火灾是核电厂的一种主要灾害事故类型,严重火灾能够导致担负核电厂安全停堆功能、余热导出功能和放射性物质包容功能的重要设备和系统的安全功能降低,甚至导致核事故的发生,威胁公共安全与环境安全。当前,随着我国Gen III+核电机组的陆续投入运营,大批核电设备和材料国产化,从长远看,我国核电厂的火灾安全监管将面临一定挑战。虽然目前Gen III+机组在应对单一灾害事故方面的能力有了巨大提升,但自2011年日本福岛核事故发生后,国际原子能机构、美国核管委会、法国辐射防护与核安全研究所以及日本原子能监管委员会均提出要进一步提高核电厂应对超基准火灾事故、多堆火灾事故及耦合灾害事故的能力,特别要加强严重火灾事故防范及应急决策技术等方面的研究。事故工况下,与安全停堆功能相关的I&C电缆是核电厂安全防护的重要目标,火灾下I&C电缆的失效温度及失效模式的发生概率是计算由内部火灾导致的堆芯损坏频率的两个基础参数。然而由于许多不确定性因素的存在,往往很难对以上两个参数进行准确量化。为此,本文旨在对火灾条件下核电厂I&C电缆的热失效温度和随机失效问题进行研究,以推动我国核电厂火灾PSA研究工作的深入开展。具体的研究内容如下:1)机械通风条件下,微负压密闭空间内部穿金属管保护的I&C电缆的热失效温度研究。在WST计算模型的基础上,对设置有底部进风和顶部排风系统的微负压密闭空间,基于能量守恒、质量守恒和氧气体积浓度守恒,提出了此类通风模式下热烟气层温度经验计算模型,并将计算结果与FDS数值模拟结果及FLIP试验结果进行对比和分析。在THIEF模型的基础上,基于合理假设和传热学原理,提出了圆柱形结构的金属管保护的I&C电缆的热失效温度计算模型。2)火灾模型参数的不确定性对I&C电缆失效概率的影响研究。基于火灾区域模型、蒙特卡罗模拟和马尔科夫链,通过考虑火灾模型参数的不确定性,提出了核电厂动态灭火失效概率分析模型。在此基础上,将火灾区域模型与基于MCMC的子集模拟方法相结合来研究火灾下核电厂I&C电缆的随机失效问题,以某压水堆核电厂一电缆通道为对象,对设置喷淋系统和无喷淋系统两种工况下I&C电缆的随机失效问题及8个火灾模型参数的敏感性进行分析。3)电缆材料热物性参数的不确定性对I&C电缆失效温度的影响。基于Duhamel理论和量纲分析构建了标准升温加热条件下I&C电缆的热失效温度计算模型,并将数值计算结果与基于Matlab pdepe函数的数值计算结果及ISO 834标准升温试验炉试验结果进行对比和分析。通过对上述建立的电缆热失效温度方程进行离散,采用蒙特卡洛方法研究了I&C电缆护套材料的导热系数、比热容及护套厚度等参数的不确定性对PVC电缆的热失效温度、失效时间和失效概率的影响。4)I&C电缆热短路的持续时间及热短路故障模式研究。基于三参数威布尔分布模型和极大似然估计法对AC电路和DC电路热短路试验数据进行最优参数估计,分别得到了AC电路和DC电路热短路持续时间的累积概率分布。将冲程时间视为一连续随机变量,基于三状态Markov模型建立了热短路导致的多态可修复系统的随机失效分析模型,并以核电厂安注系统的一常闭MOV为例进行分析,分别得到了该常闭MOV三种状态的概率密度函数和累积分布函数。