核電廠蓄電池組在線監測系統問題分析及改進

張 楊，董文豪

（中核檢修有限公司，上海 201103）

1 直流系統及監測系統介紹

直流電源系統在核電廠控制中擔負著重要任務，是核電廠的一個重要組成部分之一，主要是為控制、信號、繼電保護和UPS 電源等二次回路提供操作電源、報警電源，同時大部分核級和非核級設備均需要穩定可靠的直流電源[1]。一般直流系統由充電器、蓄電池組、直流屏、接地故障監測等設備組成，其最大的優點是運行安全可靠，而蓄電池作為直流系統重要組成部分，起著儲備電能，應付異常或特殊工況，維持系統正常運行的關鍵作用，是需要更可靠電能保障設備的最后一道屏障。而蓄電池問題造成停堆的損失要遠大于蓄電池本身價值。因此，為保證直流系統的安全運行，對蓄電池組的日常監測就顯得尤為重要。

某核電廠MX（汽機廠房）及BOP（Balance of Plant，核電站的外圍設施）廠房主要有8 個直流系統，電壓等級分別為220 V DC、110 V DC（有1 個220 V DC、7 個110 V DC），主要為相對應的動力、控制、信號等提供電源，其中關鍵作用是故障充電器與備用充電器的切換。蓄電池組在系統停電后應能提供所有負載設備1 h 的儲備容量的電源，同時在1 h供電后，蓄電池組端電壓仍不得低于母線的最低電壓。

蓄電池組在線監測巡檢儀安裝在蓄電池組的防振架上，主要是對蓄電池組進行實時的在線監測，并實時有效地監測電池組每一節電池的端電壓、電池組的總電壓、充放電電流、環境溫度等參數。常規島直流系統設備接線示意如圖1所示。

圖1 常規島直流系統設備接線示意

2 問題分析及解決方法

2.1 故障原因分析

在直流系統調試及運行期間，蓄電池在線監測系統發生過數起故障并觸發了NCS（Network Control System，網絡計算機監控系統）及DCS（Distributed Control System，集散控制系統）誤報，具體情況見表1。

從現場發生的工單及處理過程情況來看，蓄電池巡檢儀故障主要因蓄電池電壓采集回路熔絲損壞及熔絲觸點接觸不良引起的，并通過對接觸部分進行除氧化及緊固處理，更換熔絲處理等方式進行處理。

但是受材料及環境影響，熔絲及觸點經過一段時間的使用后會產生氧化，從而導致接觸不良或損壞。因此，靠更換蓄電池熔絲及除氧化的方式無法從根本上解決現場故障誤報的問題。

2.2 使用智能蓄電池組監測系統的必要性

通過現場多次故障所產生的問題，蓄電池巡檢儀的故障檢修對現場運行及維修人員的診斷產生了影響，同時增加了維修成本。從設備本身考慮，也或多或少存在維護或監控不足的情況。

結合現場故障問題，參考國家電網公司企業標準Q/GDW 1901.1—2013《電力直流電源系統用測試設備通用技術條件》中5.4.2 蓄電池巡檢儀電壓準確度應滿足0.2%的要求，現場設備在部分工況下無法滿足其標準規范的要求。

同時現場使用的蓄電池巡檢儀無法監測蓄電池的內阻，只能根據電壓判斷蓄電池的性能好壞。而且涉網設備已經無法滿足Q/GDW 1901.1—2013 關于蓄電池電壓巡檢儀的技術要求。

結合以上問題描述，為了切實有效地解決目前核電廠蓄電池監測所存在的問題，提升監測系統的可靠性，減少維修人員的工作量，全面引入先進的智能蓄電池監測系統是后續技術發展的方向。

2.3 智能蓄電池組監測系統實施策劃方案

2.3.1 在線巡檢功能

核電廠所使用的主要為閥控鉛酸電池，其特性是使用壽命長、自放電率極低、容量充足，使用溫度范圍寬、密封性、導電性好等。由于蓄電池的內阻與本身電池容量有著密切關系，通過測量內阻來確定電池的狀態好壞是非常可行、可靠的方法。通過定期測量內阻找出失效電池，同時通過電池在性能變化所造成的容量衰退，內阻增大等方面也可以判斷電池的失效功能。所以內阻監測是目前蓄電池技術改造一種必然的選擇。

表1 蓄電池在線監測系統故障匯總

根據現場情況模擬，在線巡檢系統應包括主機、電流和溫度采集模塊、電壓采集模塊等。各模塊實現實時采集電流、溫度及電壓數值，并采用RS-485 通信，電流、溫度及電壓數據通過以太網上傳至服務器（圖2）。

2.3.2 蓄電池組在線動態實現

圖2 蓄電池在線巡檢系統

通過接收相關數據來判斷某些蓄電池失效，然后從電壓偏高的蓄電池轉移部分能量至電壓偏低的蓄電池，并對其中無法進行轉移的蓄電池做放電處理，從而到達整組蓄電池組動態均衡的目的。蓄電池在線動態均衡系統原理如圖3 所示。

3 在線監測系統改造方案的可行性

參考國內變電站蓄電池組內阻監測系統的改造，結合現場實際情況，在原蓄電池在線監測系統僅有一對硬接點通過“回路接地故障”反饋至充電器，再通過NCS 或DCS 反饋。受限于系統結構形式，拆除原蓄電池組巡檢儀并在原位引入蓄電池內阻監測及動態均衡系統，利用原通信線路將蓄電池組實時監測的狀態送至NCS 或DCS。運行人員通過收到的告警通知可在就地查看具體故障及運行參數。

圖3 蓄電池在線動態均衡系統原理

4 結束語

核電廠蓄電池組內阻監測和動態均衡系統改造項目，是解決現投運蓄電池巡檢儀弊病的良好方法。通過微機控制技術和電力技術，對蓄電池組中單體電池進行調節控制，使每節蓄電池端電壓、容量及內阻處于均衡可控狀態，并對性能較弱的電池進行充補及活化，延長了蓄電池組使用壽命，提高系統可靠性。同時，解決長期困擾一線維修人員的測量內阻不準確、耗時長等問題，減少了蓄電池檢維修的工作量。隨著技術不斷更新，采用新型有效的監測系統設備是未來提高核電廠檢維修效率和減少問題發生的趨勢，同時也是保證核電廠安全生產的主要目標。