核电厂铅酸蓄电池充放电方式分析

刘　宇，李　波，孔凡华

（福建福清核电有限公司，福建　福清　350318）

核电厂铅酸蓄电池充放电方式分析

刘宇，李波，孔凡华

（福建福清核电有限公司，福建福清350318）

蓄电池作为直流系统的最后一道保护屏障，其运行状况、性能是直流系统安全稳定运行的决定性因素，而充放电试验是验证蓄电池运行状况的基本方法。文章以某核电铅酸蓄电池为例，着重介绍了铅酸蓄电池在不同工况下的充放电方式。通过查阅相关文献、调查研究并结合现场实际情况，对不同工况下蓄电池的充放电方式进行了确认；同时对不同充放电方式的适用范围及其优缺点进行了分析，为铅酸蓄电池组设计了合理的充放电方式选用方法，为铅酸蓄电池的安全稳定运行打下了坚实的基础。

铅酸蓄电池；充放电方式；优缺点

铅酸蓄电池作为直流系统的最后一道安全屏障，需定期对其进行充放电试验以验证蓄电池容量是否满足设计要求，从而保证机组的安全稳定运行。然而，在现实机组运行中由于很难得到停电窗口、加上试验所需停电时间较长导致蓄电池充放电试验一直是制约核电厂大修工期的一个难题。现以某核电铅酸蓄电池为例，对其充、放电方式进行分析并为其设计合理的充、放电方式以保证蓄电池容量试验的同时又可以满足机组的正常供电的需求。

1　铅酸蓄电池放电方式介绍及选用方法探讨

1.1铅酸蓄电池放电方式介绍

目前该核电厂铅酸蓄电池放电方式根据机组状态的不同主要分为带负荷、断负荷两种放电方式。现将两种放电方式主要方法、使用范围及优缺点进行介绍，并为蓄电池选择合理的放电方式。

蓄电池作为直流及UPS系统的核心部件，需要定期对其进行放电试验以核对蓄电池的容量是否满足系统设计要求。

铅酸蓄电池断负荷放电的主要方法如下：

1）放电开始之前确保该系统下游负荷已经处于隔离状态；

2）断开充电器直流侧断路器；

3）合上蓄电池放电试验断路器开关；

4）投用放电小车，在小车上进行设置电流值以达到期望值；

5）启动放电小车，蓄电池开始放电。

此方法的优点：蓄电池放电过程中，下游负荷已经处于隔离状态，不存在负荷突然失电影响机组状态的风险。与此同时，这种方法也存在很多不足：

1）负荷断开困难。在机组运行或者停堆检修期间，难以将所有直流或UPS系统下游所有负荷停运来进行蓄电池放电试验。

2）消耗大量人力。为充分验证设备的可靠性而在安装、调试阶段施行的蓄电池放电方案较为保守，一个系统的蓄电池组充放电工作，总用工时长达连续工作70多个小时。

3）占用大量工作窗口。采用断负荷放电方案，将占用大量工作窗口，根据运行电厂经验，此方法也将严重影响大修工期。

蓄电池断负荷放电方法在使用过程中对现场机组状态要求较高，很难满足条件，此方法仅适用于机组在安装、调试阶段执行。铅酸蓄电池另外一种放电方式为带负荷放电方法，此时蓄电池放出的电量供给下游负荷和放电小车，主要方法如下：

1）确定蓄电池在指定放电率下的放电电流IA；

2）断开充电器出线断路器或停运充电器，此时母线仅由蓄电池供电。用钳型电流表测量蓄电池电流即下游负荷所需电流IB；

3）通过IA和IB计算出放电小车所带电流IC（IC=IA-IB）；

4）闭合蓄电池放电试验断路器；

5）闭合蓄电池放电试验回路相应的开关；

6）设置放电小车放电电流值为IC并启动放电小车，蓄电池放电开始；

注：1）当下游负荷改变时，需同时改变放电小车的电流值以保证蓄电池放电电流的稳定；2）试验中若发现蓄电池电压（整组、单节）低于标准值时，须立即终止试验，投运充电器给母线供电，停运放电小车。

