核級(jí)電纜熱縮終端概述

中國(guó)核電工程有限公司 王之瑄

一、前言

熱縮終端是是實(shí)現(xiàn)電纜與設(shè)備連接和再絕緣的電纜附件，其主要組成是各類熱縮材料。熱縮材料是輻射交聯(lián)熱收縮高分子材料，具有極好的耐漏電痕跡及抗污穢性能。通過熱風(fēng)槍或其它熱源，熱縮材料收縮，緊密包覆在電纜外層，如圖1。

核級(jí)電纜終端熱縮套管在常規(guī)熱縮終端的基礎(chǔ)上，增加了高溫高壓、輻照等工況的嚴(yán)苛條件，要求在這些條件下以及事故過后，仍能保證其機(jī)械電氣性能。

核級(jí)中低壓動(dòng)力、控制、測(cè)量電纜端接時(shí)都需要使用熱縮終端。通過熱縮終端的正確端接，電纜在現(xiàn)場(chǎng)與配電裝置和電氣設(shè)備的連接必須保證電纜芯線導(dǎo)體與設(shè)備端頭連接后所需求的密封、絕緣、防水、防潮、防機(jī)械碰撞和阻燃等一系列性能。

二、核級(jí)電纜熱縮終端的發(fā)展

核級(jí)電纜熱縮終端應(yīng)具有低鹵、阻燃，在燃燒時(shí)產(chǎn)生的腐蝕性小和低煙等特性。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，在40年壽期內(nèi)（AP1000堆型要求60年壽期）不應(yīng)出現(xiàn)開裂、漏電和其它品質(zhì)下降現(xiàn)象。此外，核級(jí)電纜熱縮終端的額定電壓、電氣特性，機(jī)械物理特性和燃燒特性等與其所連接的電纜基本一致。

核級(jí)電纜熱縮終端雖然結(jié)構(gòu)和原理雖然并不復(fù)雜，但要保證眾多性能的嚴(yán)苛要求同時(shí)在此一種材料上得以實(shí)現(xiàn)，大大提高了核級(jí)電纜熱縮材料研發(fā)的難度。

1.國(guó)際情況

從世界范圍看，熱縮套管市場(chǎng)基本為美國(guó)的Raychem公司和加拿大Canusa 公司占有，兩公司現(xiàn)被Tyco（泰科電子）公司收購(gòu)，形成了絕對(duì)的壟斷格局。熱縮材料的重大研發(fā)節(jié)點(diǎn)如下表1所示：

2.國(guó)內(nèi)情況

我國(guó)的熱縮材料研究起源于中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，八十年代中期，我國(guó)生產(chǎn)出國(guó)內(nèi)第一代熱縮材料制品，結(jié)束了中國(guó)熱縮材料完全依靠進(jìn)口的歷史。之后，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所創(chuàng)辦了長(zhǎng)春熱縮材料廠。國(guó)內(nèi)目前在熱縮領(lǐng)域有所建樹的管理和技術(shù)人才基本來自這一源頭。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有核電站供貨業(yè)績(jī)的生產(chǎn)廠家主要有深圳長(zhǎng)垣股份有限公司和中科英華長(zhǎng)春高技術(shù)股份有限公司（原長(zhǎng)春熱縮材料股份有限公司）。

雖然國(guó)內(nèi)熱縮材料行業(yè)在這些年有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但在K1類電纜熱縮終端領(lǐng)域，仍未出現(xiàn)率先登頂著，國(guó)內(nèi)各核電廠的唯一選擇仍是Tyco。

3.我國(guó)核級(jí)電纜熱縮終端的市場(chǎng)現(xiàn)狀

我國(guó)核電站，從大亞灣、秦山二期、嶺澳、田灣一期、到方家山和福建福清核電項(xiàng)目，1E級(jí)K1類電纜終端熱縮套管均由Tyco公司供貨。根據(jù)使用者的反饋，Tyco產(chǎn)品的性能相比國(guó)內(nèi)產(chǎn)品確有較大優(yōu)勢(shì)，但其價(jià)格居高不下，往往讓購(gòu)買者望而卻步。因此需要更多供貨量的K3類電纜熱縮終端往往選擇了國(guó)內(nèi)廠家。

