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摘 要:直流电源在核电厂控制中担负着重要任务,其可靠性直接影响到核电厂的正常运行。蓄电池组就是在充电器发生故障时为机组提供可靠的直流电源,且要求供电时间至少为1小时,蓄电池组的性能与使用寿命取决于初次充放电的效果,蓄电池组初次充放电要达到蓄电池额定容量的95%,初次充放电能否到达这一要求,充电方法和充电设备的性能是主要因素。
关键词:蓄电池组;额定容量C10;充电电流;电压;温度
一、概述
秦山核电二期扩建工程3#机组电气厂房共有蓄电池组14组,有48V、110V、220V三种电压级别,分布在8LX电气厂房和3WX电气厂房,分属8LCD、8LBG、3LAA、3LBA、3LBB、3LBC、3LBD、3LBE、3LBF、3LBJ、3LBP、3LCA、3LCB、3LCC等十四个系统。蓄电池组和充电柜一起,为机组的控制和显示提供直流电源。正常运行时蓄电池由充电器以浮充方式供电,充电器可供给最大持续负荷电流,同时维持蓄电池组端电压恒定。仅要求蓄电池组承担瞬时尖峰电流。在充电器或交流电源故障时,蓄电池有能力承担全部负荷,其供电时间至少为1小时。
蓄电池采用沈阳东北蓄电池有限公司的GFD(OPzS)系列固定型防酸式蓄电池,单体蓄电池额定电压为2V,单体电池额定容量C10由200Ah至2000Ah。
8LCD系统充电柜采用瑞士GUTOR公司产品,型号为SDC48-250,为额定电压为48V的蓄电池组充电,可提供最大电流为250A。
8LCD系统蓄电池组由23块GFD-800的蓄电池串联组成,蓄电池组额定电压48V,单体蓄电池额定容量C10为800Ah。
8LCD系统为以下厂用设备提供48V直流电源:
•两单元机组共用辅助设备的过程控制装置;
•报警装置(核辅助厂房控制室和两机组共用控制室);
•模拟盘(核辅助厂房控制室和两机组共用控制室);
•两单元机组共用电动阀的控制装置;
•两单元机组共用的其他设备。
由8LCD系统的功用可以看出,8LCD系统蓄电池组初次充放电能否顺利完成对3#机组倒送电这个关键节点的实现会产生很大影响。
二、8LCD系统蓄电池组初次充放电过程描述
3#机组蓄电池调试工作由核工业第二三建设公司电仪队调试分队承担,原定方案以0.05C10A即40A的电流恒流充电,充电时间为72-76小时。
采用恒流法充电时,充足电的是充电末期蓄电池的电压及电解液密度连续3h以上保持稳定不变,并且电解液内部产生强烈气泡。电解液是密度为1.22±0.005 g/cm3(20℃)的稀硫酸,充电过程中,电解液温度应控制在15℃～40℃范围内,最高不得超过45℃。一旦超过应减小充电电流或停止充电,待电解液温度降到规定范围内再进行充电。
调试工作于2008年10月11日开始,早7:55分开始对蓄电池注酸,9:45分注酸完毕,蓄电池内酸液高度与最高液面线相平。根据厂家要求,蓄电池注酸后需要将蓄电池静置6～12小时,待电解液温度冷却到30℃以下方可进行初充电。
在蓄電池组注酸后静置期间,充电器厂家GUTOR公司技术服务人员提出充电器不能满足以0.05C10A电流恒流法充电的要求,其8LCD系统的充电器最高输出电压为61V,充电初期电流可以达到要求,到充电后期,充电电流会呈线性下降。鉴于此问题,由蓄电池厂家、充电器厂家、二三公司负责技术员、监理公司监理人员紧急磋商,接受蓄电池厂家服务人员的建议:采用恒压限流法充电,充电电压61V以0.1C10A的电流充电,充电结束以电解液密度达到1.24±0.01g/cm3(20℃)为准。
