圖 1核級電纜老化評估及壽命預(yù)測專利申請量年度分布
核級電纜是指核電站特殊環(huán)境下使用的電纜,種類繁多,包括測量電纜、通信電纜、儀表電纜、防火電纜等,其承載著核電站運(yùn)行過程中對設(shè)備的供電、信號的傳輸?shù)榷嘀厝蝿?wù),對核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。由于核級電纜需要長期暴露于熱、輻射、電、化學(xué)等各類老化環(huán)境中,相對于普通電纜,核級電纜具有更高的性能要求,同時(shí)在其服役過程中,必須確保各項(xiàng)指標(biāo)正常,以實(shí)現(xiàn)核電廠在安全狀態(tài)下正常運(yùn)行。因此,對核用電纜的性能監(jiān)測手段提出了更高的要求。如何有效對核電特殊環(huán)境下使用的電纜進(jìn)行老化評估及壽命預(yù)測,對于消除核電廠安全隱患、降低運(yùn)行成本具有重要意義。
美國核管理委員會在1970年頒發(fā)了聯(lián)邦法規(guī)10CFR50,規(guī)定了生產(chǎn)和應(yīng)用設(shè)施的執(zhí)照發(fā)放標(biāo)準(zhǔn),其中10CFR 50.49《核電廠安全重要電氣設(shè)備環(huán)境鑒定》要求必須對安裝在嚴(yán)酷環(huán)境中的安全級（1E級）電氣設(shè)備進(jìn)行鑒定。法國在1980年成立了法國核島設(shè)計(jì)和建造規(guī)程協(xié)會,不久后出臺了《核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》。我國學(xué)者較早開始關(guān)注核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域的研究,例如徐應(yīng)麟[1]報(bào)道了羅卡/希爾伯和耐電壓試驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容和要求。日本、韓國也較早開始了相關(guān)研究,例如Kim[2]評價(jià)了電纜護(hù)套間歇加熱和連續(xù)加熱的老化性能。王劍星等[3]對熱電偶電纜在彎曲加工過程中的斷裂原因進(jìn)行了分析。此后的技術(shù)發(fā)展過程中,檢測電纜老化狀態(tài)的方向逐漸演化為無損檢測和有損檢測兩個技術(shù)分支,根據(jù)檢測性能指標(biāo)又可區(qū)分為熱老化、輻射老化、化學(xué)老化、電老化、機(jī)械應(yīng)力老化等多個研究方向。主要檢測手段為儀器輔助檢測,近年來又發(fā)展出模型預(yù)期、生命周期管理等依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)的新方向。例如陳捷吉等[4]報(bào)道了一個核電廠核級電纜的智能診斷與健康管理平臺,整理了電纜全生命周期管理所需的信息。SOMMERVOGEL等[5]提出了一種新的方法來模擬在監(jiān)測電纜的整個生命周期中可能遇到的幾種類型故障,更準(zhǔn)確地評估電纜的健康狀況?？梢灶A(yù)期在未來一個時(shí)期,隨著計(jì)算機(jī)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,核電電纜老化評估及壽命預(yù)測將會出現(xiàn)新的發(fā)展趨勢。
筆者以涉及核級電纜老化評估以及壽命預(yù)測領(lǐng)域世界范圍內(nèi)的專利申請數(shù)據(jù)作為分析樣本,從專利申請的年度分布、區(qū)域分布、主要申請人、核心專利技術(shù)等方面對核級電纜老化評估以及壽命預(yù)測領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了分析,并指出現(xiàn)階段還存在的問題,從而對相關(guān)企業(yè)的發(fā)展提出建議。
1. 核級電纜老化評估技術(shù)的專利申請狀況
以核級電纜老化評估以及壽命預(yù)測領(lǐng)域的專利申請為研究對象,檢索數(shù)據(jù)的范圍為2024年9月13日前已公開的世界范圍內(nèi)的全部申請專利。在CNTXT和ENTXTC數(shù)據(jù)庫中檢索、去重,得到128件申請專利。由于文章撰寫的時(shí)間限制以及專利申請日到專利公開日之間18個月的時(shí)限,缺少2023—2024年的部分未公開專利數(shù)據(jù),因此2023—2024年專利的統(tǒng)計(jì)數(shù)量少于實(shí)際公開的數(shù)量。下面對核級電纜老化評估、壽命預(yù)測技術(shù)專利申請狀況進(jìn)行分析。
