核电厂核岛蓄电池设备运行维护研究

核电厂核岛蓄电池设备运行维护研究

康艺强

福建福清核电有限公司  福建 福清 350318

摘要：近几年，随着新能源行业的迅速发展，各类电池储能技术在成熟度、可靠性、经济性等方面得到了较大的发展。这种更高的功率密度和更高的能量密度的存储技术，能够保证更长的电力供应，更多样的电力分配需求，也可以更紧密的发展核电厂。基于此，本文从蓄电池的构造、工作原理、性能指标、操作及维护等方面进行了阐述，以保证其安全、可靠地使用。

关键词：核电厂；蓄电池；运行维护

引言

为保证安全，核电厂在深度上设置了多个连续的、独立的防护等级，以避免意外事件对人类和环境的危害。为适应不同的防护功能，各核电厂均设有不同的紧急电力供应及后备电力供应，以保证在不同的操作状况和意外情况下，当外部电力供应出现问题时，电力供应系统可以安全地关闭。铅酸蓄电池是一种能把化学能转换成电能的装置，能在需要的时候储存一定的电量，工作原理是把电解质注射到电极板和分隔器中。这种电池叫做 VRLA，以避免电解质的减少，并对电池进行密封。在直流输电线路中，蓄电池起着举足轻重的作用。在通常的条件下，一个直流（DC）系统的充电器会给一个负载提供电力，并且给它的电池充电。当充电器发生故障时，电池会对其进行充电，保证其工作的平稳。同时，该电池为诸如起动 DC电机这样的峰值负荷提供电力需求，以保证母线电压在一个稳定的区间。

一、蓄电池的分类及综合比较

根据电池的种类，可将其划分为耐酸性防爆铅酸电池（富液电池）和阀控密封式铅酸蓄电池（VRLA）。阀控式铅酸蓄电池有两种类型：胶体式和贫液式吸收式。

与富液电池相比， VRLA电池在体积比容量，高电流性能，循环时间，占地面积和维修上都有很大的优越性。该方法解决了目前的大电流和长时间放电能力不能均衡的问题。但是， VRLA电池充电时会出现热失控的危险，它可以通过提高周围的温度、配备智能充电器，设定适当的充电参数，设定超温报警和冲击报警，并在报警时进行介入。VRLA电池的热放电是一种失效方式，在充电后，温度和电流的累计交互作用会在电池内产生，从而造成电池的快速上升、温度升高、膨胀、变形，最后造成电池失效[1]。

二、核电厂蓄电池现状及问题

首先，富液电池在充电时会产生氢气，这将导致氢的聚集和爆炸。所以，室内的氢含量和通风都需要进行。检测电池的比重，液面，水和酸的补充，电解液的配置，这些都是高危险的酸碱作业的一部分。员工须穿防酸服、面罩及橡胶手套，以防电解质飞溅及伤害。在每年一次的检修中，电池也会产生酸性气体，这会对维修工人的呼吸造成伤害。其次，维修成本很高。按预防性维修计划的需要，对电池进行每周和每月的定期检测。通过对电压、内阻、比重、液面等的检查，可以对电池的不正常状况进行及时的检测和管理。其三，这需要很大的空间。由于其技术特性，仅能竖直摆放，占用空间大、体积大、重量大、更换困难。其四，箱体端帽出口的密封性不好，酸液攀附在杆体上的问题难以解决。要经常擦干净。

三、蓄电池工作原理

在蓄电池充电和放电时，正、负电极之间的电化学反应如下：

负极板上：

正极板上：

从以上的化学反应方程可以看出，这是一种可逆的反应。在放电时，由左边到右边发生化学反应，把化学能转换成电能，然后再放出；在充电期间，从右边到左边的反应将能量转换成化学能并存储。

在一定的充电电压下，氢离子会在负极上释放，从而生成氢气。因为采用了铅-钙合金，所以在充电电压到达初始值时，氢离子不会被释放或生成氢。不管你怎么调整合金的结构或者怎么提高氢气的超电位，都会在充电电压到达氢气释放电位时生成。所以，为了控制氢的产生和防止电池水分流失，各厂商在特定的范围内设定了不同的充电电压。

四、蓄电池的维护保养

（一）蓄电池月检

每月对蓄电池进行定期检查，并进行放电试验。检测工作包括：对蓄电池端部的电压、电流进行测量、记录，必要时调节浮充电压，并对各单元进行记录，并在需要时对电池组进行电荷均衡，以启动板；检查电池组的接线，清洗各电池组。将电池的表面用乙醇或5%的碱水（发酵剂）擦拭[2]。

