瞿虎威 陳超

中國(guó)核電工程有限公司 北京 100840

電纜是構(gòu)成核電廠儀表和控制系統(tǒng)的重要部件，與核電廠的安全運(yùn)行密切有關(guān)。一座核電廠包含成千上萬(wàn)米的電纜和導(dǎo)線，包括：儀表和控制電纜、低壓電力電纜、中壓電力電纜、一般功能電纜。一般的電纜老化原因主要由熱應(yīng)力、輻射應(yīng)力所造成，由化學(xué)應(yīng)力造成的老化案例主要集中在特定的環(huán)境條件。

電纜表面霉變后，首先會(huì)影響產(chǎn)品外觀，使不同顏色的電纜表面產(chǎn)生變色；另外還可能會(huì)降低絕緣材料的介電強(qiáng)度，影響絕緣電阻和體積電阻率，甚至發(fā)生電擊穿，導(dǎo)致核電廠安全事故的發(fā)生。

為了避免核電廠電纜（尤其是核級(jí)電纜）由于霉變引起不可預(yù)測(cè)的安全事故發(fā)生，本文將通過(guò)分析電纜霉變的機(jī)理，梳理核級(jí)電纜的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，提出幾個(gè)核電廠電纜霉變老化問(wèn)題解決方案，并進(jìn)行分析討論。

1 電纜的霉變機(jī)理

電纜發(fā)生霉變現(xiàn)象，其原因有兩個(gè)方面：一個(gè)是內(nèi)在的原因，主要是電纜護(hù)套材料含有霉菌所需的養(yǎng)分，有利于霉菌的生長(zhǎng)；另一個(gè)是外界環(huán)境的原因，根據(jù)有關(guān)微生物霉菌繁殖相關(guān)的研究成果[1]，可知：適合霉菌生長(zhǎng)的相對(duì)濕度為80%-90%，而當(dāng)相對(duì)濕度超過(guò)95%時(shí)，是霉菌生長(zhǎng)最為旺盛的條件；適合霉菌生長(zhǎng)的溫度是15℃-35℃，而最適宜的溫度是25℃-30℃，當(dāng)溫度低于0℃或高于40℃時(shí)，霉菌將停止生長(zhǎng)；空氣流動(dòng)速度快可抑制霉菌的繁殖和生長(zhǎng)，而在空氣流動(dòng)慢的地區(qū)，霉菌生長(zhǎng)很快；另外，如果電纜與易生長(zhǎng)霉菌的材料接觸后，霉菌亦容易蔓延到電纜表面。

有文獻(xiàn)報(bào)道浙江海鹽地區(qū)某核電廠內(nèi)電纜出現(xiàn)長(zhǎng)霉的狀態(tài)[2]，霉菌為白色，長(zhǎng)度在0.5cm-1cm之間，附著在各種類(lèi)型的電纜護(hù)套表面。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電纜表面的主要霉菌種類(lèi)共有7種，分別是黃曲霉、土曲霉、黑曲霉、桔青霉、繩狀青霉、短柄帚霉和總狀毛霉，均為常見(jiàn)污染菌。電纜配方中的添加劑，如碳酸鈣、炭黑、石蠟或脂肪酸類(lèi)等通常有助于霉菌生長(zhǎng)。目前最常用的無(wú)鹵低煙阻燃護(hù)套材料，其中填充大量氫氧化物和一定量的硬脂酸，表面長(zhǎng)霉的可能性是存在的。

2 主要設(shè)計(jì)技術(shù)要求

對(duì)于控制電纜，其設(shè)計(jì)應(yīng)遵守RCC-E、IEC標(biāo)準(zhǔn)、AFNOR標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。目前發(fā)現(xiàn)的控制電纜產(chǎn)生霉變的主要位于反應(yīng)堆廠房外，而反應(yīng)堆廠房外控制電纜的環(huán)境應(yīng)滿足：