1.1 專利申請的年度申請數(shù)量分布狀況
核級電纜老化評估及壽命預(yù)測專利申請量年度分布如圖1所示,從歷年申請量上看,核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷以下3個階段。
1.1.1 技術(shù)起步階段（1996—2005年）
核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域的研究工作起步于20世紀(jì)末,而我國這一時(shí)期在該領(lǐng)域的研究尚處于空白階段。日本日立公司（HITACHI LTD）、韓國電力公司（KOREA ELECTRIC POWER CORP）先后展開了關(guān)于電纜劣化控制的研究,其中韓國電力公司首次報(bào)道了一種以非破壞性的方法診斷核電站中使用電纜老化狀態(tài)的便攜式電纜老化診斷裝置,實(shí)現(xiàn)了該領(lǐng)域零的突破。
1.1.2 技術(shù)穩(wěn)定發(fā)展階段（2006—2015年）
在這一階段,韓國電力公司率先在以往研究的基礎(chǔ)上,更進(jìn)一步研發(fā)了一種在按壓電纜表面之前使用固定電纜的夾具預(yù)先按壓電纜表面,提高按壓測試精度,用于檢查電纜老化的便攜式設(shè)備。我國在該領(lǐng)域的研究大致起步于2007年,上海交通大學(xué)率先報(bào)道了一種電力技術(shù)領(lǐng)域的電力電纜絕緣狀態(tài)監(jiān)測與壽命管理系統(tǒng),其也可以應(yīng)用于工業(yè)和企業(yè),特別是對重要負(fù)荷供電電纜的狀態(tài)監(jiān)測與壽命管理。重慶大學(xué)在2009年報(bào)道了一種聚合物電力電纜絕緣加速老化的試驗(yàn)方法及裝置,其主要研究對象是核電站千伏電力電纜中常用的交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜。此后,在2010—2012年間,我國每年均保持著不超過3件的申請量。國外申請人在2012年有兩件專利申請,分別是日本日立電纜公司（HITACHI CABLE）報(bào)道的一種用于評估核電廠電纜絕緣涂層材料壽命的方法,以及挪威的WIRESCAN AS公司報(bào)道的一種用于監(jiān)測電纜狀況的方法和系統(tǒng)。在2013—2015年,我國在這一領(lǐng)域的專利申請量出現(xiàn)了小幅度增長,2015年的年度專利申請量已經(jīng)穩(wěn)定增長到了9件,而國外僅在2013年出現(xiàn)了一件專利申請。這一階段為此后我國在該領(lǐng)域研究的快速發(fā)展打下了一定基礎(chǔ)。
1.1.3 技術(shù)高速發(fā)展階段（2016年至今）
2016—2020年,我國在核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域的研究工作進(jìn)入了高速發(fā)展階段。從2016年的年度申請量5件增長到了2020年的年度申請量22件。特別是中廣核、國家電網(wǎng)等龍頭企業(yè)也投入到了該領(lǐng)域的研究工作中。例如,中廣核報(bào)道了一種絕緣電纜材料多功能老化測試裝置,其可以模擬一定溫度、濕度和氣流影響的試驗(yàn)條件,實(shí)現(xiàn)多因子耦合,可根據(jù)試驗(yàn)需要任意組合濕度、溫度以及氣流3個因素,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。在這一階段,高校、企業(yè)的聯(lián)合研究也促使一批新技術(shù)的產(chǎn)生,實(shí)現(xiàn)了高校研究成果的轉(zhuǎn)化運(yùn)用,例如國網(wǎng)上海市電力公司與西安交通大學(xué)共同報(bào)道了一種用于評估XLPE電纜絕緣老化狀態(tài)的介電分析方法,該方法簡單易行,具有一定的工程應(yīng)用前景。一些研究院所率先將人工智能技術(shù)應(yīng)用于該領(lǐng)域,例如,中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所應(yīng)用介電頻譜和超聲波測量無損檢測手段建立了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,用于預(yù)測EPR（歐洲先進(jìn)壓水堆）核能電纜的剩余使用壽命,是較早的將AI技術(shù)與核電電纜壽命預(yù)測相結(jié)合的研究工作。在2020—2022年,該領(lǐng)域的國內(nèi)專利申請量有所下降,這可能與全球范圍內(nèi)的疫情相關(guān),在一定程度上制約了研究工作的進(jìn)展,國外研究者在此期間也僅在2021、2022年各有一件專利申請,而此后的2023—2024年,專利公開數(shù)據(jù)尚不完整,未能準(zhǔn)確反映年度申請量。