蓄电池的比重、液位、电池板目测等。按照电解液密度转换公式：，在20℃的基准温度下，其密度应该是1.24+0.05g/cm³ (20℃），或者如果不是，加入1.40g/cm³的调整酸或蒸馏水。若电解液液面降低，则应以纯水（或蒸馏水）进行补充。单体电池的电压应该为2.23伏（+0.1;-0.05）范围。若电解液 T与20℃之差大于5℃，可按下列公式加以调节：

。

（二）蓄电池放电试验

蓄电池组是核电厂安全的关键。在正常工作过程中，蓄电池组必须进行放电试验，以检验电池的容量。为了发现有故障的单体电池，要对各个单体的蓄电池进行电压测试。接着，在同样的放电速度下，持续进行放电试验，直至最后的最低电压，以测定真实的安全容限，画出放电曲线，并侦测出有问题的单体。然后再给电源充电，保证电池的工作状态和电量。

（三）蓄电池补充电

利用“恒压法”来给蓄电池充电，首先将2.3 V的端子电压（I10）、也就是220 V组恒压至248 V、110 V组恒压至12 V、48 V组恒压至53 V。然后在充满电之前，将电压维持不变。能量充足的说明： A在充电期间，电压和比重在3个小时内都能保持稳定。与恒流方法比较，电解质不发生沸腾现象。B在充电处理的末尾，具有0.02至0.05I10的电流。在这一点上，会成为漂浮的电荷。采用以上所述的装料方式，能够避免单一装载机的最后一次装货，从而降低了人员伤亡和工作负荷的危险。

五、蓄电池故障分析——蓄电池过充

（一）核电厂蓄电池设计改进

秦山核电厂中仅有的一次电池超载。这个故障处理让维修人员进行了首次的电池充电。OLDK系统中的充电器发生了问题，其充电电压在30 V以上（在正常情况下大约26 V)，从而使电池的充电电流增大，这已经是整个充电器的极限了。因为高的充电电流会使电池发热，同时会产生大量的气体。电解液高速转动，大量的电解液被汽化，整个蓄电池室都弥漫着酸雾。

当维修人员发现问题时，应立即向维修工报告，待酸雾消散后，对蓄电池进行检查。最后，对整个电池进行更换，并对其进行初步的充电。因为电池具有储存的特点，所以在电池的使用中，初期的充电是非常关键的。为了充分活化电极片，必须进行至少两次充分的充放电[3]。

（二）核电厂蓄电池改进后的性能试验

采用富液电池试验方法和接受准则，对充满电的电池进行8个小时的放电，80%C10的恒流放电。每一单元的电压必须高于1.8 V的放电结束电压8小时，否则将被视为不合格。实验证明， VRLA电池具有良好的安全性，完全可以取代富液电池。

（三）核电厂蓄电池改进后的收益分析

在实际操作中，核电厂严格按照预防性维修计划和设备更换检修时的充放电能力进行检验，对并网发电过程中的蓄电池进行了周检和月检。

通过对核电厂的实测数据，发现 VRL蓄电池在设置电解液后无需测量比重、调整电解液、补充电流，其维修周期明显缩短，仅为1/2-1/4；电气设备的充电和放电周期是富液电池的2/3，可以大大降低工作时间和人力成本。

通过对核动力电池的改造，使其运行可靠性得到了改善，维修风险得到了显著的减少，并且在维修方面的人力费用也得到了较大的改善。

结语

在核电厂的直流系统中，蓄电池是必不可少的。在一般条件下，在直流系统中，蓄电池都是浮充的。为了保证蓄电池的正常使用和保养，保证蓄电池的正常使用，保证核电厂的安全、稳定运行。

参考文献：

[1] 李志鹏,杜勇. 核电厂核岛蓄电池设备运行维护探究[J]. 汽车博览,2020(21):159.

[2] 伍瑾. 柴油空压机启动蓄电池问题分析和改进[C]. //2016年全国设备监测诊断与维护学术会议、第十五届全国设备故障诊断学术会议、第十七届全国设备监测与诊断学术会议、2016年全国设备诊断工程会议论文集. 2016:105-108.

[3] 池云莉,谭李师. 直流电源系统在核电厂中的应用分析[J]. 电气应用,2014,33(15):79-83.