华龙一号与AP1000核岛电缆通道设计的差异及探讨

张勇卫 胡庆庆 付 雷 陈 江 宋小龙

（中国核动力研究设计院，四川 成都 610213）

0 引言

目前，福清5号和卡拉奇2号机组的华龙一号核电已并网发电，漳州核电也与19年开工。与此同时，引进的西屋公司的AP1000在三门1号&2号机组与海阳1号&2号机组相继并网发电。比较两个三代核电堆型之间存在的差异，可以为优化设计提供思考的方向。

1 电缆通道设计差异

电缆通道是对电缆起保护、支撑、隔离作用的装置。

1.1 设计准则差异

电缆通道设计准则是依据安全规范、抗震规范、防火规范等标准编制的设计技术文件。华龙一号和AP1000两个堆型在设计准则上的差异如下：

（1）通道分类差异。基于不同的需求，AP1000将安全级电气通道分为A、B、C、D、S以及非安全级。华龙一号将安全级分为安全A、B，保护组I、II、III、IV，事故后检测PAMS1、PAMS2，非安全NC级。华龙一号通道一共有9种，加之服务级别的不同，使得通道种类众多。核岛空间有限物项众多，为了满足通道相互之间的隔离，通道越多电缆通道布置难度就越大。

（2）共用通道差异。华龙一号在电气厂房和安全厂房中S级电缆可以和应急供电的非安全级电缆共用通道，而AP1000严禁共用通道。

（3）设计准则细化程度差异。比如，当设计金属软管时，AP1000设计文件规定AP1000电站中，金属软管的长度至少为457 mm。金属软管有支架固定时其长度不得超过1 829 mm，无支撑时长度不得超过1 219 mm。这些在华龙一号的设计文件中没有体现。

（4）填充率上限差异。AP1000在计算填充率是采用的是电缆截面圆面积，并电缆填充率上限40%。华龙一号设计要求的填充率是托盘实际容量的100%（除单层敷设外），但以外径切正方形的面积作为电缆截面积。虽然都增加了余量考虑，但两个堆型施工中都出现了超容，华龙一号较为严重。

（5）电缆弯曲半径上限差异。这个差异主要是因为电缆材料工艺和执行标准的差异，AP1000设计规定控制测量电缆为6D，而华龙一号则为20D（D为电缆外径）。

1.2 次桥架与电缆管的差异

电缆主通道到电缆终端设备或终端接线箱的这一段通道设计，是两个堆型电缆通道设计上最明显的差别。在这段通道的设计上，AP1000采用了金属电缆导管。华龙一号则采用是和主通道一样的托盘设计，只是规格上宽度小于300 mm。

金属电缆管与次桥架相比优点在于：占用安装空间较小，适合空间受限的狭小空间；全封闭，对电缆起到更好的保护作用；路径相对自由，适合复杂的安装空间；支架简单。

金属电缆管与次桥架相比不足有：电缆敷设难度大，后期电缆更换难；散热能力较差，能使用填充率小；导管煨弯、套丝等工艺难度大。

核岛物项密集，安装空间极为有限。建议在华龙一号的优化设计时，可以采用次桥架和金属软管结合使用。尤其是在以下几种情形：

（1）主泵房间、稳压器间等人员通行、检修空间狭小的区域；

（2）电缆较少、路径单一、距离较远时；

（3）安装环境复杂不易布置桥架支架时；

（4）后期变更增加少量电缆，但不具备次桥架设计环境时；

（5）电缆需要绝对的屏蔽和保护时；

（6）预埋受力和行人容易触碰的地方。

1.3 通道支架设计的差异

设计准备阶段，华龙一号采用了标准支架图集定义了标准支架类型，并根据安装的标高、生根位置、电缆桥架宽度等不同安装条件演变出了上百种标准支架。后期设计针对特殊位置，搭建了非标支架，满足了整个核岛电缆通道支架的设计需求。标准支架设计的优点在于：

（1）在PDMS三维建模设计阶段，采用中国核动力研究设计院自主开发的EHS插件，通过建立标准支架库，可以一键生成桥架支架，大幅度减轻了设计的工程量，缩短了设计周期。

（2）在出设计出图阶段，支架标准化也减少画支架图和标注支架信息的工程量。

（3）在工程施工阶段，标准化支架可以提前规模化预制，减小了工程量、减少了材料浪费。

（4）标准支架和组件可以通用，减少了材料及人工的浪费。

相比而言，AP1000也定义了标准支架图集，但最终还是大量采用了搭建式非标支架。这使得西屋进行了大规模的力学计算，出版了大量支架图纸并标注每一个支架的详细信息，导致设计工程量巨大。在施工阶段，这些非标支架大多数量产率低，只能现场焊接。

支架托臂设计方面的差异也比较大。华龙一号桥架托臂与方钢支架之间采用螺栓固定，这样的优点在于可以调平、拆卸、材料通用。而AP1000采用焊接，焊接的优点在于力学强度更大，但施工难度、后期修改及拆卸难度也是可想而知。逐个力学计算和采用大量焊接以及电缆填充率小等因素下，AP1000抗震支架之间安装的支架最大跨距为2.4 m，节约了一些空间和工程成本。

2 差异存在的原因分析

2.1 依据标准不同

华龙一号以国家核安全局的HAF系列标准及其导则HAD作为质量保证的依据。电缆通道设计依据国标GB、核工业标准EJ，也参考IEC系列等标准。通道设计隔离准则满足RCC标准和GB/T 13286中的规定。AP1000在质量保证方面依据ASMENQA-1标准，在材料设计上依据ASTM标准，在焊接技术上依据的AWS规范，在通道设计上依据的IEEE作为依据[1]。设计标准上的差异是AP1000和华龙一号电气通道设计差异的根本原因。

2.2 非能动设计程度不同

非能动是一种安全系统设计的理念，指充分依靠自然力，采用加压气体、重力、自然循环以及对流等自然驱动力，不依靠泵、风机等能动部件，在没有交流电源等安全级系统支持下保持正常运行功能。这一设计理念使得AP1000相比于传统压水堆电厂大大简化。电气系统方面，AP1000使用的阀门数量减少53%，泵减少了36%，电缆减少了87%。[2]这也使得电缆通道设计变得更容易。

2.3 模块化设计程度不同

模块是指一个材料和部件组装而成的组合件。从AP600开始西屋设计就引入了模块化设计与建造技术的概念。AP1000工程中西屋定义了185个模块，分为结构模块、楼板模块、钢结构模块、楼梯模块、设备模块、管道模块等。其中，设备模块包含了大量电缆通道。通道模块化的优点在于：

（1）局部整体设计，共用支架使得设计难度降低；

（2）避免作业工人狭小空间过多作业；

（3）实现多模块提前同时预制，减少现场工程量、缩短工期；

（4）模块预制厂施工条件好，可以施展大型工机具，专业预制工人技能熟练，能提高模块上相对物项的安装精度。

3 结语

华龙一号正在逐步实现非能动和模块化设计的道路上发展。在减少电缆的基础上，采用标准化支架设计，充分发挥次托盘的优势，适当运用套箱和金属电缆管优化设计，并有针对性地进行模块化设计，可以使华龙一号电气布置更为精细化，建造周期更短，安全性能更高，更具有市场竞争力。

CAP1400建设和AP1000国产化的道路上也将在充分发挥已有优势的前提下，逐渐融入支架标准化等理念，达到减小通道设计和通道施工的工程量，达到缩短项目周期和降低成本的目的。