CN110322105B - 用于m310核电机组安全壳内k1类电缆寿命再评估的方法 - Google Patents

用于m310核电机组安全壳内k1类电缆寿命再评估的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核电厂运行许可证延续论证的技术领域，具体涉及一种适用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，所述方法包括：（a）根据K1类鉴定记录以及状态/环境监测数据计算目标电缆绝缘材料的老化状态；（b）使用充分保守的环境参数评估目标电缆的剩余寿命；（c）对剩余寿命无法满足运行许可证延续期限的电缆进行再鉴定试验或者在延续运行期开始之前进行更换；（d）当前运行许可证有效期内以及许可证延续期内对K1类电缆实施持续的状态/环境监测以确保目标电缆处于鉴定边界以内，本发明给出了完整、详细的技术路线用于解决M310机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的问题，确保K1类电缆在当前运行许可证有效期内及许可证延续期内保持安全功能。

Description

用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法
技术领域
本发明涉及核电厂运行许可证延续论证技术领域，具体涉及一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法。
背景技术
核电厂运行许可证延续工作的目的是使得核电厂在原运行许可证规定的时间结束后仍然满足核安全要求，从而能够继续运行。核电厂运行许可证延续具有重要的社会与经济价值，是当前核电发展的重要方向，美国、欧洲等国家已有多台核电机组通过许可证延续申请进而实现超期运行。目前我国大亚湾核电厂(两台M310机组)正在开展机组运行许可证延续相关的论证和改进工作。
根据M310机组电气设备设计规范RCC-E，安装在安全壳内、在正常及事故工况下执行安全重要功能的电缆的鉴定等级为K1，后文简称K1类电缆。由于K1类电缆在安全壳内数量多、敷设路径复杂、部分区域环境辐照剂量高，因此更换成本高昂。如果通过某些技术手段能够证明这些电缆能够使用至机组延续运行期末期，则会在保证机组安全的前提下节约大量成本。在许可证延续申请工作中，需要重新评估这些K1类电缆的寿命以确保其能够安全运行至机组延续运行期末期。
发明内容
本发明基于现有技术存在的问题提供一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)确定目标电缆基础信息，根据电缆的K1类鉴定记录以及状态/环境监测数据计算目标电缆绝缘材料的累积热老化损伤和累积老化辐照损伤，根据损伤值评估目标电缆的老化状态；
(b)根据K1类鉴定记录计算目标电缆达到鉴定终点状态，并以此作为鉴定边界绘制老化状态评估图，判断目标电缆当前老化状态是否处于鉴定边界以内，当目标电缆当前老化状态处于鉴定边界以内，使用充分保守的环境参数评估目标电缆的剩余寿命；
(c)对剩余寿命无法满足许可证延续期限以及当前老化状态处于鉴定边界以外的电缆进行再鉴定试验，确认在许可证延续期内继续使用或在当前运行许可证到期之前根据电缆的鉴定寿命完成更换工作；
(d)当前运行许可证有效期内以及许可证延续期内对K1类电缆实施持续的状态/环境监测以确保目标电缆老化状态维持在鉴定边界以内。
进一步的，步骤(a)中，目标电缆的基础信息包括制造厂家、绝缘材料、规格和实际运行状态。
进一步的，步骤(a)中，通过查询目标电缆的K1类鉴定记录确定报告中与老化相关的参数，包括材料活化能、热老化温度和时间，以及辐照累积剂量。
进一步的，步骤(a)中，监测目标电缆的运行环境，包括环境温度和辐照剂量，结合电缆运行状态计算处于此环境下绝缘材料的累积热老化损伤gT(t)如下：
Figure GDA0003356135940000021
其中，
A为待定常数，通过加速热老化试验的方法确定；Ea为电缆绝缘材料的活化能；R为气体常数；t为目标电缆的累积服役时间；ti为温度采集周期；Ti为ti时段内的环境温度数据；ΔTi为电缆导体在ti时段内的温升；各时段ti(i＝1,2,...,n)与累积服役时间t满足
