隨著核電廠數(shù)量的增加及運(yùn)行時(shí)間的延長，核電廠設(shè)備的老化效應(yīng)越來越引起人們的關(guān)注，如何對核電廠的老化實(shí)施有效管理、確保在役核電廠的安全性和可靠性，引起了國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)和世界核電大國的嚴(yán)重關(guān)注，并已開展了廣泛的工作。作為核電廠安全重要部件之一，安全殼內(nèi)儀表與控制電纜的老化評估與管理也得到了深入的研究，取得了較多的研究成果。IAEA和國際主要核能機(jī)構(gòu)已發(fā)表了不少專題報(bào)告[1]-[4]。
　　我國的秦山、大亞灣核電廠投入運(yùn)行已有10多年的歷史，雖然運(yùn)行時(shí)間不是很長，但已面臨安全殼內(nèi)儀控電纜的老化問題，隨著服役時(shí)間的增加，這一問題會(huì)更加突出。目前，國內(nèi)還沒有對安全殼內(nèi)儀控電纜老化評估及壽命管理的系統(tǒng)研究，筆者在相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，介紹核電廠安全殼內(nèi)儀控電纜老化管理的內(nèi)容，以期對開展這項(xiàng)工作有所幫助。
　　1 儀控電纜及其使用環(huán)境
　　核電廠包含了成千上萬公里不同型號及規(guī)格的電纜，這些電纜構(gòu)成了中壓動(dòng)力回路、低壓動(dòng)力回路、控制回路、儀表回路、接地回路等，表1為雙機(jī)組核電廠各種回路的分布情況[3]
　　從表中可見，儀表及控制電纜回路占據(jù)了所有電纜回路的4/5以上。所以，將儀控電纜，特別是
將環(huán)境條件惡劣的安全殼內(nèi)儀控電纜作為研究的對象具有典型意義。
　　1.1 儀控電纜的用途及組成
　　儀表電纜是一種低壓、低容量的電纜，連接各種各樣的變送器、傳感器，傳輸數(shù)字或模擬信號；控制電纜也是低壓、低容量的，應(yīng)用于控制開關(guān)、泵、閥門等的操作機(jī)構(gòu)、繼電器和接觸器的控制回路。
　　構(gòu)成儀控電纜的主要部分有：導(dǎo)體、絕緣材料、屏蔽、護(hù)套、多芯導(dǎo)體間的填充物、外部包扎帶。所謂電纜的老化，指的是電纜結(jié)構(gòu)中有機(jī)材料的老化。雖然填充物和外部包扎帶也是有機(jī)物，但對電纜老化的影響并不大，因此，研究的重點(diǎn)是針對絕緣材料和護(hù)套。
　　電纜所使用的絕緣體和護(hù)套的組成是由一些添加劑和填料合成的聚合材料，在核電廠中，儀控回路使用乙烯基、丙烯基合成的橡膠，玻璃纖維，以及以氯磺化聚乙烯、聚乙亞胺等為絕緣材料的電纜。
　　1.2 儀控電纜的工作環(huán)境
　　安全殼內(nèi)部儀控電纜放置在不同的使用環(huán)境下，最重要的影響因素是自然環(huán)境，主要是有氧氣存在時(shí)溫度、濕度、核輻照的影響，溫度、濕度、核輻照的值應(yīng)從設(shè)計(jì)文件中取得。表2給出了安全殼內(nèi)幾處具有典型意義的溫度值
　　在正常運(yùn)行情況下，安全殼內(nèi)不會(huì)受到濕度的影響。輻照的影響可從相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)中獲得，在40年時(shí)間內(nèi)，正常運(yùn)行情況下，安全殼內(nèi)輻照的最大累計(jì)值為3脳107rad。安全殼內(nèi)的儀控電纜一般不會(huì)受到震動(dòng)的影響，除非有特殊要求，否則，不考慮由于震動(dòng)引起的老化問題[5]。

　　2 電纜的老化機(jī)理
　　在現(xiàn)場環(huán)境下，電纜的絕緣和護(hù)套等聚合物材料隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生各種緩慢的、不可逆的化學(xué)變化和物理變化，這些變化就是電纜的老化過程。從宏觀上來看，表現(xiàn)為材料的延伸率降低，即材料的抗拉強(qiáng)度減弱；護(hù)套材料的硬度或抗壓模量增大；材料的密度增加；電氣性能改變(如介質(zhì)損耗增加)。
　　電纜的老化機(jī)理可分為影響分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)老化機(jī)理和影響材料混合物成分的物理老化機(jī)理。
　　2.1 化學(xué)老化機(jī)理
　　(1)高分子鏈斷裂：一個(gè)高分子鏈斷裂為2個(gè)或多個(gè)新鏈，一般為烷氧基或過氧化根斷鏈，導(dǎo)致物質(zhì)性質(zhì)的改變。
　　(2)交聯(lián)反應(yīng)：在2個(gè)相鄰高分子間共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)發(fā)生交聯(lián)，使原先物質(zhì)的有效成分減少。
　　(3)氧化反應(yīng)：這是一種自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，在氧化反應(yīng)開始階段，在溫度和輻照的影響下，由于共價(jià)鍵的斷裂而產(chǎn)生反應(yīng)性物質(zhì)，即自由基，氧化反應(yīng)既導(dǎo)致斷鏈，又生成交聯(lián)，這取決于氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中各階段的分子運(yùn)動(dòng)情況，它隨著聚合物中添加劑的不同而不同。
　　(4)氧擴(kuò)散控制過程：聚合材料中自由基的初速率大于溶解氧擴(kuò)散的速率時(shí)，老化快慢由氧擴(kuò)散來控制。
　　(5)協(xié)同效應(yīng)：當(dāng)各個(gè)環(huán)境因素的綜合影響大于其各個(gè)單一影響之和時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這種效應(yīng)，如對聚合物而言，既受熱，又受到輻照。
　　2.2 物理老化機(jī)理
　　(1)增塑劑蒸發(fā)：材料表面的增塑劑向周圍的空氣中揮發(fā)，其留下的空隙又被由材料的核心向表面擴(kuò)散的增塑劑所填塞，這2種揮發(fā)和填塞的分子運(yùn)動(dòng)并存，強(qiáng)弱由溫度所決定。
　　(2)增塑劑遷移：在使用增塑材料的多層電纜中，增塑劑在不同材料層間遷移，直到各層材料中的增塑劑達(dá)到均衡狀態(tài)。
　　3 環(huán)境鑒定
　　為了保證電纜的設(shè)計(jì)裕度，必須采用環(huán)境鑒定的方法，通過加速老化試驗(yàn)，模擬電纜在運(yùn)行壽期末經(jīng)受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件，驗(yàn)證電纜可以保證其功能，從而證明電纜在服役期的可靠性能。許多國家環(huán)境鑒定依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE-323[6]、IEEE-383[7]，前者是針對核電廠所有1E級設(shè)備的一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，后者敘述了針對1E級電纜的試驗(yàn)方案。