2.1 氣候

-- 環(huán)境溫度：極限值 0℃ -+55℃

-- 大氣壓力 960mbar-1060mbar

-- 由于熱輻射和熱傳導(dǎo)的溫升 15K

-- 最大相對(duì)濕度 100%

2.2 大氣中的污染物

-- 鹽分 含鹽空氣

-- 水 水噴淋

-- 灰塵 存在

2.3 機(jī)械應(yīng)力

-- 最大空氣速度 10m/s

--振動(dòng)：

i.在截止頻率時(shí)的振幅（峰值）0-75μm

ii.頻率10Hz-2000Hz

iii.加速度0.2g

由于電纜的霉變主要發(fā)生在外護(hù)套上，控制電纜外護(hù)套的設(shè)計(jì)技術(shù)要求：

（1）電纜組件應(yīng)用交聯(lián)、阻燃、無(wú)鹵的材料制成灰色的外護(hù)套。

（2）用作電纜護(hù)套的阻燃、無(wú)鹵材料機(jī)械性能應(yīng)符合以下數(shù)值：

--供貨狀態(tài)的抗張強(qiáng)度≥9Mpa，斷裂伸長(zhǎng)率≥120%；

--交聯(lián)材料在120±2℃烘箱中老化240小時(shí)，熱塑材料在110±2℃下老化240小時(shí)后：抗張強(qiáng)度的變化≤±25%，斷裂伸長(zhǎng)率的變化≤±25%。

（3）外護(hù)套應(yīng)耐水、二氧化物和三氧化物、臭氧、油或油脂、輕質(zhì)燃油的腐蝕。

3 霉變老化問(wèn)題解決方案及分析

上述章節(jié)分析了電纜產(chǎn)生霉變的機(jī)理，并且以控制電纜為例闡述了電纜的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，但要想解決電纜在核電廠運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生霉變的問(wèn)題，需要最終給出一套合理、可靠、經(jīng)濟(jì)地解決方案。

結(jié)合電纜產(chǎn)生霉變的機(jī)理、電纜的設(shè)計(jì)技術(shù)要求、以及核電廠的運(yùn)行要求，可以得到以下備選的4種解決問(wèn)題的方案：

3.1 整體更換電纜

整體更換已發(fā)霉的電纜，用更為耐霉菌電纜替代原有的電纜，一次性地徹底解決電纜霉變問(wèn)題；優(yōu)勢(shì)是從電纜本身著手，能根本性地徹底解決電纜霉變問(wèn)題，劣勢(shì)是改造成本大、項(xiàng)目施工周期長(zhǎng)，且影響核電廠的運(yùn)行和大修，可行性很低。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)改造

對(duì)發(fā)生電纜霉變的廠房或構(gòu)筑物進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造，改變電纜所處的環(huán)境條件，包括溫度、濕度、空氣流動(dòng)速度等；優(yōu)勢(shì)從環(huán)境著手，優(yōu)化電纜的服役環(huán)境，能長(zhǎng)期地避免電纜再次發(fā)生霉變，劣勢(shì)是改造成本較大、通風(fēng)系統(tǒng)改造方案復(fù)雜，影響核電廠的大修計(jì)劃。有一定地可行性，需綜合考慮核電廠業(yè)主的需求，并需充分考慮核電廠運(yùn)行、大修期間的計(jì)劃安排。

3.3 噴灑防霉藥劑

對(duì)已發(fā)霉的電纜用機(jī)械或化學(xué)的方法進(jìn)行表面污物清除處理后，對(duì)處理后的電纜表面噴灑防霉藥劑；優(yōu)勢(shì)是成本低、實(shí)施方便，劣勢(shì)是僅能短期地防止霉變現(xiàn)象的產(chǎn)生，后期需大量、頻繁地進(jìn)行人工處理和施工；需進(jìn)行一定時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證后方可進(jìn)行整體實(shí)施。可行性較低，需綜合考慮核電廠業(yè)主的需求，可作為部分備用方案。

3.4 噴涂防霉涂層

對(duì)已發(fā)霉的電纜用機(jī)械或化學(xué)的方法進(jìn)行表面污物清除處理后，對(duì)處理后的電纜表面噴涂防霉涂層。優(yōu)勢(shì)是成本低、實(shí)施方便、可長(zhǎng)期地解決電纜霉變問(wèn)題，劣勢(shì)是需進(jìn)行一定時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證后方可進(jìn)行整體實(shí)施?？尚行暂^高，需綜合考慮核電廠業(yè)主的需求[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施性等各方面因素，采用噴涂防霉涂層的方案較為可靠，但是也需要進(jìn)行一定的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證后方可進(jìn)一步推廣。