Figure GDA0003356135940000022
绝缘材料的累积辐照老化损伤gR(t)使用累积辐照剂量监测值TIDt表征。
进一步的，当目标电缆在其敷设路径上的环境条件存在差异，选择目标电缆不同部位的监测结果所计算出的gT(t)的最大值代表整根电缆的热老化状态，gR(t)的最大值代表整根电缆的辐照老化状态。
进一步的，步骤(b)中，计算目标电缆达到鉴定终点tend时的累积热老化损伤gT(tend)和累积辐照老化损伤gR(tend)分别如下：
Figure GDA0003356135940000031
gR(tend)＝TIDEQ＝DEQ·tR,EQ (0-03)
其中，
TEQ为鉴定试验的热老化温度，tT,EQ为热老化时间；
DEQ为鉴定试验的辐照老化剂量率，tR,EQ为辐照老化时间；
将计算得到的gT(tend)和gR(tend)视为鉴定边界绘制成老化状态评估图。
进一步的，步骤(b)中，计算材料热老化损伤余量gT,res(t)以及辐照老化损伤余量gD,res(t)如下：
gT,res(t)＝gT(tend)-gT(t) (0-04)
gR,res(t)＝gR(tend)-gR(t) (0-05)
使用充分保守的温度TEva和辐照剂量DEva分别计算达到鉴定老化终点状态的剩余热老化寿命和辐照老化寿命如下：
Figure GDA0003356135940000032
tR,res＝gR,res(t)/DEva (0-07)
目标电缆的剩余寿命为tres＝min(tT,res,tR,res)。
进一步的，步骤(c)中，在进行再鉴定试验时，优先选择备件电缆开展再鉴定试验；在无备件电缆的情况下，从现场选取老化状态最差的在役电缆作为再鉴定试验样本；在既无备件电缆也无法从现场取出在役电缆的情况下，对目标电缆进行更换。
进一步的，当选择备件电缆开展再鉴定试验时，通过式(0-08)计算得到再鉴定试验的热老化时间tT,re-EQ：
Figure GDA0003356135940000041
其中，
TEva为充分保守的温度；
tre-EQ为再鉴定寿命，其设定为当前许可证运行期与许可证延续期之和；
Tre-EQ为加速热老化温度；
通过式(0-09)计算得到再鉴定试验的辐照老化时间tR,re-EQ：
tR,re-EQ＝TIDre-EQ/Dre-EQ (0-09)
其中，
TIDre-EQ为再鉴定寿命tre-EQ内的累积辐照剂量；
Dre-EQ为再鉴定寿命tre-EQ内的辐照老化剂量率。
参考M310机组电气设备设计规范规定的K1类鉴定流程依次对样本进行热老化、辐照老化、事故辐照以及设计基准事故/事故后模拟试验，验证样本能否通过功能试验。
进一步的，当选择在役电缆作为再鉴定试验样本时，将在役电缆视为经历服役期tserv自然老化后的电缆样本，则再鉴定寿命t′re-EQ为：
t′re-EQ＝tre-EQ-tserv (0-10)
再鉴定试验的热老化时间t′T,re-EQ以及再鉴定试验的辐照老化时间t′R,re-EQ的计算方法与选择备件电缆开展再鉴定试验时相同，验证样本能否通过功能试验。
采用以上技术方案后，本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明给出了完整、详细的技术路线用于解决M310机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的问题，可确保其在当前运行许可证有效期内及许可证延续期内使用安全，在保证机组安全的前提下节约大量成本。
附图说明
附图1为本发明电缆寿命再评估流程图；
附图2为本发明某一具体实施例中电缆老化状态评估图；
附图3为本发明电缆再鉴定试验结论代表性示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
一种适用于M310核电机组安全壳内K1类电缆的寿命再评估方法，整体流程见附图1，具体包括以下步骤：
(a)根据K1类鉴定记录以及状态/环境监测数据计算目标电缆绝缘材料的老化状态(即累积老化损伤程度)；
(b)使用充分保守的环境参数评估目标电缆的剩余寿命；