1.2 專利申請的技術(shù)原創(chuàng)國家/地區(qū)分布狀況
專利技術(shù)的來源能夠反映出一個國家或地區(qū)在相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新活躍程度。在核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域,貢獻(xiàn)專利技術(shù)數(shù)量最多的國家是中國,有94%的專利申請來源于中國的申請人,共計(jì)120項(xiàng),這與現(xiàn)實(shí)中國企業(yè)的市場主導(dǎo)地位相符。其余各國總計(jì)8項(xiàng),其中第2位是韓國,占比為4%,其中大部分申請來自于韓國電力公司、LS電纜公司。第3位的日本、第4位的挪威分別有2件和1件申請,占比均為1%左右。來自于中、日、韓3國的申請量已經(jīng)達(dá)到了全球總申請量的99%,而其余國家占據(jù)全球申請量的1%,可見核級電纜老化評估及壽命預(yù)測的專利技術(shù)主要集中在東亞地區(qū)。歐洲僅有挪威占據(jù)全球總申請量的1%。雖然國外專利申請量有限,但韓國的電力公司、日本的日立公司在該領(lǐng)域的研究工作在全球范圍內(nèi)開展最早,其所具有的研究基礎(chǔ)不容小覷。
1.3 申請人類型分布
核級電纜老化評估及壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)外專利申請人類型分布如圖2所示。由圖2可知：企業(yè)申請量占68％,學(xué)校、個人和科研單位分別占17％,7%,6%,機(jī)關(guān)團(tuán)體占2%?？梢?在核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域,企業(yè)對該技術(shù)的研究占到了絕對的多數(shù),這從側(cè)面顯示出核級電纜老化評估與壽命預(yù)測技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的巨大需求量和經(jīng)濟(jì)利益。雖然高校的申請量在該領(lǐng)域只占17%,遠(yuǎn)小于企業(yè)的申請量,但高校對該技術(shù)的發(fā)展具有很大的推動力,并且有相當(dāng)一部分為高校與企業(yè)的聯(lián)合申請,近年來國家政策關(guān)注于專利的轉(zhuǎn)化運(yùn)用,而校企聯(lián)合則是專利轉(zhuǎn)化運(yùn)用的有效途徑。我國最早從事核級電纜老化評估及壽命預(yù)測的研究單位包括上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所等,其中,西安交通大學(xué)和國網(wǎng)上海市電力公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心之間開展了緊密的產(chǎn)學(xué)研合作,合作方式包括共同進(jìn)行技術(shù)研發(fā)、共同申請專利等模式。除上述合作模式外,一些企業(yè)還通過成立專門的技術(shù)研究中心來實(shí)現(xiàn)自主技術(shù)創(chuàng)新,如國家電網(wǎng)公司專門設(shè)立了國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,國家電網(wǎng)公司還與上海電力學(xué)院、華北電力大學(xué)等高校開展廣泛合作。
圖 2核級電纜老化評估及壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)外專利申請人類型分布
1.4 主要申請人分析
