三代核電電纜熱縮套管采購難點(diǎn)分析

摘 要：隨著中國自主研發(fā)的三代核電站示范堆的平穩(wěn)推進(jìn)以及中國“走出去”戰(zhàn)略的重要部署，三代核電已逐步走向批量化的成熟應(yīng)用。本文以我國自主研發(fā)的華龍一號(hào)示范堆型為例，介紹了華龍一號(hào)電纜終端熱縮套管的特點(diǎn)以及采購難點(diǎn)。并對(duì)此進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)措施分析。最后結(jié)合現(xiàn)在電纜熱縮套管的市場(chǎng)現(xiàn)狀，提出了總結(jié)與展望。

關(guān)鍵詞：核電 熱縮套管 采購

一、我國三代核電的發(fā)展

上世紀(jì)90年代，美國和歐洲先后提出了符合“用戶要求”（URD、ERD）的概念，并在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了安全性、經(jīng)濟(jì)性更好的第三代核電技術(shù)。第三代核電技術(shù)最主要的特點(diǎn)為采用非能動(dòng)安全系統(tǒng)，重點(diǎn)是具有更好的安全性。我國在2011開始著手引入美國西屋AP1000堆芯，AP1000的全球首堆示范堆為三門核電。因三代核電的必然趨勢(shì)，2010年中廣核啟動(dòng)研發(fā)了三代核電堆型ACPR1000，后更名為ACPR1000+，中核集團(tuán)也于2010年將其研發(fā)的三代核電由CNP1000更名為CP1000，后進(jìn)一步更名為ACP1000。2011年開始，中核和中廣核兩家公司著手技術(shù)融合，共同打造華龍一號(hào)三代核電技術(shù)，即HPR1000。華龍一號(hào)是我國在30余年核電科研、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用國際最高安全標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)設(shè)計(jì)，具有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的第三代先進(jìn)壓水堆核電機(jī)型。對(duì)我國核電走出去的發(fā)展戰(zhàn)略具有重大的意義。作為我國的自主化品牌，華龍一號(hào)在計(jì)算分析軟件、反應(yīng)堆堆芯設(shè)計(jì)、燃料技術(shù)、能動(dòng)和非能動(dòng)安全技術(shù)等方面實(shí)現(xiàn)了重大突破。中核集團(tuán)的華龍一號(hào)有三大特點(diǎn)：第一大特點(diǎn)是177堆芯，第二大特點(diǎn)是燃料組件具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，這對(duì)中國核電“走出去”十分關(guān)鍵。第三大特點(diǎn)是裝備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。福清5、6項(xiàng)目是華龍一號(hào)的全球首堆示范工程，具有重要的示范意義。

二、三代核級(jí)電纜熱縮熱縮套管的特點(diǎn)

