反應堆儀控領域電纜絕緣降低原因探討

王世震 余周峰 楊寶松 郭唐文

福建福清核電有限公司 福建福清 350300

核電廠機組運行中，對核燃料的實時監測是保證機組安全的前提。而儀控領域電纜絕緣性能的好壞決定了測量數據的準確度。因此保證處于核島惡劣環境下儀控測量電纜的絕緣性能則是重中之重。

1 背景

某核電廠機組運行期間發現，儀控電纜絕緣性能出現降低。在對系統進一步檢查發現，反應堆豎井至安全殼部件間的絕緣存在降低的現象。分析主要是環境濕度大導致的，使得反應堆至安全殼部位相線間內的電纜通道中形成較多的水汽，在豎井電纜端部產生凝結水，導致殼體中的電纜絕緣性能降低。為了保證系統的安全運行，對電纜絕緣性能降低問題進行了分析和處理。

2 安全殼內電纜絕緣性能下降的原因分析

豎井區域內的電纜采用橫向布置，井壁部位的電纜接頭在孔道較低處，孔道中水汽會匯集到電纜的接頭部位，從而使電纜絕緣性能變弱。

首先取下在豎井壁部位的電纜接頭，對電纜和接頭的絕緣性能進行測試，發現該段電纜的絕緣性能較好，而接頭部位的絕緣性能降低，當采用新的電纜接頭后電纜可以達到設計絕緣性能[1]。

機組進行小修時，對豎井部位檢查發現電纜接頭處有較多的凝結水，存在著較為嚴重的環氧樹脂開裂問題。這是由于電纜接頭部位的環氧樹脂采用單一試劑和固化劑結合的方式，沒有雙試劑方式的效果好。利用環氧樹脂進行處理和固化的電纜有較高的硬度，但不具備較好的耐熱、耐輻照能力，工作環境不能超過80 攝氏度。如果在高輻射和溫度改變幅度大的環境下，會產生裂縫現象。所以，殼體中電纜絕緣性能減弱的主要原因是沒有對電纜通道進行科學合理地設計，使得凝結水匯集在電纜接頭部位，而使得對電纜接頭進行密封的環氧樹脂材料在受到輻射和溫度影響下產生裂縫，則水汽會進入到接頭部位而導致電纜絕緣性能下降[2]。

3 殼體電纜絕緣問題處理方案

3.1 總體思路

從核反應堆豎井與安全殼部位間的電纜孔道無法實現整體密封處理，核反應堆在冷、熱態條件下，電纜通道中的溫度改變幅度較大，當核反應堆為冷態時水汽會在豎井內的電纜接頭處形成凝結水。因此對保護殼內電纜絕緣處理的重點在于對電纜接頭部位的處理，需要保證在凝結水的狀況中達到正常絕緣性能。解決措施為對保護殼中的電纜進行換新，或者針對絕緣性能低的通道進行單獨處理。

如果對電纜完全換新，則可以完全處理好絕緣性能降低的問題，但該方案維修成本較高，占用大修主線時間，對正常的發電造成影響。針對絕緣性能不高或者達到運行上限的電纜進行有針對性的維修改造，則不需要占用太多的資金，也不需要占用大修主線時間，是一種比較理想的處理方案。

3.2 電纜接頭更換可行性分析

電纜接頭環氧樹脂產生裂縫是引起保護殼電纜絕緣性能降低的主要原因，所以對電纜接頭進行更換并采用K1 級熱縮管等材料來進行密封處理，可以有效解決絕緣性能下降的問題。

如果采用硅橡膠來對電纜接頭實現密封，則由于儀控電纜線芯比較多，在完全固化之前具有流動性，固化之后不能對所有芯線焊點進行全部密封，達不到理想效果。同時電纜接頭后側存在5 毫米的凸臺，只應用熱縮管進行密封處理會在凸臺部位形成不良密封。但是環氧樹脂具備較好的密封和絕緣性能，所以可先采用該材料進行處理，之后再在環氧樹脂表面利用熱縮管進行密封，即使環氧樹脂材料受到溫度或輻射影響而導致開裂，也無法對電纜接頭密封性能造成影響[3]。

對電纜接頭進行換新，但不對電纜進行替換。反應堆豎井部位電纜接頭的再次焊接和密封會存在引入異物的可能性，同時會對大修主線造成不良影響。除此之外，如果電纜預留長度較少，也達不到電纜接頭重新焊接的需要。所以，需要對電纜和接頭同時進行換新，首先把電纜接頭和電纜進行可靠地焊接，并把其投入到電纜通道中，在安全殼部位位置進行再次焊接。

整體更換需要對電纜接頭進行預制，預制過程中需采用合理的密封材料來對電纜接頭進行密封。制作完成后對電纜進行性能測試，達到要求后可以把電纜和接頭都放到電纜通道中，從而使電纜絕緣達到使用要求。但是該方案需要投入更多的改造費用，安全殼中的電纜、部位連接材料等都需要進行替換。同時原來的電纜橋架沒有預留出足夠的空間，需要再次安裝足夠寬度的橋架后再敷設電纜，這就需要很長的工作時間。

3.3 環氧樹脂加入其它密封材料的可行性

環氧樹脂材料受輻照后存在裂縫，表明采用的防輻射漆沒有發揮作用，需要加入其它材料，來提升環氧樹脂材料的性能。但加入其它材料會受到電纜孔道內壁空間的影響，不能保證電纜接頭完全進入到孔道中。但可以應用進口的熱縮套管來提高密封性能，不需要對電纜接頭進行換新，改造成本較低，不需要較長的改造工期。

3.4 通風對流方案

當反應堆停堆時，可以把電纜從通道中提出一段時間，利用自然通風來提高電纜具備的絕緣性能，并提高豎井電纜接部位的通風，起到防止潮氣在接頭部位匯集的作用，從而提升電纜的絕緣水平。當發電機組正常運行時，需要保證豎井通風設備處于工作狀態，保持較大的通風量。還需要在固定螺栓中安裝厚度較大的墊片，不得使電纜通道處于完全密封條件下，從而在通道中產生對流，利用自然風進來驅走內部的潮氣，避免凝結水在電纜接頭部位匯集。

4 結語

綜上所述，針對反應堆儀控電纜絕緣降低問題，采用更換新的電纜接頭、加入其它的密封材料或者加強電纜通道通風，都可以有效的解決電纜絕緣性能降低的問題，同時也需要結合核電廠自身的具體情況進行選擇，從而達到提高儀控電纜絕緣性能的目的。