RO《核电厂电气原理与设备》单元07(课时13-14)蓄电池

第七单元蓄电池主要内容一、蓄电池的介绍及充放电特性二、蓄电池组的运行方式三、蓄电池特性参数四、富液式铅酸蓄电池五、密封阀控式铅酸蓄电池六、影响蓄电池的外部因素七、蓄电池的自放电八、蓄电池的维护九、蓄电池的定期容量试验7.1蓄电池的介绍在交流电异常的情况下，蓄电池作为独立的电源，能够为负荷供电，提供供电的可靠性。目前广泛使用的工业蓄电池主要分为酸性蓄电池和碱性蓄电池:酸性蓄电池主要指铅酸蓄电池。碱性蓄电池主要分为镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、锌镍蓄电池、镉银蓄电池。其中应用较多的是镉镍蓄电池。7.1蓄电池的介绍目前核电厂广泛使用铅酸蓄电池，主要是基于以下原因：

（1）使用铅酸蓄电池较为经济，前期资金投入相对较少。铅酸蓄电池的使用寿命也有所提高；

（2）核电厂的厂房均设计了空调系统，温度控制在20℃~25℃，在此温度下时铅酸蓄电池的最佳运行温度;

（3）核电厂的厂房设计一般较为紧凑，相对其他蓄电池来说，铅酸蓄电池占地面积较小。7.1蓄电池的介绍在核电厂，普遍使用的铅酸蓄电池分为两种：

a.密封阀控式铅酸蓄电池

b.富液式铅酸蓄电池富液式铅酸蓄电池一般容量相对较大，使用寿命较长，一般可以达到10~15年，与核安全或工业安全相关的系统应用较多。

蓄电池的分类7.1蓄电池的介绍在核电厂，蓄电池的充电分为初充电、均衡充电、浮充电三种运行方式。初充电，一般指蓄电池注完电解液后的首次充电，充电电压设置较高，正常运行期间一般不再采用。均衡充电，也称升压充电，是确保所有单体内的活性物质完全转换的进一步的充电。在蓄电池放电后进行均衡充电可以使蓄电池放电过程产生的硫酸铅及时还原，蓄电池容量可以迅速恢复。浮充电，是整流器在正常运行时主要的运行方式。浮充电的作用主要是补偿蓄电池自放电，维持蓄电池在满充状态。蓄电池的充电7.1蓄电池的介绍（1）蓄电池充电时的化学反应式充电后，正极板恢复为二氧化铅，负极板还原为铅，并生成硫酸，电解硫酸液由稀变浓，恢复为原来数值。7.1蓄电池的介绍OA段，充电初期，正负极板硫酸析出，电势增加快，外加电压必须提高。AB段，电势增加缓慢，电阻减小，只需少量增加外施电压。AB段末期，充电电压约2.3V,正负极板大部分物质还原成PbO2.H和Pb。恒流充电7.1蓄电池的介绍BC段，继续充电，负极板析出氢气，正极板放出氧气（水的电解），表面气泡使电池内阻增加，为此必须提高外加电压。CD段，继续充电，大量氢气和氧气析出。蓄电池停止充电，电压立即降至2.3V。7.1蓄电池的介绍对新安装的蓄电池进行初充电。初充电的实质是正极板的活性物质变为二氧化铅，负极板变成铅的过程。初次充电好坏对蓄电池的寿命和性能有极大关系。

初充电是否完成可由下列现象判断：

a.每个电池均产生强烈气泡；

b.单个电池电压在2.6V以上；

c.电解液密度升至稳定，3h不变。蓄电池需要若干次充-放电循环，测量放电容量，直到达到额定容量，初充电才算完成。蓄电池初充足及充满电标志7.1蓄电池的介绍（1）蓄电池放电时的化学反应式：放电后，正负极板活性物质变为硫酸铅，并生成水，硫酸液由浓变稀。蓄电池的放电特性7.1蓄电池的介绍（2）充满电的蓄电池，外接电阻，则产生放电电流（参见图a）。若以10小时恒定放电电流,其电压变化曲线如图（b）所示。7.1蓄电池的介绍OA段：放电初期，因极板表面和活性物质细孔内硫酸浓度递减，电池电压骤降-电压降低快。AB段：细孔中的析出水量和进入的电解液达到动态平衡，电压微量减小。BC段：放电末期，硫酸铅生成，堵塞细孔，硫酸不易进入细孔，内阻增大，电压急剧降低。到1.8V，放电终了。CD段：继续放电，硫酸极少渗入细孔，内阻急剧增大，电势降低。过度放电，极板翘曲，损害电池或影响寿命。7.2蓄电池的特性参数蓄电池电动势（开路电压）指蓄电池在开路时正极平衡电极电势与负极平衡电极电势之差。蓄电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻与电池的尺寸、结构有关，并服从欧姆定律；极化内阻由电极电荷的传递和扩散极化引起的电阻，与蓄电池的工作条件、电极结构有关，不服从欧姆定律。7.2蓄电池的特性参数蓄电池剩余容量指蓄电池在一定放电条件下所能释放的电量；通常用蓄电池荷电状态（SOC）表示。蓄电池充放电特性

指蓄电池在充放电的状态下，蓄电池端电压随时间的变化关系，分为蓄电池充电特性曲线和放电特性曲线。7.2蓄电池的特性参数

蓄电池剩余容量的测定方法：（1）内阻测量法：蓄电池剩余容量与内阻间近似成反比关系。（2）电解液密度测量法：蓄电池内硫酸浓度与剩余容量有线性对应关系，只适合开口式的蓄电池。（3）开路电压法：开路电压与剩余容量有很好的线性对应关系，该关系受工作环境和使用寿命影响小。7.3蓄电池组的运行方式蓄电池组的运行方式有两种：

