機械聯鎖在A核電站蓄電池放電系統中的應用及改進

張瑞明，劉 盼，雷亞清

（中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124）

0 引言

雙堆核電站有二十四組鉛酸蓄電池（以下簡稱蓄電池），單組蓄電池容量達3000AH。根據核電站設計以及標準要求[1]，蓄電池需要定期進行放電核容試驗，以保證要使蓄電池處于健康的狀態。核電站對蓄電池放電時間、放電電流要求較高，經計算，蓄電池的放電電流高達600A。

為了保證在放電過程中的人員、設備的安全，防止不同電壓等級蓄電池組發生誤放電現象，核電站引入了機械聯鎖方案[2]。通過多項目實踐檢驗，機械聯鎖方式有效保證了蓄電池組放電試驗安全、高效地進行。

通過本文的深入研究，改進了機械聯鎖方案，降低了人因失誤的風險，增強蓄電池放電的可靠性，為后續核電項目提供借鑒意義。

1 LYS蓄電池放電系統介紹

1.1 LYS系統功能及組成

LYS為核電站蓄電池放電試驗回路系統的簡稱，是核電站直流系統的重要組成部分。通過該系統，可有效連接分布于多個廠房的蓄電池組，并在大修短暫的時間內完成對蓄電池核容（放電及充電循環）工作，驗證蓄電池的健康狀況。

LYS系統由放電源、放電路徑、放電小車三部分組成。放電源即蓄電池組，為核電站諸多安全系統的直流后備電源。核電站蓄電池組分為三個電壓等級：LA*（220V直流系統）、LB*（110V直流系統）、LC*（48V直流系統）。

放電路徑由直流配電盤、電纜、放電開關箱、放電連接箱組成。機械聯鎖裝置即在放電開關箱中引入，通過控制放電路徑，確保各電壓等級蓄電池安全可靠放電。

放電小車是蓄電池放電過程中電能的消耗裝置。放電小車采用陶瓷電阻作為功率元件。陶瓷電阻具有極高的正溫度系數（詳見圖1），利用該特性控制陶瓷電阻可實現恒流放電。

圖1：陶瓷電阻T-R曲線

1.2 蓄電池放電要求

蓄電池分布于核電站的3.8米層WX廠房的多個房間。由于各組蓄電池間內部空間緊湊，放電小車尺寸又較大，不方便在各蓄電池間挪動，因此需要通過有效的放電網絡將各蓄電池房間聯系起來，以便放電小車不用移動即可在工作間完成各系統蓄電池放電試驗。

不同電壓等級的蓄電池組需要通過放電小車對應的放電電壓檔完成放電。若蓄電池組與放電小車電壓等級不一致，則無法啟動放電（蓄電池組電壓低于放電小車電壓擋位）或者燒毀放電小車線路板（蓄電池組電壓高于放電小車電壓擋位）的情況。

對于同一電壓等級的不同系統，放電時也需要相互隔離，避免蓄電池組的并聯運行[3]，因此需要通過有效的放電網絡匹配蓄電池組電壓與放電小車的電壓檔以及隔離各蓄電池組。

綜上，需要引入機械聯鎖裝置，保證放電試驗的可靠操作，避免產生誤操作的危險行為發生。

2 機械聯鎖裝置的應用

2.1 聯鎖原理的總體原則

不同電壓等級的蓄電池組接入到不同開關箱中，相同電壓等級蓄電池組接入到同一開關箱。同電壓等級的不同系統，通過對各系統蓄電池組進線開關的機械聯鎖裝置，實現只能同時閉合一組蓄電池進線開關，避免多個蓄電池組并聯放電。開關箱的出線直接引至放電小車?？傮w原則如圖2所示：

2.2 機械聯鎖的應用

2.2.1 開關箱的機械聯鎖裝置

在開關箱中，通過對放電開關的控制實現對應蓄電池組的放電回路閉合。通過采用甲公司的雙鎖芯栓鎖確保閉合的蓄電池組回路正確，避免人員的誤操作。雙芯栓鎖的兩個鎖芯分別對應A鑰匙與B鑰匙，兩把鑰匙互鎖，即同一時間內只能拔出一把鑰匙，另一把鑰匙被鎖定在鎖上，同時被鎖定的鑰匙對應的鎖栓伸出。A鑰匙對應伸出的鎖栓與放電開關接觸，保證開關無法操作，實現鎖栓與開關的聯鎖（聯鎖原理詳見圖3）。