以國(guó)內(nèi)某核電站項(xiàng)目核級(jí)電纜熱縮終端數(shù)據(jù)（建設(shè)周期一半時(shí)統(tǒng)計(jì)）為例，得出如下數(shù)據(jù)對(duì)比。

僅由這一對(duì)比可知，同樣數(shù)量的電纜熱縮終端，K1類的價(jià)格約為K3類價(jià)格10倍。

三、核級(jí)電纜熱縮終端分類

1.按照安全級(jí)別分

電纜終端熱縮終端的安全功能與其所連接電纜的安全功能一致。與核1E級(jí)電纜相連接的電纜熱縮終端須為核1E級(jí)。1E級(jí)電纜熱縮終端按質(zhì)量鑒定程序又分為K1和K3類。K1類使用在核島安全殼內(nèi)，保證在正常環(huán)境條件下和地震荷載下及在事故情況下和/或事故后仍能執(zhí)行其規(guī)定的功能。K1類電纜熱縮終端要滿足LOCA/HELB事故環(huán)境條件和規(guī)定的輻照劑量的要求。 K3類使用在核島安全殼內(nèi)或外，保證在正常環(huán)境條件下和地震荷載下能夠執(zhí)行其規(guī)定的功能。（以M310機(jī)組為例，其他機(jī)組如VVER、AP1000堆型等，劃分方法略有不同）

2.按電壓等級(jí)分

核電站用1E級(jí)K1和K3類電纜熱縮終端按電壓等級(jí)分為中壓（6.6/10kV）電纜終端熱縮終端和低壓（0.6/1kV）電纜終端熱縮終端。

四、核級(jí)電纜熱縮終端組成

核級(jí)電纜熱縮終端因電纜的類型、電壓等級(jí)會(huì)有不同的配置，具體可在制造前根據(jù)電纜進(jìn)行相應(yīng)的熱縮終端設(shè)計(jì)。大體而言，核級(jí)電纜終端終端包括如下幾部分：指套，應(yīng)力控制管，絕緣管，端子副管，電纜密封管，恒力彈簧，地線，相色管，半導(dǎo)電帶，耐輻射密封膠條，三叉導(dǎo)電楔，硅脂膏，PVC膠帶等（部分為安裝時(shí)輔助材料）。

本文分別列舉某中壓和低壓電纜熱縮終端的組成和端接過程舉例說明，如圖3、4。

中壓電纜熱縮終端和低壓電纜熱縮終端的最大區(qū)別為應(yīng)力控制管的使用。

中壓電纜的電壓等級(jí)高，當(dāng)屏蔽層被切斷后，電應(yīng)力的作用非常明顯，如果不做處理，直接套上絕緣熱縮材料，極易擊穿，無法達(dá)到電氣性能要求。

應(yīng)力控制管通過其與電纜電場(chǎng)相匹配的體積電阻率及介電常數(shù)，調(diào)節(jié)控制電纜終端的電場(chǎng)分布，起到電應(yīng)力疏散作用，從而保重電纜熱縮終端的可靠運(yùn)行。

低壓電纜的電壓等級(jí)低，這種影響不明顯，因此其配套的熱縮終端套件中沒有應(yīng)力控制管。

五、核級(jí)電纜熱縮終端符合性試驗(yàn)