(c)对剩余寿命无法满足运行许可证延续期限的电缆进行再鉴定试验或者在延续运行期开始之前进行更换；
(d)当前运行许可证有效期内以及许可证延续期内对K1类电缆实施持续的状态/环境监测以确保目标电缆处于鉴定边界以内。
具体的：
步骤(a)包括：
(a.1)确定目标电缆的基础信息，包括制造厂家、绝缘材料、规格和实际运行状态(包括运行环境)；
(a.2)查询目标电缆K1类鉴定报告，确定报告中与老化相关的关键参数，包括材料活化能、热老化温度和时间、辐照累积剂量等；
(a.3)对于有机绝缘材料的热寿命评估采用Arrhenius方法，热老化速率dgT(t)/dt与开尔文温度T的关系如下：
Figure GDA0003356135940000051
监测目标电缆的运行环境，包括环境温度和辐照剂量，结合电缆导体运行期间的温升和绝缘材料的活化能Ea。利用方程式(1-02)计算处于此监测环境下与时间相关的绝缘材料的累积热老化损伤gT(t)如下：
Figure GDA0003356135940000061
方程式(1-01)和(1-02)中，A为待定常数，可以通过加速热老化试验的方法确定；R为气体常数，数值取8.314J/K/mol；t是目标电缆累积服役时间；ti是温度采集周期；Ti是ti时段内的环境温度数据，ΔTi是电缆导体在ti时段内的温升，与电缆结构和运行电流相关，各时段ti(i＝1,2,...,n)与累积服役时间t满足
Figure GDA0003356135940000062
对于有机绝缘材料的辐照老化寿命评估采用“等剂量-等损伤”方法，即在剂量率低于10kGy/h的环境条件下，与时间相关的绝缘材料的累积辐照老化损伤gR(t)可使用绝缘材料受到的累积辐照剂量监测值TIDt表征。
当目标电缆在其敷设路径上的环境条件存在较大差异，这种情况下应取目标电缆各部位监测结果计算出的gT(t)的最大值来代表整根电缆的热老化状态，gR(t)的最大值来代表整根电缆的辐照老化状态。
步骤(b)包括：
(b.1)根据K1类鉴定报告计算目标电缆达到鉴定终点tend时的老化状态如下：
Figure GDA0003356135940000063
gR(tend)＝TIDEQ＝DEQ·tR,EQ (1-04)
方程式(1-03)中TEQ为鉴定试验的热老化温度，tT,EQ为热老化时间。
方程式(1-04)中DEQ为鉴定试验的辐照老化剂量率，tR,EQ为辐照老化时间。
(b.2)将步骤(b.1)的计算结果gT(tend)和gR(tend)视为鉴定边界并绘制成老化状态评估图，参见附图2所示为本发明某一具体实施例中的电缆老化状态评估图。如果步骤(a.3)的计算结果位于鉴定边界以内，如标识“●”所示，则电缆可继续使用，转入步骤(b.3)进行剩余寿命评估工作；如果步骤(a.3)的计算结果位于鉴定边界以外，如标识“○”所示，则表明此时电缆的老化状态已超出鉴定边界，转入步骤(c.1)。
(b.3)使用步骤(a.3)的计算结果分别计算材料热老化损伤余量gT,res(t)以及辐照老化损伤余量gD,res(t)如下：
gT,res(t)＝gT(tend)-gT(t) (1-05)
gR,res(t)＝gR(tend)-gR(t) (1-06)
使用充分保守的温度TEva和辐照剂量DEva分别计算达到鉴定老化终点状态的剩余热老化寿命和辐照老化寿命如下：
Figure GDA0003356135940000071
tR,res＝gR,res(t)/DEva (1-08)
则目标电缆的剩余寿命为tres＝min(tT,res,tR,res)。如果评估值tres能够达到机组延续运行期末期，则转入步骤(d.1)，否则转入步骤(c.1)。
步骤(c)包括：
(c.1)确定取样方式，优先选择备件电缆开展再鉴定试验，转入步骤(c.2)；在无备件电缆的情况下，从现场取出老化状态最差的在役电缆(即gT(t)和gR(t)计算值最大的电缆)作为再鉴定试验样本，转入步骤(c.3)；如既无备件电缆，也难以从现场取出在役电缆，则转入步骤(c.4)。
(c.2)备件电缆存储条件较好，可近似视为新电缆，将热寿命方程式(1-01)变换如下：
Figure GDA0003356135940000072
