核電廠電氣原理與設(shè)備單元07課時(shí)13-14蓄電池

一、蓄電池的介紹及充放電特性二、蓄電池組的運(yùn)行方式三、蓄電池特性參數(shù)四、富液式鉛酸蓄電池五、密封閥控式鉛酸蓄電池六、影響蓄電池的外部因素七、蓄電池的自放電八、蓄電池的九、蓄電池的定期容量試驗(yàn)在交流電異常的情況下，蓄電池作為獨(dú)立的電源，能夠?yàn)樨?fù)荷供電，提供供電的可靠性。目前廣泛使用的工業(yè)蓄電池主要分為酸性蓄電池和堿性蓄電池:酸性蓄電池主要指鉛酸蓄電池。堿性蓄電池主要分為鎘鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池、鋅鎳蓄電池、鎘銀蓄電池。其中應(yīng)用較多的是鎘鎳蓄電池。目前核電廠廣泛使用鉛酸蓄電池，主要是基于以下原因：使用鉛酸蓄電池較為經(jīng)濟(jì)，前期 投入相對(duì)較少。鉛酸蓄電池的使用壽命也有所提高；核電廠的廠房均設(shè)計(jì)了空調(diào)系統(tǒng)，溫度控制在20℃~25℃，在此溫度下時(shí)鉛酸蓄電池的最佳運(yùn)行溫度;核電廠的廠房設(shè)計(jì)一般較為緊湊，相對(duì)其他蓄電池來說，鉛酸蓄電池占地面積較小。在核電廠，普遍使用的鉛酸蓄電池分為兩種：a.密封閥控式鉛酸蓄電池

b.富液式鉛酸蓄電池富液式鉛酸蓄電池一般容量相對(duì)較大，使用 較長，一般可以達(dá)到10~15年，與核安全或工業(yè)安全相關(guān)的系統(tǒng)應(yīng)用較多。蓄電池的分類在核電廠，蓄電池的充電分為初充電、均衡充電、浮充電三種運(yùn)行方式。初充電，一般指蓄電池注完電解液后的首次充電，充電電壓設(shè)置較高，正常運(yùn)行期間一般不再采用。均衡充電，也稱升壓充電，是確保所有單體內(nèi)的活性物質(zhì)完全轉(zhuǎn)換的進(jìn)一步的充電。在蓄電池放電后進(jìn)行均衡充電可以使蓄電池放電過程產(chǎn)生的硫酸鉛及時(shí)還原，蓄電池容量可以迅速恢復(fù)。浮充電，是整流器在正常運(yùn)行時(shí)主要的運(yùn)行方式。浮充電的作用主要是補(bǔ)償蓄電池自放電，維持蓄電池在滿充狀態(tài)。蓄電池的充電（1）蓄電池充電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)式充電后，正極板恢復(fù)為二氧化鉛，負(fù)極板還原為鉛，并生成硫酸，電解硫酸液由稀變濃，恢復(fù)為原來數(shù)值。OA段，充電初期，正負(fù)極板硫酸析出，電勢(shì)增加快，外加電壓必須提高。AB段，電勢(shì)增加緩慢，電阻減小，只需少量增加外施電壓。AB段末期，充電電壓約2.3V,正負(fù)極板大部分物質(zhì)還原成PbO2.H和Pb。恒流充電BC段，繼續(xù)充電，負(fù)極板析出氫氣，正極板放出氧氣（水的電解），表面氣泡使電池內(nèi)阻增加，為此必須提高外加電壓。CD段，繼續(xù)充電，大量氫氣和氧氣析出。蓄電池停止充電，電壓立即降至2.3V。對(duì)新安裝的蓄電池進(jìn)行初充電。初充電的實(shí)質(zhì)是正極板的活性物質(zhì)變?yōu)槎趸U，和性能有極大關(guān)系。負(fù)極板變成鉛的過程。初次充電好壞對(duì)蓄電池的初充電是否完成可由下列現(xiàn)象判斷：a.每個(gè)電池均產(chǎn)生強(qiáng)烈氣泡；

b.單個(gè)電池電壓在2.6V以上；c.電解液密度升至穩(wěn)定，3h不變。蓄電池需要若干次充-放電循環(huán)，測(cè)量放電容量，直到達(dá)到額定容量，初充電才算完成。蓄電池初充足及充滿電標(biāo)志（1）蓄電池放電時(shí)的化學(xué)反應(yīng)式：放電后，正稀。負(fù)

變蓄電池的放電特性（2）充滿電的蓄電池，外接電阻，則產(chǎn)生放電電流（參見圖a）。若以10小時(shí)恒定放電電流,其電壓變化曲線如圖（b）所示。OA段：放電初期，因極板表面和活性物質(zhì)細(xì)孔內(nèi)硫酸濃度遞減，電池電壓驟降-電壓降低快。AB段：細(xì)孔中的析出水量和進(jìn)入的電解液達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，電壓微量減小。BC段：放電末期，硫酸鉛生成，堵塞細(xì)孔，硫酸不易進(jìn)入細(xì)孔，內(nèi)阻增大，電壓急劇降低。到1.8V，放電終了。CD段：