核級(jí)電纜熱縮終端需要具備的眾多性能如何檢測(cè)，其符合性驗(yàn)證是使用者和采購(gòu)方關(guān)心的重要問題。

在K1類產(chǎn)品研發(fā)階段，需進(jìn)行如下試驗(yàn)（根據(jù) IEEE 323/383）證明其LOCA及耐輻照老化的符合性：

* 90°C 下40年熱老化

* 輻射老化：劑量率< 1Mrad/h 時(shí)55 Mrad

* 事故輻照：劑量率< 1Mrad/h 時(shí)140 Mrad

* 通電樣本雙峰 LOCA 分布圖仿真

* 30天100% 滲透蒸汽條件

* 30天化學(xué)噴霧試驗(yàn)（硼、聯(lián)氨、三鈉、磷酸鹽緩沖器，PH值達(dá)10.5）

經(jīng)過以上試驗(yàn)的鑒定，可判定產(chǎn)品是否能夠成為滿足要求“K1類電纜終端熱縮材料”。

通過鑒定試驗(yàn)，獲得相應(yīng)的鑒定試驗(yàn)評(píng)定報(bào)告，產(chǎn)品方可進(jìn)入核電市場(chǎng)。

在購(gòu)買者驗(yàn)收檢測(cè)的時(shí)候，由于試驗(yàn)條件的限制，無法把所有性能一一檢測(cè)到。一般有如下檢測(cè)方法：

1）查閱型式試驗(yàn)報(bào)告。電纜熱縮終端需做的型式試驗(yàn)有：耐壓實(shí)驗(yàn)、局部放電實(shí)驗(yàn) （中壓）、體積電阻率測(cè)量、機(jī)械性能測(cè)試（抗張強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率）、阻燃性能試驗(yàn)和熱老化試驗(yàn)，K1產(chǎn)品還需做耐輻照老化試驗(yàn)和LOCA試驗(yàn)。

2）在產(chǎn)品生產(chǎn)及出廠階段，檢查其例行試驗(yàn)或報(bào)告。熱縮產(chǎn)品的例行試驗(yàn)主要是檢查標(biāo)識(shí)和熱縮產(chǎn)品的長(zhǎng)度、厚度、直徑是否符合要求。

3）檢驗(yàn)者抽取部分樣品，進(jìn)行抽樣試驗(yàn)。熱縮產(chǎn)品需做的抽樣試驗(yàn)有耐壓實(shí)驗(yàn)、局部放電實(shí)驗(yàn)（中壓）、體積電阻率測(cè)量、機(jī)械性能測(cè)試（抗張強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率）、阻燃性能試驗(yàn)和熱縮產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)、長(zhǎng)度、厚度、直徑的檢查。

4）檢查熱縮終端安裝在電纜上后的電氣性能試驗(yàn)。在安裝后進(jìn)行的試驗(yàn),用以證明安裝后的電纜及其附件完好。通常有交流或直流電壓試驗(yàn)和絕緣電阻的測(cè)量。

六、核級(jí)電纜熱縮終端的采購(gòu)模式

核級(jí)電纜熱縮終端的采購(gòu)方式大體可分為兩種：工程總承包公司（或核電公司直接采購(gòu)）采購(gòu)和安裝公司采購(gòu)。本文就目前二者的對(duì)比做如右表簡(jiǎn)述：

對(duì)于核級(jí)電纜熱縮終端的采購(gòu)，以上兩種方式各有利弊，應(yīng)在使用其中一種模式時(shí)使其缺點(diǎn)最小化。

七、結(jié)論及展望

核級(jí)電纜熱縮終端在核電站中使用量非常大，有著很大的市場(chǎng)潛能。但K1類核級(jí)電纜熱縮終端由于其材料的研發(fā)障礙，全球僅有Tyco獨(dú)占市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化的呼聲日益增高，不少企業(yè)也加快了研發(fā)的步伐。本文對(duì)核級(jí)電纜熱縮終端進(jìn)行了概述，簡(jiǎn)單普及了核電建設(shè)中這一微小但卻與核安全相關(guān)的重要一環(huán)，介紹了電纜熱縮終端的試驗(yàn)符合性檢測(cè)，并對(duì)目前的采購(gòu)方式進(jìn)行了簡(jiǎn)要對(duì)比。同時(shí)也期待著國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程縮短。

[1]交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜技術(shù)基礎(chǔ).西北工業(yè)大學(xué)出版社.

[2]潘宇,馬賓祥,叢熙滋.熱縮與冷縮材料電纜附件應(yīng)用分析,中國(guó)科技博覽,2011(10).

[3]Raychem 公司產(chǎn)品介紹.

[4]中國(guó)核電工程有限公司電纜終端熱縮套管技術(shù)規(guī)格書.