華龍一號與AP1000核島電纜通道設計的差異及探討

張勇衛 胡慶慶 付 雷 陳 江 宋小龍

（中國核動力研究設計院，四川 成都 610213）

0 引言

目前，福清5號和卡拉奇2號機組的華龍一號核電已并網發電，漳州核電也與19年開工。與此同時，引進的西屋公司的AP1000在三門1號&2號機組與海陽1號&2號機組相繼并網發電。比較兩個三代核電堆型之間存在的差異，可以為優化設計提供思考的方向。

1 電纜通道設計差異

電纜通道是對電纜起保護、支撐、隔離作用的裝置。

1.1 設計準則差異

電纜通道設計準則是依據安全規范、抗震規范、防火規范等標準編制的設計技術文件。華龍一號和AP1000兩個堆型在設計準則上的差異如下：

（1）通道分類差異。基于不同的需求，AP1000將安全級電氣通道分為A、B、C、D、S以及非安全級。華龍一號將安全級分為安全A、B，保護組I、II、III、IV，事故后檢測PAMS1、PAMS2，非安全NC級。華龍一號通道一共有9種，加之服務級別的不同，使得通道種類眾多。核島空間有限物項眾多，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。華龍一號在電氣廠房和安全廠房中S級電纜可以和應急供電的非安全級電纜共用通道，而AP1000嚴禁共用通道。

（3）設計準則細化程度差異。比如，當設計金屬軟管時，AP1000設計文件規定AP1000電站中，金屬軟管的長度至少為457 mm。金屬軟管有支架固定時其長度不得超過1 829 mm，無支撐時長度不得超過1 219 mm。這些在華龍一號的設計文件中沒有體現。

（4）填充率上限差異。AP1000在計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%。華龍一號設計要求的填充率是托盤實際容量的100%（除單層敷設外），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，但兩個堆型施工中都出現了超容，華龍一號較為嚴重。

（5）電纜彎曲半徑上限差異。這個差異主要是因為電纜材料工藝和執行標準的差異，AP1000設計規定控制測量電纜為6D，而華龍一號則為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備或終端接線箱的這一段通道設計，是兩個堆型電纜通道設計上最明顯的差別。在這段通道的設計上，AP1000采用了金屬電纜導管。華龍一號則采用是和主通道一樣的托盤設計，只是規格上寬度小于300 mm。

金屬電纜管與次橋架相比優點在于：占用安裝空間較小，適合空間受限的狹小空間；全封閉，對電纜起到更好的保護作用；路徑相對自由，適合復雜的安裝空間；支架簡單。

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

核島物項密集，安裝空間極為有限。建議在華龍一號的優化設計時，可以采用次橋架和金屬軟管結合使用。尤其是在以下幾種情形：

（1）主泵房間、穩壓器間等人員通行、檢修空間狹小的區域；

（2）電纜較少、路徑單一、距離較遠時；

（3）安裝環境復雜不易布置橋架支架時；

（4）后期變更增加少量電纜，但不具備次橋架設計環境時；

（5）電纜需要絕對的屏蔽和保護時；

（6）預埋受力和行人容易觸碰的地方。

1.3 通道支架設計的差異

設計準備階段，華龍一號采用了標準支架圖集定義了標準支架類型，并根據安裝的標高、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準支架。后期設計針對特殊位置，搭建了非標支架，滿足了整個核島電纜通道支架的設計需求。標準支架設計的優點在于：

（1）在PDMS三維建模設計階段，采用中國核動力研究設計院自主開發的EHS插件，通過建立標準支架庫，可以一鍵生成橋架支架，大幅度減輕了設計的工程量，縮短了設計周期。

（2）在出設計出圖階段，支架標準化也減少畫支架圖和標注支架信息的工程量。

（3）在工程施工階段，標準化支架可以提前規模化預制，減小了工程量、減少了材料浪費。

（4）標準支架和組件可以通用，減少了材料及人工的浪費。

相比而言，AP1000也定義了標準支架圖集，但最終還是大量采用了搭建式非標支架。這使得西屋進行了大規模的力學計算，出版了大量支架圖紙并標注每一個支架的詳細信息，導致設計工程量巨大。在施工階段，這些非標支架大多數量產率低，只能現場焊接。

支架托臂設計方面的差異也比較大。華龍一號橋架托臂與方鋼支架之間采用螺栓固定，這樣的優點在于可以調平、拆卸、材料通用。而AP1000采用焊接，焊接的優點在于力學強度更大，但施工難度、后期修改及拆卸難度也是可想而知。逐個力學計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 依據標準不同

華龍一號以國家核安全局的HAF系列標準及其導則HAD作為質量保證的依據。電纜通道設計依據國標GB、核工業標準EJ，也參考IEC系列等標準。通道設計隔離準則滿足RCC標準和GB/T 13286中的規定。AP1000在質量保證方面依據ASMENQA-1標準，在材料設計上依據ASTM標準，在焊接技術上依據的AWS規范，在通道設計上依據的IEEE作為依據[1]。設計標準上的差異是AP1000和華龍一號電氣通道設計差異的根本原因。

2.2 非能動設計程度不同

非能動是一種安全系統設計的理念，指充分依靠自然力，采用加壓氣體、重力、自然循環以及對流等自然驅動力，不依靠泵、風機等能動部件，在沒有交流電源等安全級系統支持下保持正常運行功能。這一設計理念使得AP1000相比于傳統壓水堆電廠大大簡化。電氣系統方面，AP1000使用的閥門數量減少53%，泵減少了36%，電纜減少了87%。[2]這也使得電纜通道設計變得更容易。

2.3 模塊化設計程度不同

模塊是指一個材料和部件組裝而成的組合件。從AP600開始西屋設計就引入了模塊化設計與建造技術的概念。AP1000工程中西屋定義了185個模塊，分為結構模塊、樓板模塊、鋼結構模塊、樓梯模塊、設備模塊、管道模塊等。其中，設備模塊包含了大量電纜通道。通道模塊化的優點在于：

（1）局部整體設計，共用支架使得設計難度降低；

（2）避免作業工人狹小空間過多作業；

（3）實現多模塊提前同時預制，減少現場工程量、縮短工期；

（4）模塊預制廠施工條件好，可以施展大型工機具，專業預制工人技能熟練，能提高模塊上相對物項的安裝精度。

3 結語

華龍一號正在逐步實現非能動和模塊化設計的道路上發展。在減少電纜的基礎上，采用標準化支架設計，充分發揮次托盤的優勢，適當運用套箱和金屬電纜管優化設計，并有針對性地進行模塊化設計，可以使華龍一號電氣布置更為精細化，建造周期更短，安全性能更高，更具有市場競爭力。

CAP1400建設和AP1000國產化的道路上也將在充分發揮已有優勢的前提下，逐漸融入支架標準化等理念，達到減小通道設計和通道施工的工程量，達到縮短項目周期和降低成本的目的。