圖 1核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)專利申請(qǐng)量年度分布
核級(jí)電纜是指核電站特殊環(huán)境下使用的電纜,種類(lèi)繁多,包括測(cè)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(guò)程中對(duì)設(shè)備的供電、信號(hào)的傳輸?shù)榷嘀厝蝿?wù),對(duì)核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。由于核級(jí)電纜需要長(zhǎng)期暴露于熱、輻射、電、化學(xué)等各類(lèi)老化環(huán)境中,相對(duì)于普通電纜,核級(jí)電纜具有更高的性能要求,同時(shí)在其服役過(guò)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(duì)核用電纜的性能監(jiān)測(cè)手段提出了更高的要求。如何有效對(duì)核電特殊環(huán)境下使用的電纜進(jìn)行老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè),對(duì)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(guó)核管理委員會(huì)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(duì)安裝在嚴(yán)酷環(huán)境中的安全級(jí)（1E級(jí)）電氣設(shè)備進(jìn)行鑒定。法國(guó)在1980年成立了法國(guó)核島設(shè)計(jì)和建造規(guī)程協(xié)會(huì),不久后出臺(tái)了《核島電氣設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則》。我國(guó)學(xué)者較早開(kāi)始關(guān)注核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)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(guó)也較早開(kāi)始了相關(guān)研究,例如Kim[2]評(píng)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(duì)熱電偶電纜在彎曲加工過(guò)程中的斷裂原因進(jìn)行了分析。此后的技術(shù)發(fā)展過(guò)程中,檢測(cè)電纜老化狀態(tài)的方向逐漸演化為無(wú)損檢測(cè)和有損檢測(cè)兩個(gè)技術(shù)分支,根據(jù)檢測(cè)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(gè)研究方向。主要檢測(cè)手段為儀器輔助檢測(cè),近年來(lái)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(gè)核電廠核級(jí)電纜的智能診斷與健康管理平臺(tái),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(lái)模擬在監(jiān)測(cè)電纜的整個(gè)生命周期中可能遇到的幾種類(lèi)型故障,更準(zhǔn)確地評(píng)估電纜的健康狀況?？梢灶A(yù)期在未來(lái)一個(gè)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(píng)估及壽命預(yù)測(cè)將會(huì)出現(xiàn)新的發(fā)展趨勢(shì)。
筆者以涉及核級(jí)電纜老化評(píng)估以及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域世界范圍內(nèi)的專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)作為分析樣本,從專利申請(qǐng)的年度分布、區(qū)域分布、主要申請(qǐng)人、核心專利技術(shù)等方面對(duì)核級(jí)電纜老化評(píng)估以及壽命預(yù)測(cè)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(wèn)題,從而對(duì)相關(guān)企業(yè)的發(fā)展提出建議。
1. 核級(jí)電纜老化評(píng)估技術(shù)的專利申請(qǐng)狀況
以核級(jí)電纜老化評(píng)估以及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)為研究對(duì)象,檢索數(shù)據(jù)的范圍為2024年9月13日前已公開(kāi)的世界范圍內(nèi)的全部申請(qǐng)專利。在CNTXT和ENTXTC數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索、去重,得到128件申請(qǐng)專利。由于文章撰寫(xiě)的時(shí)間限制以及專利申請(qǐng)日到專利公開(kāi)日之間18個(gè)月的時(shí)限,缺少2023—2024年的部分未公開(kāi)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(kāi)的數(shù)量。下面對(duì)核級(jí)電纜老化評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)技術(shù)專利申請(qǐng)狀況進(jìn)行分析。
1.1 專利申請(qǐng)的年度申請(qǐng)數(shù)量分布狀況
核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)專利申請(qǐng)量年度分布如圖1所示,從歷年申請(qǐng)量上看,核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷以下3個(gè)階段。
1.1.1 技術(shù)起步階段（1996—2005年）
核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域的研究工作起步于20世紀(jì)末,而我國(guó)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(guó)電力公司（KOREA ELECTRIC POWER CORP）先后展開(kāi)了關(guān)于電纜劣化控制的研究,其中韓國(guó)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(guó)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(cè)試精度,用于檢查電纜老化的便攜式設(shè)備。我國(guó)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(cè)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(duì)重要負(fù)荷供電電纜的狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(duì)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(guó)每年均保持著不超過(guò)3件的申請(qǐng)量。國(guó)外申請(qǐng)人在2012年有兩件專利申請(qǐng),分別是日本日立電纜公司（HITACHI CABLE）報(bào)道的一種用于評(píng)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(cè)電纜狀況的方法和系統(tǒng)。在2013—2015年,我國(guó)在這一領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量出現(xiàn)了小幅度增長(zhǎng),2015年的年度專利申請(qǐng)量已經(jīng)穩(wěn)定增長(zhǎng)到了9件,而國(guó)外僅在2013年出現(xiàn)了一件專利申請(qǐng)。這一階段為此后我國(guó)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(guó)在核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)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(qǐng)量5件增長(zhǎng)到了2020年的年度申請(qǐng)量22件。