核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域?qū)＠暾埩恐饕暾埲朔植既?/span>圖3所示。由圖3可知：專利申請量排名前9位的申請人全部為中國國內(nèi)企業(yè)和高校,其中上海南洋藤倉電纜有限公司為中日合資企業(yè)。在排名前9位的申請人當(dāng)中,國家電網(wǎng)公司以占前9位申請人專利總申請量的47%位居首位,這反映了近20年來在核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域,我國企業(yè)科研人員的研發(fā)能力已取得了長足進(jìn)步。南方電網(wǎng)公司和中廣核公司分別以18件、16件申請位于第2,3位,以上3家國企的申請量總計(jì)達(dá)到82件,可以看出我國企業(yè)在這一領(lǐng)域的研究工作在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。在前9位排名的申請人當(dāng)中,有兩所高校入圍,即西安交通大學(xué)和華中科技大學(xué),申請量分別為5件和3件,其總量雖然不多,但其持有的專利中有效專利占比較高,這反映了高校專利技術(shù)性較強(qiáng)的特點(diǎn)。并列第5位的申請人中,除華中科技大學(xué)外,三普藥業(yè)、中國華能、上海南洋藤倉電纜、中國中車均為國內(nèi)企業(yè),其中三普藥業(yè)雖然主營生物醫(yī)藥,但其業(yè)務(wù)范圍也涉及電纜行業(yè),其在2010年后,將核心業(yè)務(wù)調(diào)整為電纜和醫(yī)藥的生產(chǎn)與銷售,其所擁有的3項(xiàng)專利申請均是與遠(yuǎn)東智慧、中國核工等公司的合作申請,可以推斷其自身在電纜相關(guān)的研發(fā)工作中并非占據(jù)主導(dǎo)地位。
圖 3核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域?qū)＠暾埩恐饕暾埲朔植?/span>
1.5 專利有效性和法律狀態(tài)分析
核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域國內(nèi)外專利有效性占比如圖4所示。由圖4可知：在總共128件專利申請中,我國國內(nèi)有效專利的數(shù)量達(dá)到56件,占比43.8%,在審專利申請的數(shù)量為13件,占比10.2%,已失效專利數(shù)量為51件,占比39.8%。國外有效專利的數(shù)量為4件,占比3.1%,在審專利申請的數(shù)量為1件,占比0.8%,已失效專利數(shù)量為3件,占比2.3%。其中,在審專利在不久之后有可能成為有效專利。從以上數(shù)據(jù)可以看出,在核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域,國內(nèi)外有效專利占比較高,同時(shí)還存在一定數(shù)量的、可能成為有效專利的在審案件,表明該領(lǐng)域仍處于技術(shù)增長和活躍的時(shí)期。
圖 4核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域國內(nèi)外專利有效性占比
核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域國內(nèi)外專利法律狀態(tài)分布如圖5所示。由圖5可知：在總共128件專利申請中,我國國內(nèi)授權(quán)專利的數(shù)量達(dá)到56件,占比43.8%,駁回專利申請的數(shù)量為30件,占比23.4%,處于實(shí)審的專利申請數(shù)量為13件,占比10.2%,撤回專利申請數(shù)量為12件,占比9.4%,其余為未交年費(fèi)失效專利6件、期限屆滿2件、放棄專利1件。國外專利申請中,授權(quán)專利的數(shù)量為4件,占比3.1%,期限屆滿專利數(shù)量為2件,公開和撤回專利申請數(shù)量均為1件。從以上數(shù)據(jù)可以看出,在核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域,國內(nèi)外的授權(quán)專利占比較高。
圖 5核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域國內(nèi)外專利法律狀態(tài)分布
1.6 技術(shù)構(gòu)成分析
核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域各分支技術(shù)的分布情況如圖6所示。由圖6可知：排名第1的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)闇y試介電強(qiáng)度、擊穿電壓,共有39件；排名第2的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)闇y試電纜、傳輸線或網(wǎng)絡(luò)中的故障,共有13件；排名第3的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)殡娦阅艿臏y試裝置、電故障的探測裝置,共有12件,以上3者均屬于測量電變量、測量磁變量技術(shù)領(lǐng)域下面的具體小類,以上3個技術(shù)領(lǐng)域的申請量占據(jù)全球總申請量的50%,可見在這一領(lǐng)域主要通過測量電、磁方面的變化特征評估電纜老化特征,并進(jìn)行壽命預(yù)測。