杨亚炬

摘 要：三代核电厂的安全系统采用非能动安全理念，使其电气系统简化，设备减少，更便于操作；延长了安全相关的1E级直流及UPS系统供电时间，提高了电厂运行的安全性。文章针对某三代核电厂1E级直流及UPS系统蓄电池的设计要求，介绍了1E级蓄电池的试验内容，对后续核电站1E级蓄电池的调试有一定的参考价值。

关键词：核电站；IDS系统；调试；蓄电池；工作周期

中图分类号：TM623.3 文献标志码：A 文章编号：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

与一般压水堆核电厂相比，三代核电的安全系统采用非能动安全理念，使电厂电气系统得到简化，不需要1E级的交流电源系统和应急柴油发电机，供电系统的接线及其装置更加简单，更便于操作。其安全相关电源系统由不接地的1E級直流及UPS系统（IDS系统）提供，延长不间断供电时间，提高了电厂运行的安全性。因此要求IDS系统蓄电池延长不间断供电时间，以提高了电厂运行的安全性。本文简要介绍了某三代核电的IDS系统蓄电池的设计要求，并结合工程实践介绍1E级蓄电池的试验内容。

1 IDS系统蓄电池组设计要求

1E级直流及UPS系统是全厂唯一的1E电源，在所有厂内厂外交流电源不可用时，1E级蓄电池向相关需持续运行的负载提供电源，其主要能成与功能如下：

（1）IDS包括A、B、C、D 4组独立的蓄电池系统。4组蓄电池系统中任何3组都能实现安全停堆，并将核电厂维持在安全停堆状态。

（2）在设计基准事件（包括失去所有交流电源）后，任何一组A和D组蓄电池系统的容量至少能向选定的安全相关设备供电24h，B和C组蓄电池系统的容量能向选定的安全相关设备供电24h或72h。当核电厂发生事故时，在72h内可以不采取干预行动，为运行人员提供了充裕的缓解时间，以减少人因失误。

（3）核电厂设置了两台辅助交流柴油机发电机组（D级、35kW、380V），在所有交流电源（包括两台备用柴油发电机组）都不可用并超过72h的极小概率事件发生时，才要求启动辅助柴油发电机。

（4）在其他交流电源失去的情况下，IDS可以通过移动式发电机来给1E级72h蓄电池组充电器供电，从而给安全相关的直流负载和蓄电池供电。

2 1E级蓄电池试验内容

为了全面验证1E级蓄电池的性能，满足设计要求。某三代核电厂1E级蓄电池的调试主要依据IEEE Std 450-2002标准及相关的厂家指导手册进行。在现场主要进行安装后的首次补充电，容量试验及在役试验等。

2.1 蓄电池补充电

由于现场安装和调试时间的不确定性，蓄电池在存放中，由于自放电，容量逐渐减少，甚至于损坏。根据蓄电池厂家的建议，在蓄电池从出厂到安装之间的贮存时间总共不得超过两年。在蓄电池投入运行前（贮存期间），至少应每六月进行一次补充充电。在较高温度条件下，可能会要求增加充电次数。蓄电池的补充充电采用恒压充电方式进行，充电电压设置为2.50VPC乘以120（电池个数），补充充电结束必须满足以下两个条件：充电时长超过6小时，充电电流小于20A。

2.2 蓄电池验收试验（容量试验）

根据IEEE Std 450-2002标准要求，通过蓄电池验收试验，每组IDS蓄电池的容量满足或者超过规定的额定容量，并且蓄电池电压符合设计要求，IDS系统要求的最低电压是210VDC，或1.75VPC乘以120（电池个数）。

设计要求IDS系统蓄电池能满足24小时或72小时负荷要求，该持续时间太长，因此根据制造商放电率表格（表1）可选择较短的时间来验证蓄电池容量是否满足要求。根据制造商放电率表格，可选用5小时437A/1.75V每个电池放电率。按照以上选择的试验放电率（437A，5小时，210VDC）的要求来设置负荷电阻箱和必须的仪器。保持放电率直到蓄电池端电压降到蓄电池单体电压的平均最小值。当蓄电池端电压接近210VDC，需要经常检测电压以确保电压降至210VDC以下时可以终止试验。在试验结束的时候，确定电池容量，其有效容量必须大于或等于额定容量的90%。

试验过程中，如一个或多个电池接近它的反转电极（+1.0V或更少）且试验接近预计结束时间的90%到95%时，继续该试验直到达到具体的端电压。如果在试验开始时，单独的电池接近它的反转电极（+1.0V或更少），但是端电压还没有达到试验限值，试验应该停止且认为没有通过。仅在弱蓄电池被替换或修复且蓄电池充满电之后，需要重新进行容量试验。

2.3 蓄电池运行试验

根据IEEE Std 450-2002，运行试验是确定蓄电池是否满足蓄电池工作周期（负荷曲线）的一项特殊蓄电池放电试验。蓄电池应在它的实际状态下进行试验，并且试验不会因温度或蓄电池的使用年限而校正。在工作周期临界期间的蓄电池电压变化趋势会给用户预测蓄电池何时将不再满足设计要求提供一种方法。成功的试验结論可用来评估蓄电池的性能和老化情况。通过蓄电池运行试验，验证每组IDS系统蓄电池（包括备用的蓄电池组）是否有足够的容量满足瞬时或持续负荷的设计工作周期及蓄电池电压满足设计要求，并且将作为蓄电池寿期内未来在役试验的参考。

运行试验基本方法与蓄电池验收试验基本一致，两者的区别在于，容量试验蓄电池的放电率是固定的，运行试验则需依据待测蓄电池组的设计负荷周期。开始试验之前应依据设计文件中的失去交流电源事件或冷却剂大破口失水事故中的蓄电池负荷周期，通过计算来选择两者中的最大安时数，以满足蓄电池的运行试验应选择最严格的工作周期的要求；然后通过可编程直流负载动态设置蓄电池的放电率来实现对1E级蓄电池进行全工作周期运行试验，以模拟最严酷负载循环和最严重的蓄电池组1 分钟电流放电。

1E级蓄电池在24小时或72小时后（视待测蓄电池负荷周期）或者蓄电池端电压降至低于210VDC，不论哪种状态先达到，需关停试验负载箱，停止试验。如果依照前述所选择的最严格的工作周期，进行放电24小时或72小时后蓄电池端电压没有降到低于210VDC，则认为试验是成功的，否则需在12周内蓄电池不放电且始终处于浮充状态之后再重新进行试验。

3 结束语

通过对厂家现场的试验程序、IEEE Std 450-2002 标准和三代核电机组对1E级直流及UPS系统的蓄电池的设计要求进行分析，对1E级蓄电池试验进行介绍，对后续机组1E级直流及UPS系统的调试和新建核电站有一定参考价值。

参考文献：

[1]林诚格.非能动安全先进压水堆技术核电技术[M].北京原子能出版社，2010：374-439.

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

[3]艾诺斯EnerSys公司.富液式铅酸蓄电池安全、贮存、安装、操作、维护手册[Z].