两种铅酸蓄电池在核电厂中的应用

孙帅+赵立婷

摘 要：本文分析核电厂常用的两种铅酸蓄电池，在使用寿命、维护工作量上的区别，分析两种蓄电池结构、原理的区别，以及造成寿命缩短的主要原因。进而分析了免维护蓄电池和普通铅酸蓄电池在应用上的优劣，以及仍在重要负荷重选用普通铅酸蓄电池的原因。

关键词：铅酸蓄电池；老化；免维护蓄电池

一、前言：

核电厂蓄电池组主要用于在其相连的充电器故障或充电器失去交流电源情况下，向负荷提供直流源。

核电厂主要直流系统所采取的蓄电池，为核安全级固定型防酸式铅酸蓄电池，整组蓄电池容量根据直流系统负荷不同，在200-2000Ah左右，根据系统电压等级不同，整组蓄电池有24/48/110/220V等。这种蓄电池组由串联方式连接单个2V电池组成，电池由管状正极板、涂膏式平板装负极板、多微孔隔板和绝缘电池槽组成，绝缘电池槽由透明丙烯腈苯乙烯制成。由硫酸配置的电解液在20℃时的密度为1.24g/cm3。

另一种阀控式密封铅酸蓄电池，常称为免维护蓄电池，多用于BOP独立UPS系统，电解液同样为稀释硫酸。区别在于密封免维护蓄电池在整个使用寿命期间不需要添加电解液。安全阀必要时作为排气阀使用，但不能人为开启，否则将会导致电池损坏，而非免维护蓄电池需要定期打开防酸栓进行补充水并均充维护。免维护蓄电池容量一般使用50-500Ah。规格低于固定防酸式蓄电池。

下面通过两者对比，来分析这两类蓄电池在实际使用情况。

二、两种铅酸蓄电池实际使用情况对比：

1、使用寿命

两周蓄电池的设计寿命通常在12-15年，虽然两者理论寿命都比较长，但因环境温度、浮充电压设定值或定期维护方案的差别，实际使用寿命会有所不同。以实际情况来看，在电厂安装调试阶段，直流系统和蓄电池安装后，因为厂房通风、制冷等配套系统未投用，会存在蓄电池工作环境温度较高的现象，除此之外，调试期间的日常维护工作相对运行后执行情况也比较差。但在电厂商运后，往往这两种情况会转好。因此，只要运行维护方法得当，蓄电池寿命基本可以达到10年以上。在安装投运十年左右，开始规划在大修维护中，分批整组更换蓄电池。

相比较来说免维护蓄电池维护工作量小，不用定期补液。但因为多用于外围厂房，重要程度较低，因此在日常维护方面工作较少，但根据实际经验来看，免维护蓄电池往往寿命低于频繁维护的普通蓄电池。

2、维护工作对比

2.1普通蓄电池维护工作

要尽可能的延长蓄电池的寿命，除了清洁、扫灰、通风、测室温，测量浮充电压电流之类的常规定期工作，普通蓄电池保养所必要的工作如下： 1）.日常巡检：观察液位不低于下液位线，记录环境温度；2）.季度巡检：测量单节电池电压、以及电解液的温度和密度；给电池补液，保持电解液高度在上液位线；设置均充维护后转浮充运行；3. 年检查：清洁蓄电池极及裸露导体柱并涂凡士林（厚1-2mm）；核容试验，采用C10充放电整个过程需40小时左右。

在上述维护工作时，测量工作量较大，每组蓄电池视电压等级不同有23-105节不等，试验期间需频繁拆卸蓄电池顶部防酸栓，以便测量蓄电池电解液密度。尤其是在年度核容试验期间，每个一小时需要对所有电池进行测量。使用的比重计通常为吸管式，每次测量时吸出酸液，在注射回电解液槽。这一过程中，必须确保吸管的洁净度，如果测量其间混入杂质，则会对蓄电池的性能造成影响。另一方面因为普通蓄电池电解液蒸发较快，如果直流母线运行电压较高、工作环境温度较高，则蒸发情况更为明显，根据实际运行经验，几乎每三个月都需要对各组蓄电池进行补液。除此之外，因为蓄电池防酸栓使用旋转可拆卸式，并带有液位指示器，因为频繁拆装以及浮球长期浸泡，损坏率较高，因为蓄电池数量多，经常需要更换液位指示器。