特別是中廣核、國(guó)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(cè)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(gè)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(guó)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(píng)估XLPE電纜絕緣老化狀態(tài)的介電分析方法,該方法簡(jiǎn)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(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所應(yīng)用介電頻譜和超聲波測(cè)量無(wú)損檢測(cè)手段建立了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,用于預(yù)測(cè)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(cè)相結(jié)合的研究工作。在2020—2022年,該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)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(guó)外研究者在此期間也僅在2021、2022年各有一件專利申請(qǐng),而此后的2023—2024年,專利公開(kāi)數(shù)據(jù)尚不完整,未能準(zhǔn)確反映年度申請(qǐng)量。
1.2 專利申請(qǐng)的技術(shù)原創(chuàng)國(guó)家/地區(qū)分布狀況
專利技術(shù)的來(lái)源能夠反映出一個(gè)國(guó)家或地區(qū)在相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新活躍程度。在核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域,貢獻(xiàn)專利技術(shù)數(shù)量最多的國(guó)家是中國(guó),有94%的專利申請(qǐng)來(lái)源于中國(guó)的申請(qǐng)人,共計(jì)120項(xiàng),這與現(xiàn)實(shí)中國(guó)企業(yè)的市場(chǎng)主導(dǎo)地位相符。其余各國(guó)總計(jì)8項(xiàng),其中第2位是韓國(guó),占比為4%,其中大部分申請(qǐng)來(lái)自于韓國(guó)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(qǐng),占比均為1%左右。來(lái)自于中、日、韓3國(guó)的申請(qǐng)量已經(jīng)達(dá)到了全球總申請(qǐng)量的99%,而其余國(guó)家占據(jù)全球申請(qǐng)量的1%,可見(jiàn)核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)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(qǐng)量的1%。雖然國(guó)外專利申請(qǐng)量有限,但韓國(guó)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(kāi)展最早,其所具有的研究基礎(chǔ)不容小覷。
1.3 申請(qǐng)人類(lèi)型分布
核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)人類(lèi)型分布如圖2所示。由圖2可知：企業(yè)申請(qǐng)量占68％,學(xué)校、個(gè)人和科研單位分別占17％,7%,6%,機(jī)關(guān)團(tuán)體占2%?？梢?jiàn),在核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域,企業(yè)對(duì)該技術(shù)的研究占到了絕對(duì)的多數(shù),這從側(cè)面顯示出核級(jí)電纜老化評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)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(qǐng)量在該領(lǐng)域只占17%,遠(yuǎn)小于企業(yè)的申請(qǐng)量,但高校對(duì)該技術(shù)的發(fā)展具有很大的推動(dòng)力,并且有相當(dāng)一部分為高校與企業(yè)的聯(lián)合申請(qǐng),近年來(lái)國(guó)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(guó)最早從事核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)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(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所等,其中,西安交通大學(xué)和國(guó)網(wǎng)上海市電力公司、中國(guó)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(kāi)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(qǐng)專利等模式。除上述合作模式外,一些企業(yè)還通過(guò)成立專門(mén)的技術(shù)研究中心來(lái)實(shí)現(xiàn)自主技術(shù)創(chuàng)新,如國(guó)家電網(wǎng)公司專門(mén)設(shè)立了國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,國(guó)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(kāi)展廣泛合作。
圖 2核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)人類(lèi)型分布
1.4 主要申請(qǐng)人分析
核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量主要申請(qǐng)人分布如圖3所示。由圖3可知：專利申請(qǐng)量排名前9位的申請(qǐng)人全部為中國(guó)國(guó)內(nèi)企業(yè)和高校,其中上海南洋藤倉(cāng)電纜有限公司為中日合資企業(yè)。在排名前9位的申請(qǐng)人當(dāng)中,國(guó)家電網(wǎng)公司以占前9位申請(qǐng)人專利總申請(qǐng)量的47%位居首位,這反映了近20年來(lái)在核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域,我國(guó)企業(yè)科研人員的研發(fā)能力已取得了長(zhǎng)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(qǐng)位于第2,3位,以上3家國(guó)企的申請(qǐng)量總計(jì)達(dá)到82件,可以看出我國(guó)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(qǐng)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(qǐng)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(qǐng)人中,除華中科技大學(xué)外,三普藥業(yè)、中國(guó)華能、上海南洋藤倉(cāng)電纜、中國(guó)中車(chē)均為國(guó)內(nèi)企業(yè),其中三普藥業(yè)雖然主營(yíng)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(xiāo)售,其所擁有的3項(xiàng)專利申請(qǐng)均是與遠(yuǎn)東智慧、中國(guó)核工等公司的合作申請(qǐng),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(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量主要申請(qǐng)人分布
1.5 專利有效性和法律狀態(tài)分析
核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域國(guó)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(qǐng)中,我國(guó)國(guó)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(qǐng)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(guó)外有效專利的數(shù)量為4件,占比3.1%,在審專利申請(qǐng)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(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域,國(guó)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(zhǎng)和活躍的時(shí)期。
