核電站1E級蓄電池試驗

楊亞炬

摘 要：三代核電廠的安全系統采用非能動安全理念，使其電氣系統簡化，設備減少，更便于操作；延長了安全相關的1E級直流及UPS系統供電時間，提高了電廠運行的安全性。文章針對某三代核電廠1E級直流及UPS系統蓄電池的設計要求，介紹了1E級蓄電池的試驗內容，對后續核電站1E級蓄電池的調試有一定的參考價值。

關鍵詞：核電站；IDS系統；調試；蓄電池；工作周期

中圖分類號：TM623.3 文獻標志碼：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采用非能動安全理念，使電廠電氣系統得到簡化，不需要1E級的交流電源系統和應急柴油發電機，供電系統的接線及其裝置更加簡單，更便于操作。其安全相關電源系統由不接地的1E級直流及UPS系統（IDS系統）提供，延長不間斷供電時間，提高了電廠運行的安全性。因此要求IDS系統蓄電池延長不間斷供電時間，以提高了電廠運行的安全性。本文簡要介紹了某三代核電的IDS系統蓄電池的設計要求，并結合工程實踐介紹1E級蓄電池的試驗內容。

1 IDS系統蓄電池組設計要求

1E級直流及UPS系統是全廠唯一的1E電源，在所有廠內廠外交流電源不可用時，1E級蓄電池向相關需持續運行的負載提供電源，其主要能成與功能如下：

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

（2）在設計基準事件（包括失去所有交流電源）后，任何一組A和D組蓄電池系統的容量至少能向選定的安全相關設備供電24h，B和C組蓄電池系統的容量能向選定的安全相關設備供電24h或72h。當核電廠發生事故時，在72h內可以不采取干預行動，為運行人員提供了充裕的緩解時間，以減少人因失誤。

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

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

2 1E級蓄電池試驗內容

為了全面驗證1E級蓄電池的性能，滿足設計要求。某三代核電廠1E級蓄電池的調試主要依據IEEE Std 450-2002標準及相關的廠家指導手冊進行。在現場主要進行安裝后的首次補充電，容量試驗及在役試驗等。

2.1 蓄電池補充電

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

2.2 蓄電池驗收試驗（容量試驗）

根據IEEE Std 450-2002標準要求，通過蓄電池驗收試驗，每組IDS蓄電池的容量滿足或者超過規定的額定容量，并且蓄電池電壓符合設計要求，IDS系統要求的最低電壓是210VDC，或1.75VPC乘以120（電池個數）。

設計要求IDS系統蓄電池能滿足24小時或72小時負荷要求，該持續時間太長，因此根據制造商放電率表格（表1）可選擇較短的時間來驗證蓄電池容量是否滿足要求。根據制造商放電率表格，可選用5小時437A/1.75V每個電池放電率。按照以上選擇的試驗放電率（437A，5小時，210VDC）的要求來設置負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。當蓄電池端電壓接近210VDC，需要經常檢測電壓以確保電壓降至210VDC以下時可以終止試驗。在試驗結束的時候，確定電池容量，其有效容量必須大于或等于額定容量的90%。

試驗過程中，如一個或多個電池接近它的反轉電極（+1.0V或更少）且試驗接近預計結束時間的90%到95%時，繼續該試驗直到達到具體的端電壓。如果在試驗開始時，單獨的電池接近它的反轉電極（+1.0V或更少），但是端電壓還沒有達到試驗限值，試驗應該停止且認為沒有通過。僅在弱蓄電池被替換或修復且蓄電池充滿電之后，需要重新進行容量試驗。

2.3 蓄電池運行試驗

根據IEEE Std 450-2002，運行試驗是確定蓄電池是否滿足蓄電池工作周期（負荷曲線）的一項特殊蓄電池放電試驗。蓄電池應在它的實際狀態下進行試驗，并且試驗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測蓄電池何時將不再滿足設計要求提供一種方法。成功的試驗結論可用來評估蓄電池的性能和老化情況。通過蓄電池運行試驗，驗證每組IDS系統蓄電池（包括備用的蓄電池組）是否有足夠的容量滿足瞬時或持續負荷的設計工作周期及蓄電池電壓滿足設計要求，并且將作為蓄電池壽期內未來在役試驗的參考。

運行試驗基本方法與蓄電池驗收試驗基本一致，兩者的區別在于，容量試驗蓄電池的放電率是固定的，運行試驗則需依據待測蓄電池組的設計負荷周期。開始試驗之前應依據設計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荷周期，通過計算來選擇兩者中的最大安時數，以滿足蓄電池的運行試驗應選擇最嚴格的工作周期的要求；然后通過可編程直流負載動態設置蓄電池的放電率來實現對1E級蓄電池進行全工作周期運行試驗，以模擬最嚴酷負載循環和最嚴重的蓄電池組1 分鐘電流放電。

1E級蓄電池在24小時或72小時后（視待測蓄電池負荷周期）或者蓄電池端電壓降至低于210VDC，不論哪種狀態先達到，需關停試驗負載箱，停止試驗。如果依照前述所選擇的最嚴格的工作周期，進行放電24小時或72小時后蓄電池端電壓沒有降到低于210VDC，則認為試驗是成功的，否則需在12周內蓄電池不放電且始終處于浮充狀態之后再重新進行試驗。

3 結束語

通過對廠家現場的試驗程序、IEEE Std 450-2002 標準和三代核電機組對1E級直流及UPS系統的蓄電池的設計要求進行分析，對1E級蓄電池試驗進行介紹，對后續機組1E級直流及UPS系統的調試和新建核電站有一定參考價值。

參考文獻：

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[2]IEEE Std 450-2002 Recommended Practice for Maintenance， Testing， and Replacement of Vented Lead-Acid Batteries for Stationary Applications[Z].

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