排名第4的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)闇y試材料的耐氣候、耐腐蝕、耐光照性能,共有10件申請,排名第7位的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)橛脵C(jī)械應(yīng)力測試固體材料的強(qiáng)度特性,以上兩者均屬于借助于測定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來測試或分析材料的范疇,不難得知,通過測定電纜的相關(guān)物化性能對電纜老化特性和壽命預(yù)期進(jìn)行評估也是常用的技術(shù)手段。排名第5的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),共有4件申請,排名第6的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)橘Y源、工作流程、人員或項(xiàng)目管理,排名第8的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)樵O(shè)計(jì)優(yōu)化、驗(yàn)證或模擬,這3個領(lǐng)域均屬于電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)輔助管理的技術(shù)分支,這3個技術(shù)領(lǐng)域雖然目前申請量不高,但隨著人工智能技術(shù)的高速發(fā)展,通過計(jì)算機(jī)建立電纜老化模型,進(jìn)而進(jìn)行壽命預(yù)測必然會成為下一個階段的研究熱點(diǎn)。除了以上技術(shù)領(lǐng)域外,其余技術(shù)領(lǐng)域的申請量均少于3件,主要分布于借助于測定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來測試或分析材料的其他具體技術(shù)分支。從以上技術(shù)領(lǐng)域分布來看,核級電纜老化評估及壽命預(yù)測技術(shù)主要通過對電纜相關(guān)材料在一定場景下的電磁、物化性能進(jìn)行表征,得到材料在相關(guān)應(yīng)用場景下的性能變化特征,從而對其使用服役狀態(tài)進(jìn)行判斷,進(jìn)而評估其預(yù)期壽命。應(yīng)用計(jì)算機(jī)相關(guān)的管理手段是通過建立模型,進(jìn)行實(shí)際場景的模擬以及參數(shù)特征的不斷學(xué)習(xí)。實(shí)現(xiàn)AI（人工智能）輔助的電纜老化評估及壽命預(yù)測已經(jīng)成為重要的發(fā)展方向。
圖 6核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域各分支技術(shù)的分布情況
核級電纜老化評估及壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域全球申請量的技術(shù)領(lǐng)域時(shí)間分布如圖7所示。在圖7中,氣泡面積表示當(dāng)年申請量的多少。由圖7可知：在技術(shù)起步階段（1996—2005年）,排名前8位的技術(shù)領(lǐng)域中尚沒有出現(xiàn)專利申請,電纜老化評估及壽命預(yù)測僅通過比較簡易的測試方法實(shí)現(xiàn)。例如,韓國電力公司在1999年提交的公開號為KR200168151Y1的專利申請公開了一種便攜式電纜老化診斷裝置,其主要是通過電機(jī)、夾具、傳感器等設(shè)備進(jìn)行組合,尚不涉及對電纜相關(guān)材料電磁、物化性能方面的全面測試。可以說這一時(shí)期尚未對核級電纜老化評估及壽命預(yù)測的主流技術(shù)領(lǐng)域展開研究工作。
圖 7核級電纜老化評估及壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域全球申請量的技術(shù)領(lǐng)域時(shí)間分布