核電站電纜熱縮套管是電纜與設(shè)備永久性連接和再絕緣的電纜附件。電纜在現(xiàn)場(chǎng)與配電裝置和電氣設(shè)備的連接必須保證密封、絕緣、防水、防潮、防機(jī)械碰撞和阻熱等一系列性能，電纜套管完成了電纜芯線導(dǎo)體與設(shè)備端頭的連接，并實(shí)現(xiàn)了這一系列性能。電纜熱縮套管的安全分級(jí)及執(zhí)行的安全功能與其所連接的電纜和設(shè)備的安全分級(jí)和安全功能安全一致，與安全相關(guān)的電纜和設(shè)備端接的熱縮套管的安全分級(jí)為安全級(jí)（1E級(jí)），按使用環(huán)境條件及質(zhì)量鑒定需求又分為K1類、K2類、K3類。長(zhǎng)期以來，電纜熱縮套管的市場(chǎng)呈現(xiàn)壟斷態(tài)勢(shì)。從世界范圍看，熱縮套管被tyco（泰科電子）壟斷，從國內(nèi)來看，八十年代中期，我國結(jié)束了熱縮材料完全依靠進(jìn)口的歷史，后續(xù)發(fā)展出兩家公司具備生產(chǎn)1E（K2/K3）級(jí)熱縮套管的能力，但具有核安全局證書的只有一家。但國內(nèi)一直沒有具備投產(chǎn)1E級(jí)K1類電纜熱縮套管能力的廠家。這種壟斷格局造成了K1類電纜終端熱縮套管的價(jià)格居高不下，供貨周期可控性差，受制于美方的技術(shù)和貿(mào)易壁壘。Tyco的熱縮套管產(chǎn)品按照流水線批量化生產(chǎn)。在例行試驗(yàn)和鑒定試驗(yàn)階段，為了滿足一系列的性能要求，其產(chǎn)品進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，包括熱老化、電氣性能、絕緣性能、機(jī)械性嫩個(gè)、輻照性能、LOCA性能。在產(chǎn)品研制成功后，熱縮材料的制造廠制定了一系列嚴(yán)格的質(zhì)保流程，用以確保后續(xù)產(chǎn)品與例行試驗(yàn)產(chǎn)品的一致性。與此同時(shí)，在產(chǎn)品制造完成后，只進(jìn)行長(zhǎng)度、直徑、厚度、熱縮率、密度、等材料方面的性能以及表面清潔度、標(biāo)識(shí)、包裝等包裝方面的檢查。并不進(jìn)行電氣、機(jī)械、阻燃、熱老化等這些買方最關(guān)心的性能的檢測(cè)。對(duì)于買方來說，這些性能只能通過早年的試驗(yàn)報(bào)告獲得，無法親自見證。即使買方提出了此類要求，制造廠由于其復(fù)雜而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系，幾乎不能增加驗(yàn)證試驗(yàn)，至多只能進(jìn)行機(jī)械拉伸方面的一些驗(yàn)證。對(duì)于買方來說，無法親自驗(yàn)證所買產(chǎn)品的性能，不得不說是一件缺憾的事。三代核電站開始建設(shè)后，對(duì)于核級(jí)電纜熱縮終端也提出了新的要求。以華龍一號(hào)1E級(jí)電纜熱縮套管為例，包括60年熱老化壽命，60年輻照老化，60年熱老化和輻照老化后的阻燃性能要求，LOCA（事故工況下的高溫高壓環(huán)境）要求，60年熱老化及60年正常累計(jì)輻照老化、輻照劑量老化后再通過LOCA試驗(yàn)繼而進(jìn)行的電氣性能要求，浸泡試驗(yàn)，在異常運(yùn)行情況（化學(xué)噴淋條件）下的相關(guān)要求等都是與以往項(xiàng)目不同的要求。這一系列要求是與華龍一號(hào)1E級(jí)K1類電纜的要求相匹配，從而滿足三代核電的整體安全性。對(duì)于材料類的電纜和熱縮套管來說，這一系列要求的提高是極為嚴(yán)苛的條件。即使通過難度最大的研發(fā)環(huán)節(jié)，后續(xù)一系列數(shù)據(jù)對(duì)比、鑒定大綱、鑒定試驗(yàn)的驗(yàn)證也需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。目前來看，三代核電1E級(jí)電纜熱縮套管K2、K3類在國內(nèi)的技術(shù)難關(guān)基本攻克，還需進(jìn)一步滿足監(jiān)管環(huán)節(jié)的要求。三代核電1E級(jí)電纜熱縮套管K1類是重中之重，國外廠家目前暫時(shí)未開展新要求的產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證，國內(nèi)廠家尚未研發(fā)完成，直接制約了采購進(jìn)度，且存在后續(xù)供貨的風(fēng)險(xiǎn)。

三、核級(jí)電纜終端熱縮采購現(xiàn)狀及難點(diǎn)

鑒于三代核電的新要求，以及長(zhǎng)期以來K1套管供貨廠家與中核工程公司極個(gè)別技術(shù)方面的不符，K1類電纜終端熱縮套管的合同簽訂工作遲遲無法展開。因目前國內(nèi)廠家尚未具備生產(chǎn)、投標(biāo)條件，因此在現(xiàn)有市場(chǎng)條件下，首先與Tyco進(jìn)行K1類電纜熱縮套管的技術(shù)澄清對(duì)比。目前tyco通過分析計(jì)算，證明其熱縮套管產(chǎn)品滿足60年熱老化壽命，60年輻照老化和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故輻照，滿足要求。具體情況如下：（1）阻燃性能。通過試驗(yàn)，未做老化的熱縮套管阻然試驗(yàn)以及60年熱老化和輻照老化后熱縮套管的阻燃試驗(yàn)滿足要求。（2）LOCA性能。通過分析，雖然Tyco現(xiàn)有產(chǎn)品的LOCA曲線并不完全包絡(luò)華龍一號(hào)技術(shù)要求，但其試驗(yàn)的最高溫度和最大壓力均同時(shí)大于買方要求，總的試驗(yàn)包絡(luò)面積大于要求。滿足使用要求。（3）電氣性能。通過試驗(yàn)，分為低壓和中壓兩類考慮。需要測(cè)試其交流耐壓情況以及絕緣電阻。老化前電氣性能滿足使用要求；60年熱老化以及60年正常累計(jì)輻照老化、事故劑量老化后通過LOCA試驗(yàn)，再進(jìn)行電氣性能測(cè)試，結(jié)果同樣滿足使用要求。（4）浸泡試驗(yàn)。原有試驗(yàn)表明，Tyco產(chǎn)品具有良好的抗浸泡性能。