圖3：鎖栓與開關的聯鎖

每個開關箱內有多個放電開關，但僅有一把A鑰匙，進而保證箱內僅有一個回路能夠打開，取得B鑰匙。B鑰匙與電壓等級相關，并與放電小車上的B鑰匙相同，分為B1、B2、B3三個等級。圖4為雙芯栓鎖與放電開關圖。

圖4：雙芯栓鎖與放電開關圖

2.2.2 放電小車的機械聯鎖裝置

LYS系統的機械聯鎖主要采用甲公司的單鎖芯栓鎖與雙鎖芯栓鎖實現。在放電小車上每個電壓等級分別對應一個單芯栓鎖，詳見圖5.

圖5：放電小車單芯栓鎖

通過使用唯一的鑰匙B1、B2、B3可分別打開220V、110V、48V對應的栓鎖，通過栓鎖控制的對應電纜倉實現放電電纜的接線。

2.2.3 機械聯鎖的防誤作用

以LAA系統為例，在蓄電池組進行放電試驗時， 操作人員根據程序從運營單位取得LAA系統的開關箱A鑰匙。通過A鑰匙打開LAA系統蓄電池組對應的雙芯鎖，取得B鑰匙，此時，A鑰匙對應的鎖栓收回，放電開關可以操作，閉合放電開關。取得B鑰匙后，打開放電小車對應電壓等級的電纜倉，完成端接，放電開關箱至放電小車間回路導通。

打開LAA系統直流配電箱的開關，蓄電池組至放電開關箱間回路連接，開始放電。

假設操作人員誤將A鑰匙解鎖開關箱上LAB系統放電回路，那么機械聯鎖裝置確保LAA系統放電開關無法閉合，同時LAB系統蓄電池組至開關箱回路未閉合（LAB開關箱上游的LAB直流配電盤開關未閉合），因此LAA、LAB系統均不會形成放電回路，無法放電，保證系統安全。

自放電開關箱取得B鑰匙（B1、B2、B3）保證開關箱至放電小車的電纜不會錯誤地端接到不同電壓等級的電纜倉中，保證放電小車的安全。

綜上，機械聯鎖裝置保證了蓄電池組、放電小車的設備安全，同時有效防止了人員誤操作造成誤放電現象，保證放電系統可靠運行。

3 機械聯鎖裝置的改進

3.1 放電開關閉鎖模塊的改進

由圖4可知，放電開關的鎖定裝置位于箱體外部，不僅影響設備美觀，同時還帶來人為破壞的風險。為了優化鎖定方案，試驗小組研發了內置式閉鎖模塊，效果如圖6.

圖6：內置式閉鎖模塊

3.2 機械聯鎖環節的改進

機械聯鎖方案有效保證了開關箱至放電小車的閉鎖，但蓄電池組至開關箱間僅通過直流配電盤連接，無機械聯鎖裝置，存在誤操作的風險。

在開關箱聯鎖的基礎上，利用同樣的原理即可實現直流配電盤至開關箱間的聯鎖。在開關箱中類比放電小車，為每一進線系統回路的A鑰匙設置成A1、A2、A3、A4（目前為同一把A鑰匙）等，B鑰匙不變。在直流配電盤上增加一套雙芯栓鎖，鎖芯為A、C。鎖芯A與開關箱中A1、A2、A3、A4匹配，鎖芯C按照系統分為C1、C2、C3、C4等。確定放電系統后，利用C鑰匙到相應系統直流盤上取得對應的A鑰匙，進而解鎖開關箱取得B鑰匙，最終解鎖放電小車，連通整條放電回路。通過改進閉鎖回路，即可消除整條放電回路的人因誤操作風險。

4 結束語

機械聯鎖在核電站蓄電池放電系統中成功應用保證了大修期間蓄電池試驗安全可靠進行，通過改進機械聯鎖方式，將更加降低人因風險，保證核電站的安全。改進后的聯鎖方案可以推廣到更多電站項目中使用，具有加大實用價值。

[1] 中國電力企業聯合會. DL/T 5044-2004 電力工程直流系統設計技術規程 [S].北京：中國標準出版社,2004.

[2] 吳長波. 機械鑰匙聯鎖在發電廠中應用實例[J].電氣技術,2011.

[3] 付一成. 淺談免維護鉛酸蓄電池的使用與維護[J].中國科技信息,2011.