将充分保守的温度TEva、再鉴定寿命tre-EQ(当前许可证运行期与延续运行期之和)以及加速热老化温度Tre-EQ代入方程式(1-09)，计算得到再鉴定试验的热老化时间tT,re-EQ。
使用再鉴定寿命tre-EQ内累积辐照剂量TIDre-EQ以及辐照老化剂量率Dre-EQ，计算再鉴定试验的辐照老化时间tR,re-EQ：
tR,re-EQ＝TIDre-EQ/Dre-EQ (1-10)
参考RCC-E(M310机组电气设备设计规范)规定的K1类鉴定流程依次对样本进行热老化、辐照老化、事故辐照以及设计基准事故/事故后模拟试验，若样本通过功能试验，则转入步骤(d.1)，否则转入步骤(c.4)。
(c.3)在役电缆可视为经历服役期tserv自然老化后的电缆样本，则再鉴定寿命t′re-EQ＝tre-EQ-tserv，试验参数计算与操作步骤与(c.2)相同，如果gT(t)和gR(t)计算值最大的样本通过功能试验，则转入步骤(d.1)，否则重新选择合适的gT(t)和gR(t)计算值的电缆作为再鉴定样本，重复步骤(c.3)，如样本仍无法通过再鉴定试验时，转入步骤(c.4)。
再鉴定结论的代表性如附图3所示，该结论只适用于gT(t)和gR(t)计算值小于再鉴定样本的电缆，如标识“●”所示；不适用于该结论的电缆，如标识“○”所示，应转入步骤(c.4)。
(c.4)经寿命再评估后表明无法使用至许可证延续期末期的K1类电缆，电厂应制定相应更换方案，在当前许可证到期之前完成电缆的更换工作。更换新电缆后，转入步骤(d.1)。
步骤(d)包括：
(d.1)对于能够运行至许可证延续期末期的K1类电缆，在机组运行期间(包括当前许可证有效期内以及延续运行期内)选择有代表性的电缆进行持续监测和评估。
(d.2)利用步骤(a.3)的方法定期计算目标电缆的累积老化损伤gT(t)和gR(t)，当处于附图2所示的鉴定边界以内时，转入步骤(b.3)；当位于鉴定边界以外时，转入步骤(c.1)。
本发明给出了完整、详细的技术路线用于解决M310机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的问题，从而确保电缆在当前运行许可证有效期内及许可证延续期内保持安全。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)确定目标电缆基础信息，根据电缆的K1类鉴定记录以及状态/环境监测数据计算目标电缆绝缘材料的累积热老化损伤和累积老化辐照损伤，根据累积热老化损伤的数值和累积老化辐照损伤的数值评估目标电缆的老化状态；
(b)根据K1类鉴定记录计算目标电缆达到鉴定终点状态，并以此作为鉴定边界绘制老化状态评估图，判断目标电缆当前老化状态是否处于鉴定边界以内，当目标电缆当前老化状态处于鉴定边界以内，使用充分保守的环境参数评估目标电缆的剩余寿命；
(c)对剩余寿命无法满足许可证延续期限以及当前老化状态处于鉴定边界以外的电缆进行再鉴定试验，确认在许可证延续期内继续使用或在当前运行许可证到期之前根据电缆的鉴定寿命完成更换工作；
(d)当前运行许可证有效期内以及许可证延续期内对K1类电缆实施持续的状态/环境监测以确保目标电缆老化状态维持在鉴定边界以内。
2.根据权利要求1所述的一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于：步骤(a)中，目标电缆的基础信息包括制造厂家、绝缘材料、规格和实际运行状态。
3.根据权利要求1所述的一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于：步骤(a)中，通过查询目标电缆的K1类鉴定记录确定报告中与老化相关的参数，包括材料活化能、热老化温度和时间，以及辐照累积剂量。
4.根据权利要求1所述的一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于：步骤(a)中，监测目标电缆的运行环境，包括环境温度和辐照剂量，结合电缆运行状态计算处于此环境下绝缘材料的累积热老化损伤gT(t)如下：
Figure FDA0003356135930000011
其中，