在雙方溝通中，具體存在如下分歧：（1）產(chǎn)品性能方面，在鹵素含量、LOCA曲線、阻燃性能等方面雙方未達(dá)成一致。鹵素含量的原有要求：電纜終端熱縮套管材料應(yīng)具有無鹵、阻燃，在燃燒時(shí)產(chǎn)生的腐蝕性小和低煙等特性。tyco套管為低鹵，不滿足無鹵要求，其生產(chǎn)的1E級(jí)電纜附件符合歐盟RoHS（關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令）、REACH（化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)和限制）這兩項(xiàng)要求。LOCA曲線的原有要求：反應(yīng)堆廠房?jī)?nèi)/嚴(yán)重事故工況下的LOCA壓力及溫度曲線。Tyco不滿完全滿足這一曲線，但其所做LOCA試驗(yàn)的最高溫度和最大壓力均同時(shí)大于要求，總的試驗(yàn)包絡(luò)面積大于要求。阻燃性能的原有要求：電纜終端熱縮套管應(yīng)具有阻燃性能，電纜終端熱縮套管應(yīng)能經(jīng)受住GB18380 或IEC60332 中規(guī)定的阻燃試驗(yàn) 。tyco公司核電1E級(jí)電纜附件是依據(jù)IEEE-383相關(guān)規(guī)定進(jìn)行燃燒試驗(yàn)（IEEE-1202標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行） 。（2）驗(yàn)收要求方面。原有要求：泰科公司核電1E級(jí)電纜附件是依據(jù)IEEE-383相關(guān)規(guī)定進(jìn)行燃燒試驗(yàn)（IEEE-1202標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行） 。而目前泰科只能在制造廠進(jìn)行機(jī)械性能例行試驗(yàn)，其它試驗(yàn)在型式試驗(yàn)報(bào)告中提供 。 目前K1類電纜終端熱縮套管國產(chǎn)化尚未實(shí)現(xiàn)，與國外廠家的技術(shù)交流還面臨部分分歧，無法達(dá)成一致。采購面臨困難，一方面督促國內(nèi)廠家，盡快完成鑒定試驗(yàn)，盡快取得國家核安全局的相關(guān)鑒定，另一方面督促現(xiàn)有可以供貨的廠家重新進(jìn)行試驗(yàn)，匹配設(shè)計(jì)要求。