（1）充放电方式：蓄电池经常接在直流母线上供负荷用电，充电机组则断开。在充电时，起动充电机组，一方面向蓄电池充电补充能量的储存（充电每两天进行一次）；另一方面供经常性负荷用电。

（2）浮充电方式：用浮充电机组、硅整流器或晶闸管整流器作为浮充电源，浮充源与蓄电池并列运行于直流母线上。浮充电源一方面供经常性的直流负荷用电，另一方面以很小的电流向蓄电池充电，以补偿蓄电池自放电的损耗。一般以采用浮充电的方式居多。7.4富液式铅酸蓄电池富液式铅酸蓄电池主要由正极板、负极板、微孔隔板、容器和可流动的电解液等组成。（1）负极板一般为凃膏式极板，极板的活性物质是铅，正极板的活性物质是二氧化铅，一般分为大面积极板和管状极板。（2）容器时有高强度、绝缘性能好、耐腐蚀、半透明的塑性材料制成。（3）电解液位稀硫酸溶液。7.5密封阀控式铅酸蓄电池在正常运行期间，密封阀控式铅酸电池无法在日常维护中通过检测电解液密度来监测蓄电池的荷电状态。因此，在核电厂，密封阀控式铅酸蓄电池一般应用在非核安全用电系统。密封阀控式铅酸蓄电池的维护上作量较小，在蓄电池的整个使用寿命期间不需要添加水，一般也称作免维护蓄电池。7.5密封阀控式铅酸蓄电池密封阀控式铅酸蓄电池的电化学反应原理与富液式铅酸蓄电池是相同的，但密封阀控式铅酸蓄电池的电解液是不流动的。

依据电解液的存在形式，密封阀控式铅酸蓄电池分为胶体电池和吸附式电池两种类型:

a.电解液与SiO2微粒的胶状物混合形成胶状电解质，使用胶状电解质的电池称作胶体电池。

b.电解液吸收在玻璃纤维膜中的电池称作吸附式电池。密封阀控式铅酸蓄电池的分类7.6影响蓄电池的外部因素

温度（1）温度对电解液密度的影响温度变化时，电解液会有热胀冷缩的物理特性，低温时密度上升。相反，温度较高时密度降低。

富液式铅酸蓄电池酸密度的基准温度国内外略有差别，国内标准的基准温度为25℃，欧洲标准的基准温度为20℃。在实际应用中，应以厂家说明书规定的基准温度为标准。7.6影响蓄电池的外部因素（2）温度对蓄电池容量的影响电解液温度升高，电解液的密度降低，电解液的扩散能力就会增强，活性物质外部的硫酸扩散到细孔中就会变得容易，化学反应能力增强，因此随着温度的增加，容量增加；温度降低则情况相反。（3）温度对蓄电池寿命的影响年平均温度超过参考值10℃，电化学过程反应速度增加一倍，进而导致使用寿命减少一半。在低温使用寿命相应地增加，但是会导致容量降低。7.6影响蓄电池的外部因素

（1）浮充电压过高，将导致浮充电流过大，增加水的分解，同时增加正极上氧气的不必要的逸出。蓄电池内部腐蚀加剧，同时，由于浮充电压的增加，水分解后产生的气泡可能破坏活性物质，使正极的活性物质脱落，蓄电池的使用寿命减少。

（2）浮充电压过低，将导致充电电流过小，使蓄电池欠充电，造成负极板的活性物质脱落，以及负极板硫化，同时还会降低蓄电池的容量，进而减少蓄电池的使用寿命。浮充电压的影响7.6影响蓄电池的外部因素

在正常浮充运行时，少量水会被电解。生成氢气和氧气。长时间运行后蓄电池液面会降低，当液面接近最低液面时需对蓄电池进行补水。

如果补加的水质没有达到厂家的要求，或者杂质通过其他途径进入电解液，均会导致浮充电流的增加，增加水的分解，加速腐蚀，蓄电池的使用寿命将减少。杂质的影响7.7蓄电池的自放电自放电是电池时刻都在进行的化学反应过程，即使没有任何负载的情况下，自放电也同样在进行。蓄电池自放电的主要原因是:

电解液和极板中含有杂质。电解液中的杂质，可形成内部漏电导，引起自放电。极板中的杂质在极板上可形成局部的小电池，小电池的两极又形成短路回路，引起蓄电池的自放电。7.8蓄电池的维护蓄电池定期检查维护的主要目的:

a.就是发现蓄电池单体电压、酸密度出现偏差后应及时进行均衡充电，使蓄电池保持最佳运行状态;

b.对蓄电池的荷电状态信息的监测;

c.对蓄电池故障的防控。蓄电池维护项目包括:测量电解液密度、电解液温度、单体电压、电池组电压、蓄电池组的浮充电流、环境温度、蓄电池连接片的腐蚀情况检查和蓄电池组的容量试验等。7.8蓄电池的维护蓄电池在使用中应保持良好的状态，维护使用要点掌握以下三个：（1）蓄电池和其外部设备连接部位的检查、整修、清理；（2）电解液液位的检查，蒸馏水的补充；（3）容量的检查和及时充电。7.9蓄电池的定期容量试验在核电厂，蓄电池的定期容量试验一般包括性能试验和运行试验。此外如果设计负载需要短时大电流，则应进行更改的性能试验，更改的性能试验可以替代运行试验。（1）性能试验是蓄电他投入运行后，为探测蓄电池容量的任何变化，在蓄电池上进行的容量试验。反映蓄电池的初始容量