兩種鉛酸蓄電池在核電廠中的應用

孫帥+趙立婷

摘 要：本文分析核電廠常用的兩種鉛酸蓄電池，在使用壽命、維護工作量上的區別，分析兩種蓄電池結構、原理的區別，以及造成壽命縮短的主要原因。進而分析了免維護蓄電池和普通鉛酸蓄電池在應用上的優劣，以及仍在重要負荷重選用普通鉛酸蓄電池的原因。

關鍵詞：鉛酸蓄電池；老化；免維護蓄電池

一、前言：

核電廠蓄電池組主要用于在其相連的充電器故障或充電器失去交流電源情況下，向負荷提供直流源。

核電廠主要直流系統所采取的蓄電池，為核安全級固定型防酸式鉛酸蓄電池，整組蓄電池容量根據直流系統負荷不同，在200-2000Ah左右，根據系統電壓等級不同，整組蓄電池有24/48/110/220V等。這種蓄電池組由串聯方式連接單個2V電池組成，電池由管狀正極板、涂膏式平板裝負極板、多微孔隔板和絕緣電池槽組成，絕緣電池槽由透明丙烯腈苯乙烯制成。由硫酸配置的電解液在20℃時的密度為1.24g/cm3。

另一種閥控式密封鉛酸蓄電池，常稱為免維護蓄電池，多用于BOP獨立UPS系統，電解液同樣為稀釋硫酸。區別在于密封免維護蓄電池在整個使用壽命期間不需要添加電解液。安全閥必要時作為排氣閥使用，但不能人為開啟，否則將會導致電池損壞，而非免維護蓄電池需要定期打開防酸栓進行補充水并均充維護。免維護蓄電池容量一般使用50-500Ah。規格低于固定防酸式蓄電池。

下面通過兩者對比，來分析這兩類蓄電池在實際使用情況。

二、兩種鉛酸蓄電池實際使用情況對比：

1、使用壽命

兩周蓄電池的設計壽命通常在12-15年，雖然兩者理論壽命都比較長，但因環境溫度、浮充電壓設定值或定期維護方案的差別，實際使用壽命會有所不同。以實際情況來看，在電廠安裝調試階段，直流系統和蓄電池安裝后，因為廠房通風、制冷等配套系統未投用，會存在蓄電池工作環境溫度較高的現象，除此之外，調試期間的日常維護工作相對運行后執行情況也比較差。但在電廠商運后，往往這兩種情況會轉好。因此，只要運行維護方法得當，蓄電池壽命基本可以達到10年以上。在安裝投運十年左右，開始規劃在大修維護中，分批整組更換蓄電池。

相比較來說免維護蓄電池維護工作量小，不用定期補液。但因為多用于外圍廠房，重要程度較低，因此在日常維護方面工作較少，但根據實際經驗來看，免維護蓄電池往往壽命低于頻繁維護的普通蓄電池。

2、維護工作對比

2.1普通蓄電池維護工作

要盡可能的延長蓄電池的壽命，除了清潔、掃灰、通風、測室溫，測量浮充電壓電流之類的常規定期工作，普通蓄電池保養所必要的工作如下： 1）.日常巡檢：觀察液位不低于下液位線，記錄環境溫度；2）.季度巡檢：測量單節電池電壓、以及電解液的溫度和密度；給電池補液，保持電解液高度在上液位線；設置均充維護后轉浮充運行；3. 年檢查：清潔蓄電池極及裸露導體柱并涂凡士林（厚1-2mm）；核容試驗，采用C10充放電整個過程需40小時左右。

在上述維護工作時，測量工作量較大，每組蓄電池視電壓等級不同有23-105節不等，試驗期間需頻繁拆卸蓄電池頂部防酸栓，以便測量蓄電池電解液密度。尤其是在年度核容試驗期間，每個一小時需要對所有電池進行測量。使用的比重計通常為吸管式，每次測量時吸出酸液，在注射回電解液槽。這一過程中，必須確保吸管的潔凈度，如果測量其間混入雜質，則會對蓄電池的性能造成影響。另一方面因為普通蓄電池電解液蒸發較快，如果直流母線運行電壓較高、工作環境溫度較高，則蒸發情況更為明顯，根據實際運行經驗，幾乎每三個月都需要對各組蓄電池進行補液。除此之外，因為蓄電池防酸栓使用旋轉可拆卸式，并帶有液位指示器，因為頻繁拆裝以及浮球長期浸泡，損壞率較高，因為蓄電池數量多，經常需要更換液位指示器。

