核電站1E級蓄電池試驗(yàn)

楊亞炬

摘 要：三代核電廠的安全系統(tǒng)采用非能動安全理念，使其電氣系統(tǒng)簡化，設(shè)備減少，更便于操作；延長了安全相關(guān)的1E級直流及UPS系統(tǒng)供電時(shí)間，提高了電廠運(yùn)行的安全性。文章針對某三代核電廠1E級直流及UPS系統(tǒng)蓄電池的設(shè)計(jì)要求，介紹了1E級蓄電池的試驗(yàn)內(nèi)容，對后續(xù)核電站1E級蓄電池的調(diào)試有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：核電站；IDS系統(tǒng)；調(diào)試；蓄電池；工作周期

中圖分類號：TM623.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）36-0048-02

Abstract： The safety system of the third generation nuclear power plant adopts the passive safety concept， which simplifies the electrical system， reduces the equipment and makes the operation more convenient， prolongs the power supply time of 1E class DC and UPS system related to safety， and improves the operation safety of the power plant. According to the design requirements of 1E-stage DC and UPS batteries in a three-generation nuclear power plant， this paper introduces the test contents of 1E-stage batteries， which has certain reference value for the commissioning of 1E-stage batteries in subsequent nuclear power plants.

Keywords： nuclear power plant； IDS system； commissioning； storage battery； working cycle

引言

與一般壓水堆核電廠相比，三代核電的安全系統(tǒng)采用非能動安全理念，使電廠電氣系統(tǒng)得到簡化，不需要1E級的交流電源系統(tǒng)和應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)，供電系統(tǒng)的接線及其裝置更加簡單，更便于操作。其安全相關(guān)電源系統(tǒng)由不接地的1E級直流及UPS系統(tǒng)（IDS系統(tǒng)）提供，延長不間斷供電時(shí)間，提高了電廠運(yùn)行的安全性。因此要求IDS系統(tǒng)蓄電池延長不間斷供電時(shí)間，以提高了電廠運(yùn)行的安全性。本文簡要介紹了某三代核電的IDS系統(tǒng)蓄電池的設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合工程實(shí)踐介紹1E級蓄電池的試驗(yàn)內(nèi)容。

1 IDS系統(tǒng)蓄電池組設(shè)計(jì)要求

1E級直流及UPS系統(tǒng)是全廠唯一的1E電源，在所有廠內(nèi)廠外交流電源不可用時(shí)，1E級蓄電池向相關(guān)需持續(xù)運(yùn)行的負(fù)載提供電源，其主要能成與功能如下：

（1）IDS包括A、B、C、D 4組獨(dú)立的蓄電池系統(tǒng)。4組蓄電池系統(tǒng)中任何3組都能實(shí)現(xiàn)安全停堆，并將核電廠維持在安全停堆狀態(tài)。

（2）在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事件（包括失去所有交流電源）后，任何一組A和D組蓄電池系統(tǒng)的容量至少能向選定的安全相關(guān)設(shè)備供電24h，B和C組蓄電池系統(tǒng)的容量能向選定的安全相關(guān)設(shè)備供電24h或72h。當(dāng)核電廠發(fā)生事故時(shí)，在72h內(nèi)可以不采取干預(yù)行動，為運(yùn)行人員提供了充裕的緩解時(shí)間，以減少人因失誤。

（3）核電廠設(shè)置了兩臺輔助交流柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組（D級、35kW、380V），在所有交流電源（包括兩臺備用柴油發(fā)電機(jī)組）都不可用并超過72h的極小概率事件發(fā)生時(shí)，才要求啟動輔助柴油發(fā)電機(jī)。

（4）在其他交流電源失去的情況下，IDS可以通過移動式發(fā)電機(jī)來給1E級72h蓄電池組充電器供電，從而給安全相關(guān)的直流負(fù)載和蓄電池供電。

2 1E級蓄電池試驗(yàn)內(nèi)容

為了全面驗(yàn)證1E級蓄電池的性能，滿足設(shè)計(jì)要求。某三代核電廠1E級蓄電池的調(diào)試主要依據(jù)IEEE Std 450-2002標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)的廠家指導(dǎo)手冊進(jìn)行。在現(xiàn)場主要進(jìn)行安裝后的首次補(bǔ)充電，容量試驗(yàn)及在役試驗(yàn)等。

2.1 蓄電池補(bǔ)充電

由于現(xiàn)場安裝和調(diào)試時(shí)間的不確定性，蓄電池在存放中，由于自放電，容量逐漸減少，甚至于損壞。根據(jù)蓄電池廠家的建議，在蓄電池從出廠到安裝之間的貯存時(shí)間總共不得超過兩年。在蓄電池投入運(yùn)行前（貯存期間），至少應(yīng)每六月進(jìn)行一次補(bǔ)充充電。在較高溫度條件下，可能會要求增加充電次數(shù)。蓄電池的補(bǔ)充充電采用恒壓充電方式進(jìn)行，充電電壓設(shè)置為2.50VPC乘以120（電池個(gè)數(shù)），補(bǔ)充充電結(jié)束必須滿足以下兩個(gè)條件：充電時(shí)長超過6小時(shí)，充電電流小于20A。

