華龍一號(hào)與AP1000核島電纜通道設(shè)計(jì)的差異及探討

張勇衛(wèi) 胡慶慶 付 雷 陳 江 宋小龍

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，四川 成都 610213）

0 引言

目前，福清5號(hào)和卡拉奇2號(hào)機(jī)組的華龍一號(hào)核電已并網(wǎng)發(fā)電，漳州核電也與19年開(kāi)工。與此同時(shí)，引進(jìn)的西屋公司的AP1000在三門1號(hào)&2號(hào)機(jī)組與海陽(yáng)1號(hào)&2號(hào)機(jī)組相繼并網(wǎng)發(fā)電。比較兩個(gè)三代核電堆型之間存在的差異，可以為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供思考的方向。

1 電纜通道設(shè)計(jì)差異

電纜通道是對(duì)電纜起保護(hù)、支撐、隔離作用的裝置。

1.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則差異

電纜通道設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是依據(jù)安全規(guī)范、抗震規(guī)范、防火規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)編制的設(shè)計(jì)技術(shù)文件。華龍一號(hào)和AP1000兩個(gè)堆型在設(shè)計(jì)準(zhǔn)則上的差異如下：

（1）通道分類差異?；诓煌男枨螅珹P1000將安全級(jí)電氣通道分為A、B、C、D、S以及非安全級(jí)。華龍一號(hào)將安全級(jí)分為安全A、B，保護(hù)組I、II、III、IV，事故后檢測(cè)PAMS1、PAMS2，非安全NC級(jí)。華龍一號(hào)通道一共有9種，加之服務(wù)級(jí)別的不同，使得通道種類眾多。核島空間有限物項(xiàng)眾多，為了滿足通道相互之間的隔離，通道越多電纜通道布置難度就越大。

（2）共用通道差異。華龍一號(hào)在電氣廠房和安全廠房中S級(jí)電纜可以和應(yīng)急供電的非安全級(jí)電纜共用通道，而AP1000嚴(yán)禁共用通道。

（3）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則細(xì)化程度差異。比如，當(dāng)設(shè)計(jì)金屬軟管時(shí)，AP1000設(shè)計(jì)文件規(guī)定AP1000電站中，金屬軟管的長(zhǎng)度至少為457 mm。金屬軟管有支架固定時(shí)其長(zhǎng)度不得超過(guò)1 829 mm，無(wú)支撐時(shí)長(zhǎng)度不得超過(guò)1 219 mm。這些在華龍一號(hào)的設(shè)計(jì)文件中沒(méi)有體現(xiàn)。

（4）填充率上限差異。AP1000在計(jì)算填充率是采用的是電纜截面圓面積，并電纜填充率上限40%。華龍一號(hào)設(shè)計(jì)要求的填充率是托盤實(shí)際容量的100%（除單層敷設(shè)外），但以外徑切正方形的面積作為電纜截面積。雖然都增加了余量考慮，但兩個(gè)堆型施工中都出現(xiàn)了超容，華龍一號(hào)較為嚴(yán)重。

（5）電纜彎曲半徑上限差異。這個(gè)差異主要是因?yàn)殡娎|材料工藝和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的差異，AP1000設(shè)計(jì)規(guī)定控制測(cè)量電纜為6D，而華龍一號(hào)則為20D（D為電纜外徑）。

1.2 次橋架與電纜管的差異

電纜主通道到電纜終端設(shè)備或終端接線箱的這一段通道設(shè)計(jì)，是兩個(gè)堆型電纜通道設(shè)計(jì)上最明顯的差別。在這段通道的設(shè)計(jì)上，AP1000采用了金屬電纜導(dǎo)管。華龍一號(hào)則采用是和主通道一樣的托盤設(shè)計(jì)，只是規(guī)格上寬度小于300 mm。

金屬電纜管與次橋架相比優(yōu)點(diǎn)在于：占用安裝空間較小，適合空間受限的狹小空間；全封閉，對(duì)電纜起到更好的保護(hù)作用；路徑相對(duì)自由，適合復(fù)雜的安裝空間；支架簡(jiǎn)單。

金屬電纜管與次橋架相比不足有：電纜敷設(shè)難度大，后期電纜更換難；散熱能力較差，能使用填充率??；導(dǎo)管煨彎、套絲等工藝難度大。

核島物項(xiàng)密集，安裝空間極為有限。建議在華龍一號(hào)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用次橋架和金屬軟管結(jié)合使用。尤其是在以下幾種情形：

（1）主泵房間、穩(wěn)壓器間等人員通行、檢修空間狹小的區(qū)域；

（2）電纜較少、路徑單一、距離較遠(yuǎn)時(shí)；

（3）安裝環(huán)境復(fù)雜不易布置橋架支架時(shí)；

（4）后期變更增加少量電纜，但不具備次橋架設(shè)計(jì)環(huán)境時(shí)；

（5）電纜需要絕對(duì)的屏蔽和保護(hù)時(shí)；

（6）預(yù)埋受力和行人容易觸碰的地方。

1.3 通道支架設(shè)計(jì)的差異

設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段，華龍一號(hào)采用了標(biāo)準(zhǔn)支架圖集定義了標(biāo)準(zhǔn)支架類型，并根據(jù)安裝的標(biāo)高、生根位置、電纜橋架寬度等不同安裝條件演變出了上百種標(biāo)準(zhǔn)支架。后期設(shè)計(jì)針對(duì)特殊位置，搭建了非標(biāo)支架，滿足了整個(gè)核島電纜通道支架的設(shè)計(jì)需求。標(biāo)準(zhǔn)支架設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）在PDMS三維建模設(shè)計(jì)階段，采用中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院自主開(kāi)發(fā)的EHS插件，通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)支架庫(kù)，可以一鍵生成橋架支架，大幅度減輕了設(shè)計(jì)的工程量，縮短了設(shè)計(jì)周期。