圖 4核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外專利有效性占比
核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域國(guó)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(qǐng)中,我國(guó)國(guó)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(qǐng)的數(shù)量為30件,占比23.4%,處于實(shí)審的專利申請(qǐng)數(shù)量為13件,占比10.2%,撤回專利申請(qǐng)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(guó)外專利申請(qǐng)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(kāi)和撤回專利申請(qǐng)數(shù)量均為1件。從以上數(shù)據(jù)可以看出,在核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)外的授權(quán)專利占比較高。
圖 5核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外專利法律狀態(tài)分布
1.6 技術(shù)構(gòu)成分析
核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試裝置、電故障的探測(cè)裝置,共有12件,以上3者均屬于測(cè)量電變量、測(cè)量磁變量技術(shù)領(lǐng)域下面的具體小類(lèi),以上3個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的申請(qǐng)量占據(jù)全球總申請(qǐng)量的50%,可見(jiàn)在這一領(lǐng)域主要通過(guò)測(cè)量電、磁方面的變化特征評(píng)估電纜老化特征,并進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)。排名第4的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)闇y(cè)試材料的耐氣候、耐腐蝕、耐光照性能,共有10件申請(qǐng),排名第7位的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)橛脵C(jī)械應(yīng)力測(cè)試固體材料的強(qiáng)度特性,以上兩者均屬于借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來(lái)測(cè)試或分析材料的范疇,不難得知,通過(guò)測(cè)定電纜的相關(guān)物化性能對(duì)電纜老化特性和壽命預(yù)期進(jìn)行評(píng)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(qǐng),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(gè)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(gè)技術(shù)領(lǐng)域雖然目前申請(qǐng)量不高,但隨著人工智能技術(shù)的高速發(fā)展,通過(guò)計(jì)算機(jī)建立電纜老化模型,進(jìn)而進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)必然會(huì)成為下一個(gè)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(qǐng)量均少于3件,主要分布于借助于測(cè)定材料的化學(xué)或物理性質(zhì)來(lái)測(cè)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(lái)看,核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)技術(shù)主要通過(guò)對(duì)電纜相關(guān)材料在一定場(chǎng)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(chǎng)景下的性能變化特征,從而對(duì)其使用服役狀態(tài)進(jìn)行判斷,進(jìn)而評(píng)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(guò)建立模型,進(jìn)行實(shí)際場(chǎng)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(píng)估及壽命預(yù)測(cè)已經(jīng)成為重要的發(fā)展方向。
圖 6核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域各分支技術(shù)的分布情況
核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域全球申請(qǐng)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(qǐng)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(méi)有出現(xiàn)專利申請(qǐng),電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)僅通過(guò)比較簡(jiǎn)易的測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)。例如,韓國(guó)電力公司在1999年提交的公開(kāi)號(hào)為KR200168151Y1的專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種便攜式電纜老化診斷裝置,其主要是通過(guò)電機(jī)、夾具、傳感器等設(shè)備進(jìn)行組合,尚不涉及對(duì)電纜相關(guān)材料電磁、物化性能方面的全面測(cè)試?？梢哉f(shuō)這一時(shí)期尚未對(duì)核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)的主流技術(shù)領(lǐng)域展開(kāi)研究工作。
圖 7核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域全球申請(qǐng)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(shì),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(qǐng),僅在個(gè)別年份出現(xiàn)申請(qǐng),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(qǐng),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(qǐng)量的是測(cè)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(cè)試裝置、電故障的探測(cè)裝置,以及用機(jī)械應(yīng)力測(cè)試固體材料的強(qiáng)度特性,而排名第1的技術(shù)領(lǐng)域（測(cè)試介電強(qiáng)度、擊穿電壓）在2010年才出現(xiàn)了個(gè)別申請(qǐng),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(qǐng)。以上結(jié)果與力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)測(cè)試裝置的發(fā)展密切相關(guān),而計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)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(qǐng)趨勢(shì),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(qǐng)量,并在2019年達(dá)到了年度申請(qǐng)量最大值11件。這表明近年來(lái)對(duì)于電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)的主流技術(shù)即是通過(guò)電性能方面的測(cè)試獲得評(píng)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(cè)試固體材料的強(qiáng)度特性）在這一階段申請(qǐng)量為零,表明通過(guò)機(jī)械應(yīng)力對(duì)電纜強(qiáng)度等特征進(jìn)行表征,從而對(duì)老化相關(guān)性能進(jìn)行評(píng)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(lái)的新興技術(shù),可以預(yù)期這些領(lǐng)域的申請(qǐng)量在未來(lái)還可能會(huì)增加。