2.2免维护式蓄电池

相比之下，免维护蓄电池只需要年度核容试验。虽然每三个月仍需要对蓄电池组进行均充维护，但因为不需要补液，定期转均充维护可由UPS系统自动完成。维护工作明显较少。以某型号48V免维护蓄电池组为例，设置自动维护方式为：定时均充周期2400h；定时均充时间720h；转均充电流：0.06C10；转均充容量：80%，稳流均充电流：0.01C10，稳流均充时间180分钟，即可达到季度维护目的。

免维护蓄电池，密封程度高，而且不需要人工开盖检测比重温度等，不会产生酸雾、气体，故电解液的消耗量非常小，在长期运行中不需补充任何液体。相对普通蓄电池来说，免去了大量人力，节省了大量时间。

3、两种蓄电池参数对比：

两周蓄电池的区别是充放电是水的电解蒸发情况，蓄电池在充放电过程中，正极放出氧气，负极放出氢气，释放酸雾并蒸发水分导致液位降低，必须顶起补水维护。而免维护蓄电池因为极板材料不同，提高气体释放的过电位，从而相对减少了气体释放量。另一方面，让负极有多余的容量，在充电后期由于氧气的作用处于欠充电状态，因而不产生氢气。在密封方面，采取密封式阀控滤酸结构，使酸雾不能逸出。但免维护蓄电池并不意味着不维护，往往在实际应用中，免维护蓄电池比普通蓄电池组寿命低。

3.1自放电特性，免维护蓄电池较好

在20-25℃的环境下，免维护蓄电池自放电要小与GFD蓄电池。也正因为免维护电池自放电系数小，所以不需要太高的电压，以免增加能耗，加速正极板栅腐蚀，是电池寿命缩短。当然，浮充电压也不能过低，过低的电压会使电池因充电不足，处在亏电状态而导致加快报废。

3.2十小时放电率放电特性曲线，免维护型蓄电池较好

从每年核容试验数据对比来看，免维护蓄电池在放电第5小时开始，电池端电压会降低至2V左右，而普通蓄电池在第3.5小时左右，端电压陆续开始降至2V以下。但总体下降趋势基本类似，对蓄电池来说，只要能满足十小时放电核容试验，电压降能够达到技术要求即可。

3.3普通充电曲线，两种蓄电池性能相当。

在补充电阶段，两种蓄电池充电量、电压、电流性能基本保持一致，在设定的充电电压电流下，可以保证充电量。但在充电过程中，由于电解液温度会增长较快，一般会上涨10℃左右，最高能达到40℃。这种情况下需要降低电流，增加通风散热。但免维护蓄电池因为无法直接测量电解液温度，无法实现定期测量。

三、总结

免维护蓄电池因为电池内阻小，大电流放电性能好、自放电小、与普通铅酸蓄电池相比具有体积小、重量轻、无酸气逸出、维护工作量小等优点。但正是因为免维护工作量小，不能像普通铅酸蓄电池一样，定期加水维护。所以，即便是定期测量清洁、每年充放电核容，实际的使用寿命相对普通蓄电池来讲，并没有什么优势。因此对重要的直流系统仍采用了普通铅酸蓄电池，通过人工定期试验来维持蓄电池较好的状态。

另外，免维护蓄电池因为封装严密，外壳不采用透明材质，而普通蓄电池，可以通过巡检，很直观的判断蓄电池内部极板有没有损坏、电解液有没有变色变质、有没有大量气泡析氢，还可以通过单独测量每节电池的比重、电压，来判断单节蓄电池的性能是否合格。这对保证整组蓄电池的电压稳定、容量稳定，有重要意义，而这些阀控式密封蓄电池都没法做到。因此只能将免维护蓄电池应用于外围子项，对容量要求较小的UPS系统等等。

所以总体来说，重要直流系统仍采用维护工作量较大的普通防酸铅酸蓄电池，是基于设备性能的保守选择，安全为主，对蓄电池的维护，多做一些维护保养工作。