2008年10月11日16:35分,8LCD系统蓄电池组开始以0.1C10A(即80A)的电流充电,到22:00因部分蓄电池电解液温度达45℃,将充电电流调节到40A即0.05C10A继续充电,12日2:00,发现电解液温度没有下降趋势,遂将充电电流降低为20A即0.025C10A,电解液温度降到41℃以下,继续以20A电流充电,12日8:35,将充电器的充电电流设置为40A,但实际充电电流仍为20A,到9:35,充电电流降到16A,此后,逐渐降低,到12日18:35降到10A,到13日17:35降到9A,直到15日上午8:35,充电电流降为8A,持续到15日17:35,充电电流降为7A,7A的充电电流一直持续,直到采取其他措施。
在此充电时间,各单体蓄电池没有出现蓄电池充电应该具有的典型特征:电解液变浑浊、产生气泡等。究其原因是充电电流太低,虽经过长时间充电,并没有达到应有的充电电量。
截止到16日9:35,8LCD系统蓄电池组已经充电113小时,根据计算,已经充电的容量为1637Ah,和实际所需充电量(额定容量的3.6倍)2880Ah差距为1243Ah,以目前充电电流7A保持不变尚需178小时时间,而实际上不可能保持恒定的充电电流,到充电末期电流会降得很低,实际需要的时间将更长。
鉴于上述原因,10月16日11时,召开了由业主、监理公司、二三公司、蓄电池厂家、充电器厂家组成的五方专题会议,根据蓄电池厂家的说明和充电器厂家技术人员的认可,决定用110V的充电器对8LCD系统的蓄电池组以0.05C10A充电电流进行恒流充电,若蓄电池温度升高至43℃则降低充电电流以0.025C10A充电电流充电,若蓄电池温度降低(约35℃)时再将充电电流调节到0.05C10A电流充电。
会议决定后由二三公司实施,经过一番准备工作,于10月18日转用3LBB系统的充电器充电,由于蓄电池组电压(61V左右)远低于3LBB系统的充电器的最低报警电压(80V)。充电器频繁报警,大约半小时后,充电器出现故障,不能继续工作。因此,重新切换到原来的8LCD系统的充电器。
由于8LCD系统的充电器充电电流太低,业主调试处与瑞士GUTOR公司中国办事处联系,得到确切信息:GUTOR的充电器最高电压可以超出原程序中可以设定的最高值,如48V的充电器充电电压设定最高值为61V,实际可以调节到64V进行充电,这是厂家资料中没有体现出来的。于是,要求厂家服务人员将充电器的正常充电电压调到64V进行充电。具体时间为18日15:36。起始充电电流为25A。以后充电电流逐渐上升,到19日2:36,充电电流升为40A。因为电解液温度升高,19日5:36后将充电电流调整为30A,30A的充电电流一直持续到15:36分,计算充电容量,达到蓄电池厂家的技术要求中3.6倍额定容量的要求。初次充电工作结束。
充电结束后,转为0.1C10A的电流(80A)放电,放电开始时间为19日16:00,到20日2:00放电结束,达到了不低于95%C10的放电率,且各蓄电池电压均在1.8V以上,符合厂家的技术要求。
放电工作结束后,立即转为0.05C10A电流(40A)的复充电,由于采取通风降温措施,电解液温度没有超过40℃,充电电流一直保持0.05C10A的电流(40A)。厂家技术要求中要求复充电的充电量为额定容量的1.5倍,经过30小时的复充电,各蓄电池的电压和电解液密度均符合厂家的技术要求,进入浮动充电状态。至此,8LCD系统蓄电池组的调试工作彻底完成。
三、经验教训及心得