1.2铅酸蓄电池放电方式选用方法探讨

大修期间很多组蓄电池需进行定期充放电试验，但是其直流系统下游负荷又不能够停止供电，因此选择带负荷进行蓄电池放电试验才能更好地满足现场需求。带负荷进行蓄电池放电试验能够解决蓄电池定期充放电试验及下游负荷供电同时进行的问题，还能够有效地提高工作效率，但是相比停运负荷放电也存在一定的风险：

1）当蓄电池熔断器开关由于某种原因出现熔丝熔断等故障时，将会出现母线突然失电的情况；

2）当蓄电池容量存在一定的问题时，蓄电池电压的突然变化也会导致母线受影响；

3）若电缆的绝缘等存在问题时也可能导致母线受到影响；

4）下游负荷突然失去电源可能对设备的性能造成一定的影响。例如，某核电核岛直流系统为两台充电器带一组蓄电池，当进行蓄电池充放电试验时，需停运两台充电器（或断开输出开关），此时直流母线仅由蓄电池一路电源供电，若带负荷进行试验，下游负荷的供电可靠性会降低，如图1所示。当蓄电池容量或相应的开关等出现问题时，母线可能会受到影响，导致下游负荷失去电源。对于相对重要负荷的失电，会造成相对较严重的后果。当LBA系统母线失电时，其下游的发变组保护装置将失去控制电源，此时将会影响500 kV电源。

故在执行直流系统蓄电池带负荷放电试验时需对现场设备进行仔细检查、核实，以降低试验时的风险。同时也可以将直流母线所带的逆变器等负荷切至旁路运行或将不必要的负荷停运，减少母线所带负荷，从而降低负荷失电的风险。若蓄电池采用带负荷放电试验的方法，相关处室人员需制定好应急预案，以备故障时采取紧急措施，同时也减少故障所带来的损失。

对于UPS系统的蓄电池放电试验，由于UPS系统有自己独立的蓄电池放电回路，蓄电池放电时只需断开蓄电池熔断器开关即可，下游负荷依然有主路和旁路两路电源进行供电，供电相对可靠。图2为某核电UPS的原理图，放电时只需要将蓄电池Q004开关断开，并合上相应的试验回路开关004JA即可。

铅酸蓄电池放电方式选用方法探讨：

1）断负荷放电方法主要适用于调试安装阶段，由于该阶段大部分下游负荷没有运行，系统可以根据需要进行停运。

2）带负荷放电方法适用于机组运行、大修等阶段，由于该阶段全厂主要设备处于运行状态，没有停运窗口，无法对其进行停运，带负荷放电方式能够有效地解决系统由于机组无停电窗口而无法进行放电试验的难题。但是在采用此方法进行蓄电池容量试验时，需提前做好试验前检查、风险分析，制定风险预案及紧急补救措施，将风险降至最低。

图1　LBA系统原理图Fig.1　Schematicof LBA system

图2　UPS系统原理图Fig.2　Schematic of UPS system

2　铅酸蓄电池充电方式介绍及选用方法探讨

2.1铅酸蓄电池充电方式介绍

铅酸蓄电池充电方式一般分为：恒流充电、恒压充电、恒压限流充电，下面对这3种充电方式逐一进行阐述。

（1）恒流充电

恒流充电，一般在蓄电池初充电或深度放电后采用的充电方式。蓄电池以恒定的电流进行连续充电。

恒流充电方式的不足是，开始充电阶段电流过小，在充电后期充电电流又过大。整个充电时间长，蓄电池析出气体多，对极板冲击大，能耗高。

（2）恒压充电

恒压充电是蓄电池组浮充运行时常用的充电方法，也是蓄电池在均衡充电使用的充电方法。在充电初期电流很大，随着充电进行，电流逐渐减小，在充电末期只有很小的电流通过，这样的充电方式在充电过程中不必调整电流，方法比较简单。因为充电电流自动减小，所以充电过程中析气量小，充电时间短，能耗低。

