核电厂蓄电池组在线监测系统问题分析及改进

张 杨，董文豪

（中核检修有限公司，上海 201103）

1 直流系统及监测系统介绍

直流电源系统在核电厂控制中担负着重要任务，是核电厂的一个重要组成部分之一，主要是为控制、信号、继电保护和UPS 电源等二次回路提供操作电源、报警电源，同时大部分核级和非核级设备均需要稳定可靠的直流电源[1]。一般直流系统由充电器、蓄电池组、直流屏、接地故障监测等设备组成，其最大的优点是运行安全可靠，而蓄电池作为直流系统重要组成部分，起着储备电能，应付异常或特殊工况，维持系统正常运行的关键作用，是需要更可靠电能保障设备的最后一道屏障。而蓄电池问题造成停堆的损失要远大于蓄电池本身价值。因此，为保证直流系统的安全运行，对蓄电池组的日常监测就显得尤为重要。

某核电厂MX（汽机厂房）及BOP（Balance of Plant，核电站的外围设施）厂房主要有8 个直流系统，电压等级分别为220 V DC、110 V DC（有1 个220 V DC、7 个110 V DC），主要为相对应的动力、控制、信号等提供电源，其中关键作用是故障充电器与备用充电器的切换。蓄电池组在系统停电后应能提供所有负载设备1 h 的储备容量的电源，同时在1 h供电后，蓄电池组端电压仍不得低于母线的最低电压。

蓄电池组在线监测巡检仪安装在蓄电池组的防振架上，主要是对蓄电池组进行实时的在线监测，并实时有效地监测电池组每一节电池的端电压、电池组的总电压、充放电电流、环境温度等参数。常规岛直流系统设备接线示意如图1所示。

图1 常规岛直流系统设备接线示意

2 问题分析及解决方法

2.1 故障原因分析

在直流系统调试及运行期间，蓄电池在线监测系统发生过数起故障并触发了NCS（Network Control System，网络计算机监控系统）及DCS（Distributed Control System，集散控制系统）误报，具体情况见表1。

从现场发生的工单及处理过程情况来看，蓄电池巡检仪故障主要因蓄电池电压采集回路熔丝损坏及熔丝触点接触不良引起的，并通过对接触部分进行除氧化及紧固处理，更换熔丝处理等方式进行处理。

但是受材料及环境影响，熔丝及触点经过一段时间的使用后会产生氧化，从而导致接触不良或损坏。因此，靠更换蓄电池熔丝及除氧化的方式无法从根本上解决现场故障误报的问题。

2.2 使用智能蓄电池组监测系统的必要性

通过现场多次故障所产生的问题，蓄电池巡检仪的故障检修对现场运行及维修人员的诊断产生了影响，同时增加了维修成本。从设备本身考虑，也或多或少存在维护或监控不足的情况。

结合现场故障问题，参考国家电网公司企业标准Q/GDW 1901.1—2013《电力直流电源系统用测试设备通用技术条件》中5.4.2 蓄电池巡检仪电压准确度应满足0.2%的要求，现场设备在部分工况下无法满足其标准规范的要求。

同时现场使用的蓄电池巡检仪无法监测蓄电池的内阻，只能根据电压判断蓄电池的性能好坏。而且涉网设备已经无法满足Q/GDW 1901.1—2013 关于蓄电池电压巡检仪的技术要求。

结合以上问题描述，为了切实有效地解决目前核电厂蓄电池监测所存在的问题，提升监测系统的可靠性，减少维修人员的工作量，全面引入先进的智能蓄电池监测系统是后续技术发展的方向。

2.3 智能蓄电池组监测系统实施策划方案

2.3.1 在线巡检功能

核电厂所使用的主要为阀控铅酸电池，其特性是使用寿命长、自放电率极低、容量充足，使用温度范围宽、密封性、导电性好等。由于蓄电池的内阻与本身电池容量有着密切关系，通过测量内阻来确定电池的状态好坏是非常可行、可靠的方法。通过定期测量内阻找出失效电池，同时通过电池在性能变化所造成的容量衰退，内阻增大等方面也可以判断电池的失效功能。所以内阻监测是目前蓄电池技术改造一种必然的选择。

表1 蓄电池在线监测系统故障汇总

根据现场情况模拟，在线巡检系统应包括主机、电流和温度采集模块、电压采集模块等。各模块实现实时采集电流、温度及电压数值，并采用RS-485 通信，电流、温度及电压数据通过以太网上传至服务器（图2）。

2.3.2 蓄电池组在线动态实现

图2 蓄电池在线巡检系统

通过接收相关数据来判断某些蓄电池失效，然后从电压偏高的蓄电池转移部分能量至电压偏低的蓄电池，并对其中无法进行转移的蓄电池做放电处理，从而到达整组蓄电池组动态均衡的目的。蓄电池在线动态均衡系统原理如图3 所示。

3 在线监测系统改造方案的可行性

参考国内变电站蓄电池组内阻监测系统的改造，结合现场实际情况，在原蓄电池在线监测系统仅有一对硬接点通过“回路接地故障”反馈至充电器，再通过NCS 或DCS 反馈。受限于系统结构形式，拆除原蓄电池组巡检仪并在原位引入蓄电池内阻监测及动态均衡系统，利用原通信线路将蓄电池组实时监测的状态送至NCS 或DCS。运行人员通过收到的告警通知可在就地查看具体故障及运行参数。

图3 蓄电池在线动态均衡系统原理

4 结束语

核电厂蓄电池组内阻监测和动态均衡系统改造项目，是解决现投运蓄电池巡检仪弊病的良好方法。通过微机控制技术和电力技术，对蓄电池组中单体电池进行调节控制，使每节蓄电池端电压、容量及内阻处于均衡可控状态，并对性能较弱的电池进行充补及活化，延长了蓄电池组使用寿命，提高系统可靠性。同时，解决长期困扰一线维修人员的测量内阻不准确、耗时长等问题，减少了蓄电池检维修的工作量。随着技术不断更新，采用新型有效的监测系统设备是未来提高核电厂检维修效率和减少问题发生的趋势，同时也是保证核电厂安全生产的主要目标。