核電廠蓄電池組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)問題分析及改進(jìn)

張 楊，董文豪

（中核檢修有限公司，上海 201103）

1 直流系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

直流電源系統(tǒng)在核電廠控制中擔(dān)負(fù)著重要任務(wù)，是核電廠的一個(gè)重要組成部分之一，主要是為控制、信號(hào)、繼電保護(hù)和UPS 電源等二次回路提供操作電源、報(bào)警電源，同時(shí)大部分核級(jí)和非核級(jí)設(shè)備均需要穩(wěn)定可靠的直流電源[1]。一般直流系統(tǒng)由充電器、蓄電池組、直流屏、接地故障監(jiān)測(cè)等設(shè)備組成，其最大的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行安全可靠，而蓄電池作為直流系統(tǒng)重要組成部分，起著儲(chǔ)備電能，應(yīng)付異常或特殊工況，維持系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵作用，是需要更可靠電能保障設(shè)備的最后一道屏障。而蓄電池問題造成停堆的損失要遠(yuǎn)大于蓄電池本身價(jià)值。因此，為保證直流系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對(duì)蓄電池組的日常監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。

某核電廠MX（汽機(jī)廠房）及BOP（Balance of Plant，核電站的外圍設(shè)施）廠房主要有8 個(gè)直流系統(tǒng)，電壓等級(jí)分別為220 V DC、110 V DC（有1 個(gè)220 V DC、7 個(gè)110 V DC），主要為相對(duì)應(yīng)的動(dòng)力、控制、信號(hào)等提供電源，其中關(guān)鍵作用是故障充電器與備用充電器的切換。蓄電池組在系統(tǒng)停電后應(yīng)能提供所有負(fù)載設(shè)備1 h 的儲(chǔ)備容量的電源，同時(shí)在1 h供電后，蓄電池組端電壓仍不得低于母線的最低電壓。

蓄電池組在線監(jiān)測(cè)巡檢儀安裝在蓄電池組的防振架上，主要是對(duì)蓄電池組進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)有效地監(jiān)測(cè)電池組每一節(jié)電池的端電壓、電池組的總電壓、充放電電流、環(huán)境溫度等參數(shù)。常規(guī)島直流系統(tǒng)設(shè)備接線示意如圖1所示。

圖1 常規(guī)島直流系統(tǒng)設(shè)備接線示意

2 問題分析及解決方法

2.1 故障原因分析

在直流系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行期間，蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)生過數(shù)起故障并觸發(fā)了NCS（Network Control System，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)）及DCS（Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）誤報(bào)，具體情況見表1。

從現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的工單及處理過程情況來看，蓄電池巡檢儀故障主要因蓄電池電壓采集回路熔絲損壞及熔絲觸點(diǎn)接觸不良引起的，并通過對(duì)接觸部分進(jìn)行除氧化及緊固處理，更換熔絲處理等方式進(jìn)行處理。

但是受材料及環(huán)境影響，熔絲及觸點(diǎn)經(jīng)過一段時(shí)間的使用后會(huì)產(chǎn)生氧化，從而導(dǎo)致接觸不良或損壞。因此，靠更換蓄電池熔絲及除氧化的方式無法從根本上解決現(xiàn)場(chǎng)故障誤報(bào)的問題。

2.2 使用智能蓄電池組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性

通過現(xiàn)場(chǎng)多次故障所產(chǎn)生的問題，蓄電池巡檢儀的故障檢修對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及維修人員的診斷產(chǎn)生了影響，同時(shí)增加了維修成本。從設(shè)備本身考慮，也或多或少存在維護(hù)或監(jiān)控不足的情況。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)故障問題，參考國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 1901.1—2013《電力直流電源系統(tǒng)用測(cè)試設(shè)備通用技術(shù)條件》中5.4.2 蓄電池巡檢儀電壓準(zhǔn)確度應(yīng)滿足0.2%的要求，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在部分工況下無法滿足其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)使用的蓄電池巡檢儀無法監(jiān)測(cè)蓄電池的內(nèi)阻，只能根據(jù)電壓判斷蓄電池的性能好壞。而且涉網(wǎng)設(shè)備已經(jīng)無法滿足Q/GDW 1901.1—2013 關(guān)于蓄電池電壓巡檢儀的技術(shù)要求。

