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(hù)工作量上的區(qū)別，分析兩種蓄電池結(jié)構(gòu)、原理的區(qū)別，以及造成壽命縮短的主要原因。進(jìn)而分析了免維護(hù)蓄電池和普通鉛酸蓄電池在應(yīng)用上的優(yōu)劣，以及仍在重要負(fù)荷重選用普通鉛酸蓄電池的原因。

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；老化；免維護(hù)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(fù)荷提供直流源。

核電廠主要直流系統(tǒng)所采取的蓄電池，為核安全級(jí)固定型防酸式鉛酸蓄電池，整組蓄電池容量根據(jù)直流系統(tǒng)負(fù)荷不同，在200-2000Ah左右，根據(jù)系統(tǒng)電壓等級(jí)不同，整組蓄電池有24/48/110/220V等。這種蓄電池組由串聯(lián)方式連接單個(gè)2V電池組成，電池由管狀正極板、涂膏式平板裝負(fù)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(shí)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(hù)蓄電池，多用于BOP獨(dú)立UPS系統(tǒng)，電解液同樣為稀釋硫酸。區(qū)別在于密封免維護(hù)蓄電池在整個(gè)使用壽命期間不需要添加電解液。安全閥必要時(shí)作為排氣閥使用，但不能人為開(kāi)啟，否則將會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞，而非免維護(hù)蓄電池需要定期打開(kāi)防酸栓進(jìn)行補(bǔ)充水并均充維護(hù)。免維護(hù)蓄電池容量一般使用50-500Ah。規(guī)格低于固定防酸式蓄電池。

下面通過(guò)兩者對(duì)比，來(lái)分析這兩類蓄電池在實(shí)際使用情況。

二、兩種鉛酸蓄電池實(shí)際使用情況對(duì)比：

1、使用壽命

兩周蓄電池的設(shè)計(jì)壽命通常在12-15年，雖然兩者理論壽命都比較長(zhǎng)，但因環(huán)境溫度、浮充電壓設(shè)定值或定期維護(hù)方案的差別，實(shí)際使用壽命會(huì)有所不同。以實(shí)際情況來(lái)看，在電廠安裝調(diào)試階段，直流系統(tǒng)和蓄電池安裝后，因?yàn)閺S房通風(fēng)、制冷等配套系統(tǒng)未投用，會(huì)存在蓄電池工作環(huán)境溫度較高的現(xiàn)象，除此之外，調(diào)試期間的日常維護(hù)工作相對(duì)運(yùn)行后執(zhí)行情況也比較差。但在電廠商運(yùn)后，往往這兩種情況會(huì)轉(zhuǎn)好。因此，只要運(yùn)行維護(hù)方法得當(dāng)，蓄電池壽命基本可以達(dá)到10年以上。在安裝投運(yùn)十年左右，開(kāi)始規(guī)劃在大修維護(hù)中，分批整組更換蓄電池。

相比較來(lái)說(shuō)免維護(hù)蓄電池維護(hù)工作量小，不用定期補(bǔ)液。但因?yàn)槎嘤糜谕鈬鷱S房，重要程度較低，因此在日常維護(hù)方面工作較少，但根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，免維護(hù)蓄電池往往壽命低于頻繁維護(hù)的普通蓄電池。

2、維護(hù)工作對(duì)比

2.1普通蓄電池維護(hù)工作

要盡可能的延長(zhǎng)蓄電池的壽命，除了清潔、掃灰、通風(fēng)、測(cè)室溫，測(cè)量浮充電壓電流之類的常規(guī)定期工作，普通蓄電池保養(yǎng)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(huán)境溫度；2）.季度巡檢：測(cè)量單節(jié)電池電壓、以及電解液的溫度和密度；給電池補(bǔ)液，保持電解液高度在上液位線；設(shè)置均充維護(hù)后轉(zhuǎn)浮充運(yùn)行；3. 年檢查：清潔蓄電池極及裸露導(dǎo)體柱并涂凡士林（厚1-2mm）；核容試驗(yàn)，采用C10充放電整個(gè)過(guò)程需40小時(shí)左右。

在上述維護(hù)工作時(shí)，測(cè)量工作量較大，每組蓄電池視電壓等級(jí)不同有23-105節(jié)不等，試驗(yàn)期間需頻繁拆卸蓄電池頂部防酸栓，以便測(cè)量蓄電池電解液密度。尤其是在年度核容試驗(yàn)期間，每個(gè)一小時(shí)需要對(duì)所有電池進(jìn)行測(cè)量。使用的比重計(jì)通常為吸管式，每次測(cè)量時(shí)吸出酸液，在注射回電解液槽。這一過(guò)程中，必須確保吸管的潔凈度，如果測(cè)量其間混入雜質(zhì)，則會(huì)對(duì)蓄電池的性能造成影響。另一方面因?yàn)槠胀ㄐ铍姵仉娊庖赫舭l(fā)較快，如果直流母線運(yùn)行電壓較高、工作環(huán)境溫度較高，則蒸發(fā)情況更為明顯，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，幾乎每三個(gè)月都需要對(duì)各組蓄電池進(jìn)行補(bǔ)液。除此之外，因?yàn)樾铍姵胤浪崴ㄊ褂眯D(zhuǎn)可拆卸式，并帶有液位指示器，因?yàn)轭l繁拆裝以及浮球長(zhǎng)期浸泡，損壞率較高，因?yàn)樾铍姵財(cái)?shù)量多，經(jīng)常需要更換液位指示器。