1.7 技術(shù)發(fā)展路線以及重點(diǎn)專利
通過(guò)對(duì)申請(qǐng)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(gè)時(shí)期代表性的專利技術(shù),通過(guò)對(duì)技術(shù)內(nèi)容的總結(jié)歸納,得到了核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)發(fā)展路線圖（見(jiàn)圖8）。
圖 8核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展路線
20世紀(jì)末,韓國(guó)電氣公司率先開(kāi)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(duì)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(qǐng)?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(duì)應(yīng)的專利申請(qǐng)?zhí)枮镵R1020080024891A,在這一階段,尚未出現(xiàn)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)的主流技術(shù)。我國(guó)國(guó)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(cè)與壽命管理系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊采集電纜絕緣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)、環(huán)境信息等,對(duì)電纜的絕緣和剩余壽命進(jìn)行判斷,相應(yīng)專利申請(qǐng)?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(píng)估方法,通過(guò)核磁共振分析儀測(cè)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(duì)絕緣材料老化性能的檢測(cè),相應(yīng)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N102998323A。同期國(guó)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(hào)波,通過(guò)信號(hào)分析對(duì)故障進(jìn)行識(shí)別,相應(yīng)的專利申請(qǐng)?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(tái),為反應(yīng)堆安全殼內(nèi)電纜延壽、安全評(píng)審、技術(shù)改造等提供了依據(jù),相應(yīng)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N203133945U。2014年國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司公開(kāi)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(qǐng)?zhí)枮镃N103983563A。2015年,核動(dòng)力運(yùn)行研究所報(bào)道了一種用于電纜整體老化壽命評(píng)估的頻域測(cè)試分析系統(tǒng)及方法,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)服役電纜的在役檢查和壽命評(píng)估,相應(yīng)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N106855605A。至此,通過(guò)各類(lèi)老化試驗(yàn)分析儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè),從而對(duì)電纜壽命進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)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(lèi)電纜壽命再評(píng)估的方法,該方法主要通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)評(píng)估的方式對(duì)電纜壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),相應(yīng)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N110322105A。復(fù)旦大學(xué)報(bào)道了一種定量評(píng)價(jià)核級(jí)電纜老化程度的綜合方法,通過(guò)對(duì)核級(jí)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(qǐng)?zhí)枮镃N110455698A。2020年,江蘇能電科技有限公司公開(kāi)了一種電纜老化檢測(cè)方法,通過(guò)漏電檢測(cè)設(shè)備獲取預(yù)設(shè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)的漏電流序列,根據(jù)故障檢測(cè)結(jié)果確定電纜老化的檢測(cè)結(jié)果,相應(yīng)專利申請(qǐng)?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(píng)估方法,其主要通過(guò)制定環(huán)境鑒定設(shè)備清單進(jìn)行評(píng)估,相應(yīng)的專利申請(qǐng)?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(jí)電纜鑒定壽命優(yōu)化方法及系統(tǒng),通過(guò)定期監(jiān)測(cè)最?lèi)毫迎h(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(qǐng)?zhí)枮镃N118069970A。可以看出,近年來(lái),在儀器檢測(cè)的基礎(chǔ)上,通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助的管理平臺(tái),對(duì)電纜老化評(píng)估手段進(jìn)行優(yōu)化已逐漸成為研究熱點(diǎn)。
2. 結(jié)語(yǔ)
（1）由于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)需求,近20年國(guó)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(guó)等企業(yè)。
（2）申請(qǐng)人主要為研發(fā)經(jīng)費(fèi)充足、人才儲(chǔ)備充分的國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、中廣核等大型國(guó)企,而國(guó)內(nèi)大學(xué)、科研院所申請(qǐng)數(shù)量較少,整體而言,國(guó)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(guò)物理、化學(xué)相關(guān)性能表征老化性能、進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)是專利申請(qǐng)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(kāi)始向核級(jí)電纜老化評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域滲透。
文章來(lái)源——材料與測(cè)試網(wǎng)