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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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