在技術(shù)穩(wěn)定發(fā)展階段（2006—2015年）,各領(lǐng)域呈現(xiàn)了不同的發(fā)展變化趨勢,排名第1~5位和第7位的技術(shù)領(lǐng)域均未出現(xiàn)連續(xù)的申請,僅在個別年份出現(xiàn)申請,而排名第6,8位的技術(shù)領(lǐng)域,即資源、工作流程、人員或項(xiàng)目管理,以及設(shè)計(jì)優(yōu)化、驗(yàn)證或模擬在這一時(shí)期尚未出現(xiàn)專利申請,這與計(jì)算機(jī)相關(guān)人工智能技術(shù)的發(fā)展節(jié)點(diǎn)相一致。在排名前8位的技術(shù)領(lǐng)域中,最早出現(xiàn)申請量的是測試電纜、傳輸線或網(wǎng)絡(luò)中的故障這一領(lǐng)域,其次為電性能的測試裝置、電故障的探測裝置,以及用機(jī)械應(yīng)力測試固體材料的強(qiáng)度特性,而排名第1的技術(shù)領(lǐng)域（測試介電強(qiáng)度、擊穿電壓）在2010年才出現(xiàn)了個別申請,而與計(jì)算機(jī)相關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在這一階段的最后一年（2015年）才出現(xiàn)了專利申請。以上結(jié)果與力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)測試裝置的發(fā)展密切相關(guān),而計(jì)算機(jī)輔助檢測方法也在這一時(shí)期出現(xiàn)了萌芽。
在技術(shù)高速發(fā)展階段（2016年至今）,排名前4位的技術(shù)領(lǐng)域呈現(xiàn)出了較為連續(xù)的申請趨勢,例如排名第1的技術(shù)領(lǐng)域在每一年均有一定的專利申請量,并在2019年達(dá)到了年度申請量最大值11件。這表明近年來對于電纜老化評估及壽命預(yù)測的主流技術(shù)即是通過電性能方面的測試獲得評估結(jié)果,而排名第7位的技術(shù)領(lǐng)域（用機(jī)械應(yīng)力測試固體材料的強(qiáng)度特性）在這一階段申請量為零,表明通過機(jī)械應(yīng)力對電纜強(qiáng)度等特征進(jìn)行表征,從而對老化相關(guān)性能進(jìn)行評估的技術(shù)已經(jīng)被主流研究人員所淘汰。排名第5,6,8位的技術(shù)領(lǐng)域均是與計(jì)算機(jī)輔助、人工智能輔助、模擬相關(guān),是近年來的新興技術(shù),可以預(yù)期這些領(lǐng)域的申請量在未來還可能會增加。
1.7 技術(shù)發(fā)展路線以及重點(diǎn)專利
通過對申請日期、被引證頻次、同族專利情況以及技術(shù)內(nèi)容的綜合考慮,找到了技術(shù)發(fā)展各個時(shí)期代表性的專利技術(shù),通過對技術(shù)內(nèi)容的總結(jié)歸納,得到了核級電纜老化評估及壽命預(yù)測發(fā)展路線圖（見圖8）。
圖 8核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線
20世紀(jì)末,韓國電氣公司率先開發(fā)了一種便攜式電纜老化試驗(yàn)機(jī),所述裝置以非破壞性的方法對核電站中使用的電纜進(jìn)行老化試驗(yàn),相應(yīng)的專利申請?zhí)枮镵R200168151Y1,該公司于2006年在以往研發(fā)的基礎(chǔ)上,再次推出一種用于檢查電纜老化的便攜式裝置,其改進(jìn)點(diǎn)主要在于其中的夾具,對應(yīng)的專利申請?zhí)枮镵R1020080024891A,在這一階段,尚未出現(xiàn)電纜老化評估及壽命預(yù)測的主流技術(shù)。我國國內(nèi)的研究報(bào)道始于2007年左右,上海交通大學(xué)率先報(bào)道了一種電力電纜絕緣狀態(tài)監(jiān)測與壽命管理系統(tǒng),該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集模塊采集電纜絕緣監(jiān)測數(shù)據(jù),結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)、環(huán)境信息等,對電纜的絕緣和剩余壽命進(jìn)行判斷,相應(yīng)專利申請?zhí)枮镃N101149416A。2012年重慶大學(xué)報(bào)道了一種基于核磁共振的交聯(lián)聚乙烯電纜老化程度評估方法,通過核磁共振分析儀測試比較交聯(lián)聚乙烯電纜在不同老化程度下的分子結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了從微觀角度對絕緣材料老化性能的檢測,相應(yīng)專利申請?zhí)枮镃N102998323A。