四、核級(jí)電纜熱縮套管國產(chǎn)化歷程

國內(nèi)核電站，包括已建項(xiàng)目，從大亞灣，秦山二期、嶺澳、田灣，到秦山二期和嶺澳的擴(kuò)建，1E級(jí)電纜熱縮套管均由美國泰科（TYCO）公司供貨，其主要原因是我國的研制工作滯后難以滿足核電站的使用需求。由此帶來的問題是不可避免的技術(shù)壁壘和貿(mào)易壁壘，對(duì)我國核電站的建設(shè)和發(fā)展帶來了很大影響，在采購費(fèi)用上，亦難免形成“屈高不下”的局面（以田灣核電站為例，此項(xiàng)采購價(jià)約達(dá)五千多萬元）。因此，研制出滿足核電站要求的1E級(jí)電纜終端熱縮套管勢(shì)在必行。華龍一號(hào)機(jī)型核電站1E型電纜熱縮套管（組件）研制屬于中核集團(tuán)“龍騰2020”科技創(chuàng)新示范工程核心技術(shù)提升項(xiàng)目關(guān)鍵設(shè)備研制項(xiàng)目，受到了中核集團(tuán)的高度重視。項(xiàng)目研制和試驗(yàn)過程由核安全局全程監(jiān)管。2011年初，K1電纜終端熱縮套管國產(chǎn)化研制工作即開始啟動(dòng)，從最初的研制機(jī)構(gòu)組織構(gòu)架搭建、供應(yīng)商調(diào)研，逐步開始確定合作單位，培養(yǎng)共建。2012年7月，國內(nèi)首次采用成熟燃燒試驗(yàn)方法評(píng)定阻燃性能的1E及K2/K3類電纜熱縮套管組件通過了中國核工業(yè)集團(tuán)公司科技與信息化部主持的產(chǎn)品鑒定。具有國際先進(jìn)水的材料加工工藝，具有多項(xiàng)自主知識(shí)全和多項(xiàng)專利屬性，具有很好的應(yīng)用前景?！霸摦a(chǎn)品在國內(nèi)首次完成全部單根和成束燃燒試驗(yàn)、電氣性能和機(jī)械性能型式試驗(yàn)、熱老化、輻照老化試驗(yàn)等特殊型式試驗(yàn)，其無鹵、低煙、低毒、阻燃等特性指標(biāo)，均達(dá)到并超過了國際上同類產(chǎn)品的最高水平。”項(xiàng)目組經(jīng)過大量的前期調(diào)研、專家咨詢、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)比對(duì)、試驗(yàn)方法研討和產(chǎn)品試制，按照研發(fā)階段嚴(yán)格進(jìn)行節(jié)點(diǎn)技術(shù)評(píng)審，歷時(shí)近一年，終于研制出性能指標(biāo)滿足先進(jìn)核電站使用要求的“核電站1E級(jí)（K2＼K3）電纜熱縮套管”產(chǎn)品。為最終研發(fā)目標(biāo)——K1級(jí)電纜熱縮套管的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，將最終徹底突破制約我國核電發(fā)展的瓶頸。2015年4月，華龍一號(hào)機(jī)型核電站1E級(jí)電纜終端熱縮套管鑒定試驗(yàn)大綱評(píng)審會(huì)通過，可用于指導(dǎo)隨后的研制和試驗(yàn)工作，為今后的研制工作打下了良好的基礎(chǔ)。

五、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)措施

盡管國產(chǎn)化工作在穩(wěn)步進(jìn)行，國外供貨商的這條路也在繼續(xù)拓展，但是K1類電纜終端熱縮套管的風(fēng)險(xiǎn)是顯而易見的。國產(chǎn)化的整個(gè)流程，目前樂觀估計(jì)還需1年的時(shí)間。國外供應(yīng)商新的鑒定大綱也已提交，但因?yàn)闆]有充分的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，國外廠家的動(dòng)力不夠足，進(jìn)度不夠快，預(yù)計(jì)時(shí)間不夠準(zhǔn)。面對(duì)目前的交貨時(shí)間點(diǎn)，有可能兩條路都無法滿足到貨要求。據(jù)此，我們從宏觀和微觀上都需推動(dòng)措施一：實(shí)時(shí)跟蹤Tyco新的鑒定試驗(yàn)情況，及時(shí)與設(shè)計(jì)保持溝通，對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)排查，請(qǐng)求更高層更多人的幫助。措施二：關(guān)注國產(chǎn)化產(chǎn)品的進(jìn)展，鼓勵(lì)、推動(dòng)國產(chǎn)化的穩(wěn)步推進(jìn)。措施三：必要時(shí)部分鑒定試驗(yàn)由我們自己來做，以確保泰科的產(chǎn)品能滿足技術(shù)規(guī)格書要求。

六、結(jié)語

三代核電在安全性能方面比二代核電要求更高，對(duì)核級(jí)電纜熱縮終端也提出了更高的技術(shù)要求。不同的三代核電堆芯，又有一些差別。K1類電纜熱縮套管長(zhǎng)期被獨(dú)家壟斷，加上該供應(yīng)商的企業(yè)文化，任何技術(shù)改動(dòng)以及技術(shù)驗(yàn)證都是一件非常困難的事。因此一度為電纜熱縮套管的采購帶來困境。雖然國產(chǎn)化工作很早就達(dá)成共識(shí)，并早已啟動(dòng)，但材料類產(chǎn)品的研發(fā)難度很高，鑒定方案制定復(fù)雜，核級(jí)產(chǎn)品受國家核安全局監(jiān)管，取證嚴(yán)格等因素，導(dǎo)致目前K1類電纜熱縮套管未實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但國產(chǎn)化工作已經(jīng)深入到一定程度，相信國產(chǎn)化的實(shí)現(xiàn)之日可待。屆時(shí)三代核電電纜熱縮終端采購困難便可迎刃而解。

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作者簡(jiǎn)介：王之瑄（1984.04—），女。籍貫：內(nèi)蒙古鄂爾多斯人。學(xué)歷：碩士研究生，畢業(yè)于西安交通大學(xué)?，F(xiàn)有職稱：中級(jí)工程師。研究方向：采購管理。