結(jié)合以上問題描述，為了切實(shí)有效地解決目前核電廠蓄電池監(jiān)測(cè)所存在的問題，提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，減少維修人員的工作量，全面引入先進(jìn)的智能蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是后續(xù)技術(shù)發(fā)展的方向。

2.3 智能蓄電池組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施策劃方案

2.3.1 在線巡檢功能

核電廠所使用的主要為閥控鉛酸電池，其特性是使用壽命長、自放電率極低、容量充足，使用溫度范圍寬、密封性、導(dǎo)電性好等。由于蓄電池的內(nèi)阻與本身電池容量有著密切關(guān)系，通過測(cè)量內(nèi)阻來確定電池的狀態(tài)好壞是非?？尚小⒖煽康姆椒āＭㄟ^定期測(cè)量內(nèi)阻找出失效電池，同時(shí)通過電池在性能變化所造成的容量衰退，內(nèi)阻增大等方面也可以判斷電池的失效功能。所以內(nèi)阻監(jiān)測(cè)是目前蓄電池技術(shù)改造一種必然的選擇。

表1 蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障匯總

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況模擬，在線巡檢系統(tǒng)應(yīng)包括主機(jī)、電流和溫度采集模塊、電壓采集模塊等。各模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集電流、溫度及電壓數(shù)值，并采用RS-485 通信，電流、溫度及電壓數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)上傳至服務(wù)器（圖2）。

2.3.2 蓄電池組在線動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)

圖2 蓄電池在線巡檢系統(tǒng)

通過接收相關(guān)數(shù)據(jù)來判斷某些蓄電池失效，然后從電壓偏高的蓄電池轉(zhuǎn)移部分能量至電壓偏低的蓄電池，并對(duì)其中無法進(jìn)行轉(zhuǎn)移的蓄電池做放電處理，從而到達(dá)整組蓄電池組動(dòng)態(tài)均衡的目的。蓄電池在線動(dòng)態(tài)均衡系統(tǒng)原理如圖3 所示。

3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造方案的可行性

參考國內(nèi)變電站蓄電池組內(nèi)阻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改造，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在原蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅有一對(duì)硬接點(diǎn)通過“回路接地故障”反饋至充電器，再通過NCS 或DCS 反饋。受限于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，拆除原蓄電池組巡檢儀并在原位引入蓄電池內(nèi)阻監(jiān)測(cè)及動(dòng)態(tài)均衡系統(tǒng)，利用原通信線路將蓄電池組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的狀態(tài)送至NCS 或DCS。運(yùn)行人員通過收到的告警通知可在就地查看具體故障及運(yùn)行參數(shù)。

圖3 蓄電池在線動(dòng)態(tài)均衡系統(tǒng)原理

4 結(jié)束語

核電廠蓄電池組內(nèi)阻監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)均衡系統(tǒng)改造項(xiàng)目，是解決現(xiàn)投運(yùn)蓄電池巡檢儀弊病的良好方法。通過微機(jī)控制技術(shù)和電力技術(shù)，對(duì)蓄電池組中單體電池進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使每節(jié)蓄電池端電壓、容量及內(nèi)阻處于均衡可控狀態(tài)，并對(duì)性能較弱的電池進(jìn)行充補(bǔ)及活化，延長了蓄電池組使用壽命，提高系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，解決長期困擾一線維修人員的測(cè)量內(nèi)阻不準(zhǔn)確、耗時(shí)長等問題，減少了蓄電池檢維修的工作量。隨著技術(shù)不斷更新，采用新型有效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備是未來提高核電廠檢維修效率和減少問題發(fā)生的趨勢(shì)，同時(shí)也是保證核電廠安全生產(chǎn)的主要目標(biāo)。