（2）在出設(shè)計(jì)出圖階段，支架標(biāo)準(zhǔn)化也減少畫(huà)支架圖和標(biāo)注支架信息的工程量。

（3）在工程施工階段，標(biāo)準(zhǔn)化支架可以提前規(guī)模化預(yù)制，減小了工程量、減少了材料浪費(fèi)。

（4）標(biāo)準(zhǔn)支架和組件可以通用，減少了材料及人工的浪費(fèi)。

相比而言，AP1000也定義了標(biāo)準(zhǔn)支架圖集，但最終還是大量采用了搭建式非標(biāo)支架。這使得西屋進(jìn)行了大規(guī)模的力學(xué)計(jì)算，出版了大量支架圖紙并標(biāo)注每一個(gè)支架的詳細(xì)信息，導(dǎo)致設(shè)計(jì)工程量巨大。在施工階段，這些非標(biāo)支架大多數(shù)量產(chǎn)率低，只能現(xiàn)場(chǎng)焊接。

支架托臂設(shè)計(jì)方面的差異也比較大。華龍一號(hào)橋架托臂與方鋼支架之間采用螺栓固定，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于可以調(diào)平、拆卸、材料通用。而AP1000采用焊接，焊接的優(yōu)點(diǎn)在于力學(xué)強(qiáng)度更大，但施工難度、后期修改及拆卸難度也是可想而知。逐個(gè)力學(xué)計(jì)算和采用大量焊接以及電纜填充率小等因素下，AP1000抗震支架之間安裝的支架最大跨距為2.4 m，節(jié)約了一些空間和工程成本。

2 差異存在的原因分析

2.1 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同

華龍一號(hào)以國(guó)家核安全局的HAF系列標(biāo)準(zhǔn)及其導(dǎo)則HAD作為質(zhì)量保證的依據(jù)。電纜通道設(shè)計(jì)依據(jù)國(guó)標(biāo)GB、核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)EJ，也參考IEC系列等標(biāo)準(zhǔn)。通道設(shè)計(jì)隔離準(zhǔn)則滿足RCC標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 13286中的規(guī)定。AP1000在質(zhì)量保證方面依據(jù)ASMENQA-1標(biāo)準(zhǔn)，在材料設(shè)計(jì)上依據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，在焊接技術(shù)上依據(jù)的AWS規(guī)范，在通道設(shè)計(jì)上依據(jù)的IEEE作為依據(jù)[1]。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上的差異是AP1000和華龍一號(hào)電氣通道設(shè)計(jì)差異的根本原因。

2.2 非能動(dòng)設(shè)計(jì)程度不同

非能動(dòng)是一種安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理念，指充分依靠自然力，采用加壓氣體、重力、自然循環(huán)以及對(duì)流等自然驅(qū)動(dòng)力，不依靠泵、風(fēng)機(jī)等能動(dòng)部件，在沒(méi)有交流電源等安全級(jí)系統(tǒng)支持下保持正常運(yùn)行功能。這一設(shè)計(jì)理念使得AP1000相比于傳統(tǒng)壓水堆電廠大大簡(jiǎn)化。電氣系統(tǒng)方面，AP1000使用的閥門數(shù)量減少53%，泵減少了36%，電纜減少了87%。[2]這也使得電纜通道設(shè)計(jì)變得更容易。

2.3 模塊化設(shè)計(jì)程度不同

模塊是指一個(gè)材料和部件組裝而成的組合件。從AP600開(kāi)始西屋設(shè)計(jì)就引入了模塊化設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的概念。AP1000工程中西屋定義了185個(gè)模塊，分為結(jié)構(gòu)模塊、樓板模塊、鋼結(jié)構(gòu)模塊、樓梯模塊、設(shè)備模塊、管道模塊等。其中，設(shè)備模塊包含了大量電纜通道。通道模塊化的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）局部整體設(shè)計(jì)，共用支架使得設(shè)計(jì)難度降低；

（2）避免作業(yè)工人狹小空間過(guò)多作業(yè)；

（3）實(shí)現(xiàn)多模塊提前同時(shí)預(yù)制，減少現(xiàn)場(chǎng)工程量、縮短工期；

（4）模塊預(yù)制廠施工條件好，可以施展大型工機(jī)具，專業(yè)預(yù)制工人技能熟練，能提高模塊上相對(duì)物項(xiàng)的安裝精度。

3 結(jié)語(yǔ)

華龍一號(hào)正在逐步實(shí)現(xiàn)非能動(dòng)和模塊化設(shè)計(jì)的道路上發(fā)展。在減少電纜的基礎(chǔ)上，采用標(biāo)準(zhǔn)化支架設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮次托盤的優(yōu)勢(shì)，適當(dāng)運(yùn)用套箱和金屬電纜管優(yōu)化設(shè)計(jì)，并有針對(duì)性地進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，可以使華龍一號(hào)電氣布置更為精細(xì)化，建造周期更短，安全性能更高，更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

CAP1400建設(shè)和AP1000國(guó)產(chǎn)化的道路上也將在充分發(fā)揮已有優(yōu)勢(shì)的前提下，逐漸融入支架標(biāo)準(zhǔn)化等理念，達(dá)到減小通道設(shè)計(jì)和通道施工的工程量，達(dá)到縮短項(xiàng)目周期和降低成本的目的。