热老化 模 拟试验应选择在 90 ℃ 时, 假定寿命终止前的一个点。 Arrhenius 曲线图中, 在 根据式 (2) 和己知的斜率,建立新的曲线和温度与时间关系式来选择模拟试验 的温度和时间。 d. 等效 50 年运行的放射线照射老化模拟试验 辐射试验的成品电缆样品应经过等效 50 年运行的热老化模拟试验。等效 50 年运行的辐射老化模拟试验以 C60 作为放射源,辐射的速率不大于 1.0× 104Gy / h 辐射剂量为 2.5×105Gy ,满足电缆在核辅助厂房和反应堆厂房中 正常辐射剂量环境条件的耐辐射性能要求。 e. 模拟抗震试验 电缆样品缠绕直径 20D ( D 为电缆外径 ) 的试验圆柱体至少一圈,再反 方向重复此过程,为一个循环,共二个循环。缠绕循环后,将绕在圆柱体上的试 样放入加热至电缆额定运行温度的烘箱中 24h ,冷却后进行规定的性能检查试 验。 f. 等效 50 年运行 LOCA 时的放射线照射试验、模拟 LOCA 试验 ( 高温、高压

水蒸汽下暴露 ) LOCA( Loss of coolant accident) 是冷却剂跑失事故,在轻水反应堆中也称为 失水事故。无论是在沸水堆 (BWR) 还是在压水堆( PWR) 体系中,山于管道渗 漏或其它原因, 冷却剂跑失事故有时会发生。在这种情况下的电缆,无论是在 安全壳内或外,都要受到严峻的考验,即承受不同程度的高温、高压,化学物质 喷射和史大剂量的 γ 线 照射。只有通过这种模拟 LOCA 条件试验的电缆才能

安全使用在核电站。因此,反应堆厂房内的电缆,无论在安全壳内还是在安全壳 外都应进行 LOCA 试验。 g. 性能检查试验 性能检查试验包括耐压试验、燃烧试验、绝缘电阻、绝缘和护套的抗张强 度、断裂伸长率的测试,其中绝缘电阻、抗张强度和断裂伸长率测试仅作参考。 耐压试验:将样品弯曲,其弯曲直径为样品中电缆直径的 40 倍,然后以 3.15kV/min 梯度施加电压,持续 5min ,电缆应不击穿。 燃烧试验:通过 IEEE383 规定的成束燃烧试验。 四、国内核级电缆研发生产情况 大致在上世纪 80 年代中期, 我国在消化并结合美国火力发电站规范的基础 上,开始研究发展核电站用电线电缆,原第一机械工业部下达任务:由上海电缆 厂和沈阳电缆厂试制电缆, 由上海电缆研究所进行电缆的全面评测,该阶段的工 作虽然带有摸底性质,但对以后的开发很有帮助。上世纪 80 年代后期,大亚湾 核电站的大量进口电缆护套发生开裂,委托上海电缆研究所进行试验,并分析了 产生开裂的根本原因, 最后外商同意经济索赔。由于时间上不可能由外国重新提 供电缆, 所以必须更换的电缆由上海电缆厂及时供应并运行正常。上世纪 90 年 代中期和后期, 我国加快了核电站建设步伐,核电站用电线电缆制造厂已进入市 场竞争阶段。 至今上海电缆研究所电线电缆检测中心和技术开发中心,已相继进 行了十次以上的核电站用电线电缆测试和评定, 结果说明要生产出全面优质的核 电站用电线电缆, 技术上也不是轻易的事, 就最近二年内, 已交货待使用的电缆, 仍发现质量问题。 今后更多的核电站用电线电缆要上市,更应该重视线缆质量问 题。联想而知,加强制造厂、设计院和研究所广泛协作,联合制订定标准事项尤

为重要。有利于对电缆结构、材料、工艺和试验深入探讨、验证以及更多的研究 工作,以便高水平地完成我国自主的核电站用电线电缆标准制订。 核级电缆中 K1 类电缆由于其要在反应壳内工作,要求极高。一些发达国家 如美国开发出一种 SiO2 作为绝缘介质的电缆,用于核电站 K1 类仪表电缆,二氧 化硅的耐温等级是乙丙橡胶和 XLPE 的 10 多倍,使用寿命超过 60 年,这种耐温 等级超好的绝缘介质用于 K1 类核级仪表电缆的绝缘是非常合适的。但是这种新 型电缆的工艺,我们国家尚没有生产厂家去尝试,希望不久的将来,我们核级电 缆生产厂家能够开发出更加好的 K1 类核级电缆。目前我国核电站用 1E 级 k1 类 电缆大都用的是国外的,国内核电站用的 k1 电缆主要从意大利 pirilli,阿尔 卡特的, 也就是现在的耐克森等公司采购。 国内上上集团通过了 k1 级鉴定试验, 生产的 k1 类电缆应用到了秦山核电二期扩建工程、巴基斯坦 C2 项目工程,结束 了我国该类电缆一直依赖进口的历史,产生了良好的社会与经济效益。k3 类电 缆国内目前有几家企业通过资格认证,绝缘以交联聚烯烃为主,护套以热塑性聚 烯烃为主,今后可能需要增加乙丙橡胶绝缘和交联聚烯烃护套品种的应用比重。 国内生产 k3 类核电缆的技术已经成熟。绝缘型式有: a)无卤阻燃交联聚乙烯; b)无卤阻燃材料; c)完全粘合的双层无卤材料,外层应阻燃; d)阻燃乙丙橡胶。 五、结束语 由于核级电缆在国内属高端产品,因而涉足于该领域的线缆厂家还为数不 多,国内能为核电配套的企业供货不足,由于市场供需尚有较大缺口。发展核级 电缆对于公司来说无论从经济效益还是品牌效应看都是巨大的益处。 然而也要清 醒的看到,在核级电缆巨大利益的面前,国内多家电缆供应商纷纷上马,巨大的 利益带来同样巨大的竞争。 同时核级电缆的准入门槛:资格许可证和核安全认证 都需要投入大量的人力、物力及技术力量。


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