[發(fā)明專利]一種EPR核能電纜剩余壽命評(píng)估方法與預(yù)測(cè)EPR核能電纜剩余使用壽命方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711330397.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN108051364A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔磊;何浪;冉祥海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N17/00
• 分類號(hào): G01N17/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明涉及應(yīng)用介電頻譜和超聲波測(cè)量無(wú)損檢測(cè)手段及建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)EPR核能電纜的剩余使用壽命。首先通過(guò)實(shí)驗(yàn)室加速熱老化試驗(yàn)，檢測(cè)與老化形成密切相關(guān)的化學(xué)、物理和電氣關(guān)鍵參數(shù)；進(jìn)一步分析介電頻譜和超聲波測(cè)量曲線與物理性能、化學(xué)性能及其他電氣參數(shù)之間的關(guān)系；發(fā)現(xiàn)絕緣材料對(duì)老化較為敏感的介電頻譜和超聲波測(cè)量區(qū)間，設(shè)計(jì)原位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；隨后用數(shù)學(xué)分析方法推導(dǎo)出單因素和多因素老化狀態(tài)方程，并用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立老化因子、時(shí)間、檢測(cè)指標(biāo)和剩余使用壽命之間的關(guān)系模型。最終實(shí)現(xiàn)超聲波和介電頻譜無(wú)損在線檢測(cè)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型聯(lián)用評(píng)估電纜的剩余使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電纜老化評(píng)估及監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無(wú)損檢測(cè)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)電纜剩余使用壽命方法。

背景技術(shù)

核安全是核能發(fā)展的重要前提條件。進(jìn)入21世紀(jì)，世界上越來(lái)越多的核電廠運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)30年，核電廠的老化及壽命管理問(wèn)題引起廣泛的關(guān)注。我國(guó)此方面的研究工作還處于起步階段。根據(jù)IAEA及美國(guó)等開展老化研究比較早的國(guó)家及組織機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，核電廠的老化管理工作在電廠設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該開始進(jìn)行。電纜安全使用壽命在相關(guān)的技術(shù)規(guī)范中并無(wú)明確要求，普遍認(rèn)可的電纜設(shè)計(jì)安全壽命為20～30年。對(duì)于存在維修不便或者更換困難的低壓電纜來(lái)說(shuō)，電纜一經(jīng)敷設(shè)便具有與設(shè)備同壽命的特點(diǎn)。核電站的安全工作壽命一般要求達(dá)到40年，近年來(lái)又將其工作壽命增至60年。因此，當(dāng)前用于核電站的各型電纜均按使用壽命60年來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)及制造。核電站建造規(guī)范要求供貨方必須進(jìn)行熱老化壽命相關(guān)的評(píng)定試驗(yàn)。但在實(shí)際的核電站環(huán)境中能促使聚合物降解的因子非常復(fù)雜，諸如熱、輻射、濕度、光照等，由此引發(fā)的聚合物降解會(huì)影響電纜材料的機(jī)械、物理和電氣性能。而聚合物的電纜護(hù)套、絕緣體及其它電纜組件的降解將嚴(yán)重影響已裝配電纜剩余使用壽命。

因此，為了確保電纜的安全使用甚至整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，電纜絕緣材料老化程度的評(píng)估分析和老化管理成為現(xiàn)階段核能發(fā)展研究的重點(diǎn)。開發(fā)核能電纜的剩余使用壽命無(wú)損評(píng)估(nondestructive evaluation，NDE)技術(shù)及相關(guān)模型已成為一項(xiàng)刻不容緩的重要課題。

電纜絕緣層材料老化診斷是一個(gè)電氣工程與材料科學(xué)的交叉學(xué)科領(lǐng)域。目前常用的診斷技術(shù)包括介電頻譜分析、空間電荷測(cè)量法、差示掃描量熱法 (DSC)、熱刺激電流極化法(TSDC)和掃描電鏡法(SEM)等。開發(fā)電纜剩余使用壽命NDE技術(shù)和模型評(píng)估的成功關(guān)鍵點(diǎn)在于，首先要確定電纜上的絕緣和護(hù)套材料發(fā)生哪些物理化學(xué)變化會(huì)影響電纜使用壽命，并依據(jù)這些物理化學(xué)變化規(guī)律來(lái)確定剩余使用壽命。

超聲波在電纜護(hù)套、絕緣層中的縱波傳播速度與表征絕緣電纜老化程度的重要參數(shù)(如EAB)具有很高的相關(guān)性。因此超聲波檢測(cè)非常適合應(yīng)用于 NDE研究。目前介電頻譜法，也稱為頻域分析技術(shù)(Frequency Domain Spectroscopy,FDS)，因其靈敏、準(zhǔn)確和自動(dòng)化的特點(diǎn)，得到廣泛研究。尤其是在高頻條件及較復(fù)雜的老化環(huán)境因素時(shí)下研究低壓介質(zhì)損耗材料具有優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的最好方法。

業(yè)界目前普遍采用通過(guò)測(cè)量樣品模量和EAB來(lái)估計(jì)電纜的剩余使用壽命。測(cè)量模量和EAB屬于破壞檢測(cè)，并且是以保證樣品的均一性為前提，僅可對(duì)電纜進(jìn)行定點(diǎn)的測(cè)量。以此來(lái)推斷較長(zhǎng)電纜的整體老化情況和剩余使用壽命是不準(zhǔn)確的，而且在核電站和船舶中，電纜的許多關(guān)鍵部分是無(wú)法直接檢測(cè)的，不同區(qū)域的電纜所處的環(huán)境也有很大的差別。此外，測(cè)量EAB屬于非原位(ex-situ)測(cè)量。開發(fā)NDE技術(shù)及模型可以克服現(xiàn)有方法的局限性。