2.2免維護(hù)式蓄電池

相比之下，免維護(hù)蓄電池只需要年度核容試驗(yàn)。雖然每三個(gè)月仍需要對(duì)蓄電池組進(jìn)行均充維護(hù)，但因?yàn)椴恍枰a(bǔ)液，定期轉(zhuǎn)均充維護(hù)可由UPS系統(tǒng)自動(dòng)完成。維護(hù)工作明顯較少。以某型號(hào)48V免維護(hù)蓄電池組為例，設(shè)置自動(dòng)維護(hù)方式為：定時(shí)均充周期2400h；定時(shí)均充時(shí)間720h；轉(zhuǎn)均充電流：0.06C10；轉(zhuǎn)均充容量：80%，穩(wěn)流均充電流：0.01C10，穩(wěn)流均充時(shí)間180分鐘，即可達(dá)到季度維護(hù)目的。

免維護(hù)蓄電池，密封程度高，而且不需要人工開(kāi)蓋檢測(cè)比重溫度等，不會(huì)產(chǎn)生酸霧、氣體，故電解液的消耗量非常小，在長(zhǎng)期運(yùn)行中不需補(bǔ)充任何液體。相對(duì)普通蓄電池來(lái)說(shuō)，免去了大量人力，節(jié)省了大量時(shí)間。

3、兩種蓄電池參數(shù)對(duì)比：

兩周蓄電池的區(qū)別是充放電是水的電解蒸發(fā)情況，蓄電池在充放電過(guò)程中，正極放出氧氣，負(fù)極放出氫氣，釋放酸霧并蒸發(fā)水分導(dǎo)致液位降低，必須頂起補(bǔ)水維護(hù)。而免維護(hù)蓄電池因?yàn)闃O板材料不同，提高氣體釋放的過(guò)電位，從而相對(duì)減少了氣體釋放量。另一方面，讓負(fù)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(tài)，因而不產(chǎn)生氫氣。在密封方面，采取密封式閥控濾酸結(jié)構(gòu)，使酸霧不能逸出。但免維護(hù)蓄電池并不意味著不維護(hù)，往往在實(shí)際應(yīng)用中，免維護(hù)蓄電池比普通蓄電池組壽命低。

3.1自放電特性，免維護(hù)蓄電池較好

在20-25℃的環(huán)境下，免維護(hù)蓄電池自放電要小與GFD蓄電池。也正因?yàn)槊饩S護(hù)電池自放電系數(shù)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(dāng)然，浮充電壓也不能過(guò)低，過(guò)低的電壓會(huì)使電池因充電不足，處在虧電狀態(tài)而導(dǎo)致加快報(bào)廢。

3.2十小時(shí)放電率放電特性曲線，免維護(hù)型蓄電池較好

從每年核容試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，免維護(hù)蓄電池在放電第5小時(shí)開(kāi)始，電池端電壓會(huì)降低至2V左右，而普通蓄電池在第3.5小時(shí)左右，端電壓陸續(xù)開(kāi)始降至2V以下。但總體下降趨勢(shì)基本類似，對(duì)蓄電池來(lái)說(shuō)，只要能滿足十小時(shí)放電核容試驗(yàn)，電壓降能夠達(dá)到技術(shù)要求即可。

3.3普通充電曲線，兩種蓄電池性能相當(dāng)。

在補(bǔ)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(shè)定的充電電壓電流下，可以保證充電量。但在充電過(guò)程中，由于電解液溫度會(huì)增長(zhǎng)較快，一般會(huì)上漲10℃左右，最高能達(dá)到40℃。這種情況下需要降低電流，增加通風(fēng)散熱。但免維護(hù)蓄電池因?yàn)闊o(wú)法直接測(cè)量電解液溫度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)定期測(cè)量。

三、總結(jié)

免維護(hù)蓄電池因?yàn)殡姵貎?nèi)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(wú)酸氣逸出、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。但正是因?yàn)槊饩S護(hù)工作量小，不能像普通鉛酸蓄電池一樣，定期加水維護(hù)。所以，即便是定期測(cè)量清潔、每年充放電核容，實(shí)際的使用壽命相對(duì)普通蓄電池來(lái)講，并沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)。因此對(duì)重要的直流系統(tǒng)仍采用了普通鉛酸蓄電池，通過(guò)人工定期試驗(yàn)來(lái)維持蓄電池較好的狀態(tài)。

另外，免維護(hù)蓄電池因?yàn)榉庋b嚴(yán)密，外殼不采用透明材質(zhì)，而普通蓄電池，可以通過(guò)巡檢，很直觀的判斷蓄電池內(nèi)部極板有沒(méi)有損壞、電解液有沒(méi)有變色變質(zhì)、有沒(méi)有大量氣泡析氫，還可以通過(guò)單獨(dú)測(cè)量每節(jié)電池的比重、電壓，來(lái)判斷單節(jié)蓄電池的性能是否合格。這對(duì)保證整組蓄電池的電壓穩(wěn)定、容量穩(wěn)定，有重要意義，而這些閥控式密封蓄電池都沒(méi)法做到。因此只能將免維護(hù)蓄電池應(yīng)用于外圍子項(xiàng)，對(duì)容量要求較小的UPS系統(tǒng)等等。

所以總體來(lái)說(shuō)，重要直流系統(tǒng)仍采用維護(hù)工作量較大的普通防酸鉛酸蓄電池，是基于設(shè)備性能的保守選擇，安全為主，對(duì)蓄電池的維護(hù)，多做一些維護(hù)保養(yǎng)工作。