8LCD系统蓄电池组从11日7:55开始注酸,16:35分开始充电,到19日15:36分结束充电,历经191个小时的漫长充电过程。加上放电和复充电的时间,调试时间达到231个小时。将近10个日夜,远远超过计划中的5天时间。通过这一组蓄电池的充电,总结了经验,确定了工作思路,在后续几组蓄电池的调试中,都是采用0.05C10A的电流恒流充电。在此过程中,得到以下的经验教训:
1、在进行蓄电池充放电前,需要彻底了解充电器和蓄电池组初充电的要求是否匹配。8LCD系统蓄电池组就是在这个问题上没有搞清楚,走了很多弯路,耗费了大量的时间和精力。
2、蓄电池组的布置不应该过于集中,核岛电气厂房蓄电池组因为有抗震要求,蓄电池间通过防震架和纵、横垫板紧紧的挤压成四列,不能很好的通风散热,容易造成蓄电池电解液温度升高。解决这个问题的方法只能是利用风机对蓄电池组吹风,加强空气循环,使流通的空气带走充电过程产生的热量。
3、蓄电池充电充足的标志不仅仅是充电末期蓄电池的电压及电解液密度连续3h以上保持稳定不变,并且电解液内部产生强烈气泡。必要时需要根据充电的电量来计算,即充电电流乘以充电时间的累积,充电电量达到额定容量的3.6-3.8倍即可认为已经充足电。
4、蓄电池开始充电后的反应速度和蓄电池存放的时间有关系。蓄电池出厂后放置时间长,极板会产生氧化现象,注酸后,电解液后出现淡淡的绿色,初充电开始后出现气泡一般在20小时以后。如果是新出厂的蓄电池,极板没有氧化,注酸后电解液无色透明,充电5小时后就会产生气泡。
5、蓄电池调试过程的数据测量和记录要力求准确。需要充电时测量的数据一定要在充电过程中测量,不能在充电结束后测量,需要放电时测量的数据一定要在放电过程中测量,不能在放电结束后测量。比如,蓄电池在充电结束前的单体电压一般都在2.7V以上,充电结束后电压会回落,一般在2.3V左右;蓄电池在放电结束前测量的电压一般在1.85V左右,如果在停止放电后测量,蓄电池电压会发生反弹,一般在1.9V以上。如果不是实时测量,就会产生很大误差。
参考资料:
[1]OPERATING INSTRUCTIONS GUTOR。
[2]GFD(OPzS)系列固定型防酸式铅酸蓄电池使用说明书,沈阳东北蓄电池有限公司。
关键词:蓄电池组;额定容量C10;充电电流;电压;温度
一、概述
秦山核电二期扩建工程3#机组电气厂房共有蓄电池组14组,有48V、110V、220V三种电压级别,分布在8LX电气厂房和3WX电气厂房,分属8LCD、8LBG、3LAA、3LBA、3LBB、3LBC、3LBD、3LBE、3LBF、3LBJ、3LBP、3LCA、3LCB、3LCC等十四个系统。蓄电池组和充电柜一起,为机组的控制和显示提供直流电源。正常运行时蓄电池由充电器以浮充方式供电,充电器可供给最大持续负荷电流,同时维持蓄电池组端电压恒定。仅要求蓄电池组承担瞬时尖峰电流。在充电器或交流电源故障时,蓄电池有能力承担全部负荷,其供电时间至少为1小时。
蓄电池采用沈阳东北蓄电池有限公司的GFD(OPzS)系列固定型防酸式蓄电池,单体蓄电池额定电压为2V,单体电池额定容量C10由200Ah至2000Ah。
8LCD系统充电柜采用瑞士GUTOR公司产品,型号为SDC48-250,为额定电压为48V的蓄电池组充电,可提供最大电流为250A。
8LCD系统蓄电池组由23块GFD-800的蓄电池串联组成,蓄电池组额定电压48V,单体蓄电池额定容量C10为800Ah。
8LCD系统为以下厂用设备提供48V直流电源:
•两单元机组共用辅助设备的过程控制装置;
•报警装置(核辅助厂房控制室和两机组共用控制室);
•模拟盘(核辅助厂房控制室和两机组共用控制室);
•两单元机组共用电动阀的控制装置;
•两单元机组共用的其他设备。