同期國外公司也出現(xiàn)了一些相關(guān)報(bào)道,挪威Wirescan As公司報(bào)道了一種用于監(jiān)視電纜狀況的方法和系統(tǒng),包括向電纜的第一端施加寬帶信號波,通過信號分析對故障進(jìn)行識別,相應(yīng)的專利申請?zhí)枮镹O20121245。2013年江蘇核電有限公司報(bào)道了一種反應(yīng)堆安全殼內(nèi)電纜老化管理平臺,為反應(yīng)堆安全殼內(nèi)電纜延壽、安全評審、技術(shù)改造等提供了依據(jù),相應(yīng)專利申請?zhí)枮镃N203133945U。2014年國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司公開了一種多因子耦合電纜老化試驗(yàn)系統(tǒng),能夠滿足濕-熱-輻照多因子耦合試驗(yàn)條件,相應(yīng)專利申請?zhí)枮镃N103983563A。2015年,核動力運(yùn)行研究所報(bào)道了一種用于電纜整體老化壽命評估的頻域測試分析系統(tǒng)及方法,可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場服役電纜的在役檢查和壽命評估,相應(yīng)專利申請?zhí)枮镃N106855605A。至此,通過各類老化試驗(yàn)分析儀器進(jìn)行監(jiān)測,從而對電纜壽命進(jìn)行評估預(yù)測已成為了主流技術(shù)。2019年,蘇州熱工研究院有限公司報(bào)道了一種適用于M310核電機(jī)組安全殼內(nèi)K1類電纜壽命再評估的方法,該方法主要通過監(jiān)測數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)評估的方式對電纜壽命進(jìn)行預(yù)測,相應(yīng)專利申請?zhí)枮镃N110322105A。復(fù)旦大學(xué)報(bào)道了一種定量評價(jià)核級電纜老化程度的綜合方法,通過對核級電纜聚合物材料老化前后性能的綜合分析,建立了宏觀性能、微觀特征、老化時(shí)間三者間的定量關(guān)系,相應(yīng)的專利申請?zhí)枮镃N110455698A。2020年,江蘇能電科技有限公司公開了一種電纜老化檢測方法,通過漏電檢測設(shè)備獲取預(yù)設(shè)時(shí)間段對應(yīng)的漏電流序列,根據(jù)故障檢測結(jié)果確定電纜老化的檢測結(jié)果,相應(yīng)專利申請?zhí)枮镃N111426909A。2021年,中廣核等公司報(bào)道了一種核電廠環(huán)境鑒定設(shè)備可延續(xù)使用的評估方法,其主要通過制定環(huán)境鑒定設(shè)備清單進(jìn)行評估,相應(yīng)的專利申請?zhí)枮镃N112668199A。2024年,華能海南昌江核電有限公司報(bào)道了一種核電廠1E級電纜鑒定壽命優(yōu)化方法及系統(tǒng),通過定期監(jiān)測最惡劣環(huán)境下的實(shí)際溫度和輻照劑量率,修正鑒定試驗(yàn)中所假設(shè)的設(shè)計(jì)溫度和累積輻照劑量,消除不必要的保守假設(shè),從而優(yōu)化電纜的鑒定壽命,相應(yīng)的專利申請?zhí)枮镃N118069970A?？梢钥闯?近年來,在儀器檢測的基礎(chǔ)上,通過計(jì)算機(jī)輔助的管理平臺,對電纜老化評估手段進(jìn)行優(yōu)化已逐漸成為研究熱點(diǎn)。
2. 結(jié)語
（1）由于國內(nèi)市場對核級電纜老化評估及壽命預(yù)測需求,近20年國內(nèi)企業(yè)、高校在該領(lǐng)域的研發(fā)熱情顯著高于起步較早的日本、韓國等企業(yè)。
（2）申請人主要為研發(fā)經(jīng)費(fèi)充足、人才儲備充分的國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、中廣核等大型國企,而國內(nèi)大學(xué)、科研院所申請數(shù)量較少,整體而言,國內(nèi)外有效專利在整體中占比較高,反映了該領(lǐng)域仍處于技術(shù)活躍期。
（3）通過物理、化學(xué)相關(guān)性能表征老化性能、進(jìn)行壽命預(yù)測是專利申請數(shù)量最高的技術(shù)領(lǐng)域,但計(jì)算機(jī)相關(guān)、人工智能技術(shù)已經(jīng)開始向核級電纜老化評估及壽命預(yù)測領(lǐng)域滲透。
文章來源——材料與測試網(wǎng)