A为待定常数，通过加速热老化试验的方法确定；Ea为电缆绝缘材料的活化能；R为气体常数；t为目标电缆的累积服役时间；ti为温度采集周期；Ti为ti时段内的环境温度数据；ΔTi为电缆导体在ti时段内的温升；各时段ti(i＝1,2,...,n)与累积服役时间t满足
Figure FDA0003356135930000021
绝缘材料的累积辐照老化损伤gR(t)使用累积辐照剂量监测值TIDt表征。
5.根据权利要求4所述的一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于：当目标电缆在其敷设路径上的环境条件存在差异，选择目标电缆不同部位的监测结果所计算出的gT(t)的最大值代表整根电缆的热老化状态，gR(t)的最大值代表整根电缆的辐照老化状态。
6.根据权利要求4所述的一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于：步骤(b)中，计算目标电缆达到鉴定终点tend时的累积热老化损伤gT(tend)和累积辐照老化损伤gR(tend)分别如下：
Figure FDA0003356135930000022
gR(tend)＝TIDEQ＝DEQ·tR,EQ (0-03)
其中，
TEQ为鉴定试验的热老化温度，tT,EQ为热老化时间；
DEQ为鉴定试验的辐照老化剂量率，tR,EQ为辐照老化时间；
将计算得到的gT(tend)和gR(tend)视为鉴定边界绘制成老化状态评估图。
7.根据权利要求6所述的一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于，步骤(b)中，计算材料热老化损伤余量gT,res(t)以及辐照老化损伤余量gD,res(t)如下：
gT,res(t)＝gT(tend)-gT(t) (0-04)
gR,res(t)＝gR(tend)-gR(t) (0-05)
使用充分保守的温度TEva和辐照剂量DEva分别计算达到鉴定老化终点状态的剩余热老化寿命和辐照老化寿命如下：
Figure FDA0003356135930000031
tR,res＝gR,res(t)/DEva (0-07)
目标电缆的剩余寿命为tres＝min(tT,res,tR,res)。
8.根据权利要求1所述的一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于，步骤(c)中，在进行再鉴定试验时，优先选择备件电缆开展再鉴定试验；在无备件电缆的情况下，从现场选取老化状态最差的在役电缆作为再鉴定试验样本；在既无备件电缆也无法从现场取出在役电缆的情况下，对目标电缆进行更换。
9.根据权利要求8所述的一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于，当选择备件电缆开展再鉴定试验时，通过式(0-08)计算得到再鉴定试验的热老化时间tT,re-EQ：
Figure FDA0003356135930000032
其中，
TEva为充分保守的温度；
tre-EQ为再鉴定寿命，其设定为当前许可证运行期与许可证延续期之和；
Tre-EQ为加速热老化温度；
通过式(0-09)计算得到再鉴定试验的辐照老化时间tR,re-EQ：
tR,re-EQ＝TIDre-EQ/Dre-EQ (0-09)
其中，
TIDre-EQ为再鉴定寿命tre-EQ内的累积辐照剂量；
Dre-EQ为再鉴定寿命tre-EQ内的辐照老化剂量率；
参考M310机组电气设备设计规范规定的K1类鉴定流程依次对样本进行热老化、辐照老化、事故辐照以及设计基准事故/事故后模拟试验，验证样本能否通过功能试验。
10.根据权利要求9所述的一种用于M310核电机组安全壳内K1类电缆寿命再评估的方法，其特征在于，当选择在役电缆作为再鉴定试验样本时，将在役电缆视为经历服役期tserv自然老化后的电缆样本，则再鉴定寿命t′re-EQ为：
t′re-EQ＝tre-EQ-tserv (0-10)
再鉴定试验的热老化时间t′T,re-EQ以及再鉴定试验的辐照老化时间t′R,re-EQ的计算方法与选择备件电缆开展再鉴定试验时相同，验证样本能否通过功能试验。
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