由8LCD系统的功用可以看出,8LCD系统蓄电池组初次充放电能否顺利完成对3#机组倒送电这个关键节点的实现会产生很大影响。
二、8LCD系统蓄电池组初次充放电过程描述
3#机组蓄电池调试工作由核工业第二三建设公司电仪队调试分队承担,原定方案以0.05C10A即40A的电流恒流充电,充电时间为72-76小时。
采用恒流法充电时,充足电的是充电末期蓄电池的电压及电解液密度连续3h以上保持稳定不变,并且电解液内部产生强烈气泡。电解液是密度为1.22±0.005 g/cm3(20℃)的稀硫酸,充电过程中,电解液温度应控制在15℃～40℃范围内,最高不得超过45℃。一旦超过应减小充电电流或停止充电,待电解液温度降到规定范围内再进行充电。
调试工作于2008年10月11日开始,早7:55分开始对蓄电池注酸,9:45分注酸完毕,蓄电池内酸液高度与最高液面线相平。根据厂家要求,蓄电池注酸后需要将蓄电池静置6～12小时,待电解液温度冷却到30℃以下方可进行初充电。
在蓄電池组注酸后静置期间,充电器厂家GUTOR公司技术服务人员提出充电器不能满足以0.05C10A电流恒流法充电的要求,其8LCD系统的充电器最高输出电压为61V,充电初期电流可以达到要求,到充电后期,充电电流会呈线性下降。鉴于此问题,由蓄电池厂家、充电器厂家、二三公司负责技术员、监理公司监理人员紧急磋商,接受蓄电池厂家服务人员的建议:采用恒压限流法充电,充电电压61V以0.1C10A的电流充电,充电结束以电解液密度达到1.24±0.01g/cm3(20℃)为准。
2008年10月11日16:35分,8LCD系统蓄电池组开始以0.1C10A(即80A)的电流充电,到22:00因部分蓄电池电解液温度达45℃,将充电电流调节到40A即0.05C10A继续充电,12日2:00,发现电解液温度没有下降趋势,遂将充电电流降低为20A即0.025C10A,电解液温度降到41℃以下,继续以20A电流充电,12日8:35,将充电器的充电电流设置为40A,但实际充电电流仍为20A,到9:35,充电电流降到16A,此后,逐渐降低,到12日18:35降到10A,到13日17:35降到9A,直到15日上午8:35,充电电流降为8A,持续到15日17:35,充电电流降为7A,7A的充电电流一直持续,直到采取其他措施。
在此充电时间,各单体蓄电池没有出现蓄电池充电应该具有的典型特征:电解液变浑浊、产生气泡等。究其原因是充电电流太低,虽经过长时间充电,并没有达到应有的充电电量。
截止到16日9:35,8LCD系统蓄电池组已经充电113小时,根据计算,已经充电的容量为1637Ah,和实际所需充电量(额定容量的3.6倍)2880Ah差距为1243Ah,以目前充电电流7A保持不变尚需178小时时间,而实际上不可能保持恒定的充电电流,到充电末期电流会降得很低,实际需要的时间将更长。
鉴于上述原因,10月16日11时,召开了由业主、监理公司、二三公司、蓄电池厂家、充电器厂家组成的五方专题会议,根据蓄电池厂家的说明和充电器厂家技术人员的认可,决定用110V的充电器对8LCD系统的蓄电池组以0.05C10A充电电流进行恒流充电,若蓄电池温度升高至43℃则降低充电电流以0.025C10A充电电流充电,若蓄电池温度降低(约35℃)时再将充电电流调节到0.05C10A电流充电。
会议决定后由二三公司实施,经过一番准备工作,于10月18日转用3LBB系统的充电器充电,由于蓄电池组电压(61V左右)远低于3LBB系统的充电器的最低报警电压(80V)。充电器频繁报警,大约半小时后,充电器出现故障,不能继续工作。因此,重新切换到原来的8LCD系统的充电器。