恒压充电的缺点是：

1）在充电初期，如果蓄电池放电深度过深，充电电流会很大，电池可能会因充电电流过大而受到损伤；

2）如果充电电压选择过低，后期充电电流又过小，充电时间过长。

（3）恒压限流充电

恒压限流充电也常叫做限压限流，是广泛采用的一种充电方法。在充电初期限制了充电电流，随着充电时间的推移，充电电压逐渐升高。

2.2铅酸蓄电池充电方式选择方法探讨

某核电厂蓄电池采用的是沈阳东北蓄电池有限公司制造的铅酸蓄电池，其充电方法根据机组状态的不同选用的充电方式也不同。

（1）安装、调试阶段的蓄电池放电试验后充电方式选用

在安装、调试阶段，由于母线下游负荷较少，可以进行隔离，母线的电压变化不会影响下游负荷供电可靠性，可以根据实际情况改变母线电压以保证蓄电池充电电流基本保持不变，此种状况下采用恒流法对蓄电池进行充电。此时蓄电池充电电压一般为2.7 V/节左右，蓄电池充电电流不宜过大以防大电流影响蓄电池的使用寿命。一般选用0.05 C10A的电流对蓄电池进行充电，恒流法充电可以提高蓄电池的充电效率。

（2）运行、大修阶段的蓄电池放电试验后充电方式选用

在机组处于运行或者大修阶段，由于部分重要负荷无法停运，此时对蓄电池充电需要带负荷充电。若此时采用恒流法，充电时母线电压过高，超过下游负荷电压波动范围，会对下游负荷的可靠供电造成威胁。这种情况下一般选用恒压限流法进行充电，先用0.1C10A～0.2C10A的电流充电至蓄电池的端电压达2.35V，时间约为8～10 h，再以此电压（2.35±0.02）V继续进行恒压充电至充足为止，总共充电时间约36～48 h（指完全放电的电池，如为部分放电的蓄电池，充电时间相应缩短）。其优点是蓄电池的容量试验为深度放电，放电后采用限压限流充电方式可限制充电初期的充电电流，防止过大的充电电流冲击极板使极板造成弯曲变形；在充电中、末期限制充电电压，可防止充电电压过高、析气过多使蓄电池内部电解液沸腾。

（3）蓄电池在正常运行阶段浮充电方式选用

蓄电池在正常运行阶段浮充电方法选用恒压法，以2.23 V/节的电压进行浮充，随着充电进行，电流逐渐减小，这样充电方式在充电过程中不必调整电流，方法比较简单。因为充电电流自动减小，所以充电过程中析气量小，充电时间短，能耗低。

3　结束语

蓄电池是直流系统中非常重要的组成部分，而合理的充、放电方式对于蓄电池来说又是非常重要的，同时也能解决母线无法停运的难题，节约了大修工期。文章通过分析、研究明确了不同充、放电方式的适用性及可靠性，为蓄电池设计了合理的充、放电方式，同时也为蓄电池的良好运行打下了基础。

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The Analysis for Selection of the Lead-acid Battery Charging and Discharging Method

LIU Yu，LI Bo，KONG Fan-hua
（Fujian Fuqing Nuclear Power Co.，Ltd.， Fuqing of Fujian Prov. 350318， China）

The operation of battery，as the last barrier of DC system，determines the stable operation of the DC system. Capacity test is the basic way to verify the battery performance. This article takes the lead-acid battery of Fuqing Nuclear Power Plant as example，shows the different charging and discharging modes. The charging and discharging modes under different conditions are confirmed depending on relevant literature，investigation and the actual situation. The advantages and disadvantages of different charging and discharging modes，and also the scope of application are discussed in this paper. Areasonable charging and discharging method forlead-acid batteries is selected，which laid a solid foundation for the safe and stable operation of lead-acid battery.

lead-acid battery；charging and discharging；advantagesand disadvantages

TM623Article character：AArticle ID：1674-1617（2015）03-0281-05

TM623

A

1674-1617（2015）03-0281-05

2015-03-19

刘宇（1986—），男，黑龙江齐齐哈尔人，助工，本科，从事核电厂电气检修工作。