2.2免維護式蓄電池

相比之下，免維護蓄電池只需要年度核容試驗。雖然每三個月仍需要對蓄電池組進行均充維護，但因為不需要補液，定期轉均充維護可由UPS系統自動完成。維護工作明顯較少。以某型號48V免維護蓄電池組為例，設置自動維護方式為：定時均充周期2400h；定時均充時間720h；轉均充電流：0.06C10；轉均充容量：80%，穩流均充電流：0.01C10，穩流均充時間180分鐘，即可達到季度維護目的。

免維護蓄電池，密封程度高，而且不需要人工開蓋檢測比重溫度等，不會產生酸霧、氣體，故電解液的消耗量非常小，在長期運行中不需補充任何液體。相對普通蓄電池來說，免去了大量人力，節省了大量時間。

3、兩種蓄電池參數對比：

兩周蓄電池的區別是充放電是水的電解蒸發情況，蓄電池在充放電過程中，正極放出氧氣，負極放出氫氣，釋放酸霧并蒸發水分導致液位降低，必須頂起補水維護。而免維護蓄電池因為極板材料不同，提高氣體釋放的過電位，從而相對減少了氣體釋放量。另一方面，讓負極有多余的容量，在充電后期由于氧氣的作用處于欠充電狀態，因而不產生氫氣。在密封方面，采取密封式閥控濾酸結構，使酸霧不能逸出。但免維護蓄電池并不意味著不維護，往往在實際應用中，免維護蓄電池比普通蓄電池組壽命低。

3.1自放電特性，免維護蓄電池較好

在20-25℃的環境下，免維護蓄電池自放電要小與GFD蓄電池。也正因為免維護電池自放電系數小，所以不需要太高的電壓，以免增加能耗，加速正極板柵腐蝕，是電池壽命縮短。當然，浮充電壓也不能過低，過低的電壓會使電池因充電不足，處在虧電狀態而導致加快報廢。

3.2十小時放電率放電特性曲線，免維護型蓄電池較好

從每年核容試驗數據對比來看，免維護蓄電池在放電第5小時開始，電池端電壓會降低至2V左右，而普通蓄電池在第3.5小時左右，端電壓陸續開始降至2V以下。但總體下降趨勢基本類似，對蓄電池來說，只要能滿足十小時放電核容試驗，電壓降能夠達到技術要求即可。

3.3普通充電曲線，兩種蓄電池性能相當。

在補充電階段，兩種蓄電池充電量、電壓、電流性能基本保持一致，在設定的充電電壓電流下，可以保證充電量。但在充電過程中，由于電解液溫度會增長較快，一般會上漲10℃左右，最高能達到40℃。這種情況下需要降低電流，增加通風散熱。但免維護蓄電池因為無法直接測量電解液溫度，無法實現定期測量。

三、總結

免維護蓄電池因為電池內阻小，大電流放電性能好、自放電小、與普通鉛酸蓄電池相比具有體積小、重量輕、無酸氣逸出、維護工作量小等優點。但正是因為免維護工作量小，不能像普通鉛酸蓄電池一樣，定期加水維護。所以，即便是定期測量清潔、每年充放電核容，實際的使用壽命相對普通蓄電池來講，并沒有什么優勢。因此對重要的直流系統仍采用了普通鉛酸蓄電池，通過人工定期試驗來維持蓄電池較好的狀態。

另外，免維護蓄電池因為封裝嚴密，外殼不采用透明材質，而普通蓄電池，可以通過巡檢，很直觀的判斷蓄電池內部極板有沒有損壞、電解液有沒有變色變質、有沒有大量氣泡析氫，還可以通過單獨測量每節電池的比重、電壓，來判斷單節蓄電池的性能是否合格。這對保證整組蓄電池的電壓穩定、容量穩定，有重要意義，而這些閥控式密封蓄電池都沒法做到。因此只能將免維護蓄電池應用于外圍子項，對容量要求較小的UPS系統等等。

所以總體來說，重要直流系統仍采用維護工作量較大的普通防酸鉛酸蓄電池，是基于設備性能的保守選擇，安全為主，對蓄電池的維護，多做一些維護保養工作。