由于8LCD系统的充电器充电电流太低,业主调试处与瑞士GUTOR公司中国办事处联系,得到确切信息:GUTOR的充电器最高电压可以超出原程序中可以设定的最高值,如48V的充电器充电电压设定最高值为61V,实际可以调节到64V进行充电,这是厂家资料中没有体现出来的。于是,要求厂家服务人员将充电器的正常充电电压调到64V进行充电。具体时间为18日15:36。起始充电电流为25A。以后充电电流逐渐上升,到19日2:36,充电电流升为40A。因为电解液温度升高,19日5:36后将充电电流调整为30A,30A的充电电流一直持续到15:36分,计算充电容量,达到蓄电池厂家的技术要求中3.6倍额定容量的要求。初次充电工作结束。
充电结束后,转为0.1C10A的电流(80A)放电,放电开始时间为19日16:00,到20日2:00放电结束,达到了不低于95%C10的放电率,且各蓄电池电压均在1.8V以上,符合厂家的技术要求。
放电工作结束后,立即转为0.05C10A电流(40A)的复充电,由于采取通风降温措施,电解液温度没有超过40℃,充电电流一直保持0.05C10A的电流(40A)。厂家技术要求中要求复充电的充电量为额定容量的1.5倍,经过30小时的复充电,各蓄电池的电压和电解液密度均符合厂家的技术要求,进入浮动充电状态。至此,8LCD系统蓄电池组的调试工作彻底完成。
三、经验教训及心得
8LCD系统蓄电池组从11日7:55开始注酸,16:35分开始充电,到19日15:36分结束充电,历经191个小时的漫长充电过程。加上放电和复充电的时间,调试时间达到231个小时。将近10个日夜,远远超过计划中的5天时间。通过这一组蓄电池的充电,总结了经验,确定了工作思路,在后续几组蓄电池的调试中,都是采用0.05C10A的电流恒流充电。在此过程中,得到以下的经验教训:
1、在进行蓄电池充放电前,需要彻底了解充电器和蓄电池组初充电的要求是否匹配。8LCD系统蓄电池组就是在这个问题上没有搞清楚,走了很多弯路,耗费了大量的时间和精力。
2、蓄电池组的布置不应该过于集中,核岛电气厂房蓄电池组因为有抗震要求,蓄电池间通过防震架和纵、横垫板紧紧的挤压成四列,不能很好的通风散热,容易造成蓄电池电解液温度升高。解决这个问题的方法只能是利用风机对蓄电池组吹风,加强空气循环,使流通的空气带走充电过程产生的热量。
3、蓄电池充电充足的标志不仅仅是充电末期蓄电池的电压及电解液密度连续3h以上保持稳定不变,并且电解液内部产生强烈气泡。必要时需要根据充电的电量来计算,即充电电流乘以充电时间的累积,充电电量达到额定容量的3.6-3.8倍即可认为已经充足电。
4、蓄电池开始充电后的反应速度和蓄电池存放的时间有关系。蓄电池出厂后放置时间长,极板会产生氧化现象,注酸后,电解液后出现淡淡的绿色,初充电开始后出现气泡一般在20小时以后。如果是新出厂的蓄电池,极板没有氧化,注酸后电解液无色透明,充电5小时后就会产生气泡。
5、蓄电池调试过程的数据测量和记录要力求准确。需要充电时测量的数据一定要在充电过程中测量,不能在充电结束后测量,需要放电时测量的数据一定要在放电过程中测量,不能在放电结束后测量。比如,蓄电池在充电结束前的单体电压一般都在2.7V以上,充电结束后电压会回落,一般在2.3V左右;蓄电池在放电结束前测量的电压一般在1.85V左右,如果在停止放电后测量,蓄电池电压会发生反弹,一般在1.9V以上。如果不是实时测量,就会产生很大误差。
参考资料:
[1]OPERATING INSTRUCTIONS GUTOR。
[2]GFD(OPzS)系列固定型防酸式铅酸蓄电池使用说明书,沈阳东北蓄电池有限公司。