2.2 蓄電池驗(yàn)收試驗(yàn)（容量試驗(yàn)）

根據(jù)IEEE Std 450-2002標(biāo)準(zhǔn)要求，通過蓄電池驗(yàn)收試驗(yàn)，每組IDS蓄電池的容量滿足或者超過規(guī)定的額定容量，并且蓄電池電壓符合設(shè)計(jì)要求，IDS系統(tǒng)要求的最低電壓是210VDC，或1.75VPC乘以120（電池個(gè)數(shù)）。

設(shè)計(jì)要求IDS系統(tǒng)蓄電池能滿足24小時(shí)或72小時(shí)負(fù)荷要求，該持續(xù)時(shí)間太長，因此根據(jù)制造商放電率表格（表1）可選擇較短的時(shí)間來驗(yàn)證蓄電池容量是否滿足要求。根據(jù)制造商放電率表格，可選用5小時(shí)437A/1.75V每個(gè)電池放電率。按照以上選擇的試驗(yàn)放電率（437A，5小時(shí)，210VDC）的要求來設(shè)置負(fù)荷電阻箱和必須的儀器。保持放電率直到蓄電池端電壓降到蓄電池單體電壓的平均最小值。當(dāng)蓄電池端電壓接近210VDC，需要經(jīng)常檢測電壓以確保電壓降至210VDC以下時(shí)可以終止試驗(yàn)。在試驗(yàn)結(jié)束的時(shí)候，確定電池容量，其有效容量必須大于或等于額定容量的90%。

試驗(yàn)過程中，如一個(gè)或多個(gè)電池接近它的反轉(zhuǎn)電極（+1.0V或更少）且試驗(yàn)接近預(yù)計(jì)結(jié)束時(shí)間的90%到95%時(shí)，繼續(xù)該試驗(yàn)直到達(dá)到具體的端電壓。如果在試驗(yàn)開始時(shí)，單獨(dú)的電池接近它的反轉(zhuǎn)電極（+1.0V或更少），但是端電壓還沒有達(dá)到試驗(yàn)限值，試驗(yàn)應(yīng)該停止且認(rèn)為沒有通過。僅在弱蓄電池被替換或修復(fù)且蓄電池充滿電之后，需要重新進(jìn)行容量試驗(yàn)。

2.3 蓄電池運(yùn)行試驗(yàn)

根據(jù)IEEE Std 450-2002，運(yùn)行試驗(yàn)是確定蓄電池是否滿足蓄電池工作周期（負(fù)荷曲線）的一項(xiàng)特殊蓄電池放電試驗(yàn)。蓄電池應(yīng)在它的實(shí)際狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，并且試驗(yàn)不會因溫度或蓄電池的使用年限而校正。在工作周期臨界期間的蓄電池電壓變化趨勢會給用戶預(yù)測蓄電池何時(shí)將不再滿足設(shè)計(jì)要求提供一種方法。成功的試驗(yàn)結(jié)論可用來評估蓄電池的性能和老化情況。通過蓄電池運(yùn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證每組IDS系統(tǒng)蓄電池（包括備用的蓄電池組）是否有足夠的容量滿足瞬時(shí)或持續(xù)負(fù)荷的設(shè)計(jì)工作周期及蓄電池電壓滿足設(shè)計(jì)要求，并且將作為蓄電池壽期內(nèi)未來在役試驗(yàn)的參考。

運(yùn)行試驗(yàn)基本方法與蓄電池驗(yàn)收試驗(yàn)基本一致，兩者的區(qū)別在于，容量試驗(yàn)蓄電池的放電率是固定的，運(yùn)行試驗(yàn)則需依據(jù)待測蓄電池組的設(shè)計(jì)負(fù)荷周期。開始試驗(yàn)之前應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)文件中的失去交流電源事件或冷卻劑大破口失水事故中的蓄電池負(fù)荷周期，通過計(jì)算來選擇兩者中的最大安時(shí)數(shù)，以滿足蓄電池的運(yùn)行試驗(yàn)應(yīng)選擇最嚴(yán)格的工作周期的要求；然后通過可編程直流負(fù)載動態(tài)設(shè)置蓄電池的放電率來實(shí)現(xiàn)對1E級蓄電池進(jìn)行全工作周期運(yùn)行試驗(yàn)，以模擬最嚴(yán)酷負(fù)載循環(huán)和最嚴(yán)重的蓄電池組1 分鐘電流放電。

1E級蓄電池在24小時(shí)或72小時(shí)后（視待測蓄電池負(fù)荷周期）或者蓄電池端電壓降至低于210VDC，不論哪種狀態(tài)先達(dá)到，需關(guān)停試驗(yàn)負(fù)載箱，停止試驗(yàn)。如果依照前述所選擇的最嚴(yán)格的工作周期，進(jìn)行放電24小時(shí)或72小時(shí)后蓄電池端電壓沒有降到低于210VDC，則認(rèn)為試驗(yàn)是成功的，否則需在12周內(nèi)蓄電池不放電且始終處于浮充狀態(tài)之后再重新進(jìn)行試驗(yàn)。

3 結(jié)束語

通過對廠家現(xiàn)場的試驗(yàn)程序、IEEE Std 450-2002 標(biāo)準(zhǔn)和三代核電機(jī)組對1E級直流及UPS系統(tǒng)的蓄電池的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，對1E級蓄電池試驗(yàn)進(jìn)行介紹，對后續(xù)機(jī)組1E級直流及UPS系統(tǒng)的調(diào)試和新建核電站有一定參考價(jià)值。

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