繼續(xù)放電，硫酸極少滲入細(xì)孔，內(nèi)阻急劇增大，電勢(shì)降低。過度放電，極板翹曲，損害電池或影響

。蓄電池電動(dòng)勢(shì)（開路電壓）指蓄電池在開路時(shí)正極平衡電極電勢(shì)與負(fù)極平衡電極電勢(shì)之差。蓄電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，歐姆內(nèi)阻與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)有關(guān)，并服從歐姆定律；極化內(nèi)阻由電極電荷的傳遞和擴(kuò)散極化引起的電阻，與蓄電池的工作條件、電極結(jié)構(gòu)有關(guān)，從歐姆定律。的電量；通常用蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）蓄電池剩余容量指蓄電池在一定放電條件下所能表示。蓄電池充放電特性指蓄電池在充放電的狀態(tài)下，蓄電池端電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系，分為蓄電池充電特性曲線和放電特性曲線。蓄電池剩余容量的測(cè)定方法：內(nèi)阻測(cè)量法：蓄電池剩余容量與內(nèi)阻間近似成反比關(guān)系。電解液密度測(cè)量法：蓄電池內(nèi)硫酸濃度與剩余容量有線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，只適合開口式的蓄電池。開路電壓法：開路電壓與剩余容量有很好的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，該關(guān)系受工作環(huán)境和使用 影響小。蓄電池組的運(yùn)行方式有兩種：充放電方式：蓄電池經(jīng)常接在直流母線上供負(fù)荷用電，充電機(jī)組則斷開。在充電時(shí)，起動(dòng)充電機(jī)組，一方面向蓄電池充電補(bǔ)充能量的（充電每兩天進(jìn)行一次）；另一方面供經(jīng)常性負(fù)荷用電。浮充電方式：用浮充電機(jī)組、硅整流器或晶閘管整流器作為浮充電源，浮充源與蓄電池并列運(yùn)行于直流母線上。浮充電源一方面供經(jīng)常性的直流負(fù)荷用電，另一方面以很小的電流向蓄電池充電，以補(bǔ)償蓄電池自放電的損耗。一般以采用浮充電的方式居多。富液式鉛酸蓄電池主要由正極板、負(fù)極板、微孔隔板、容器和可流動(dòng)的電解液等組成。負(fù)極板一般為凃膏式極板，極板的活性物質(zhì)是鉛，正極板的活性物質(zhì)是二氧化鉛，一般分為大面積極板和管狀極板。容器時(shí)有高強(qiáng)度、絕緣性能好、耐腐蝕、半透明的塑性材料制成。電解液位稀硫酸溶液。在正常運(yùn)行期間，密封閥控式鉛酸電池?zé)o法在日常 中通過檢測(cè)電解液密度來監(jiān)測(cè)蓄電池的荷電狀態(tài)。因此，在核電廠，密封閥控式鉛酸蓄電池一般應(yīng)用在非核安全用電系統(tǒng)。密封閥控式鉛酸蓄電池的需要添加水，一般也稱作免上作量較小，在蓄電池的整個(gè)使用 期間不蓄電池。密封閥控式鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理與富液式鉛酸蓄電池是相同的，但密封閥控式鉛酸蓄電池的電解液是不流動(dòng)的。依據(jù)電解液的存在形式，密封閥控式鉛酸蓄電池分為膠體電池和吸附式電池兩種類型:電解液與SiO2微粒的膠狀物混合形成膠狀電解質(zhì)，使用膠狀電解質(zhì)的電池稱作膠體電池。電解液吸收在玻璃纖維膜中的電池稱作吸附式電池。密封閥控式鉛酸蓄電池的分類溫度（1）溫度對(duì)電解液密度的影響溫度變化時(shí)，電解液會(huì)有熱脹冷縮的物理特性，低溫時(shí)密度上升。相反，溫度較高時(shí)密度降低。富液式鉛酸蓄電池酸密度的基準(zhǔn)溫度國內(nèi)外略有差別，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)溫度為25℃，歐洲標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)溫度為20℃。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)以廠家說明書規(guī)定的基準(zhǔn)溫度為標(biāo)準(zhǔn)。溫度對(duì)蓄電池容量的影響電解液溫度升高，電解液的密度降低，電解液的擴(kuò)散能力就會(huì)增強(qiáng)，活性物質(zhì)外部的硫酸擴(kuò)散到細(xì)孔中就會(huì)變得容易，化學(xué)反應(yīng)能力增強(qiáng)，因此隨著溫度的增加，容量增加；溫度降低則情況相反。溫度對(duì)蓄電池 的影響年平均溫度超過參考值10℃，電化學(xué)過程反應(yīng)速度增加一倍，進(jìn)而導(dǎo)致使用減少一半。在低溫使用 相應(yīng)地增加，但是會(huì)導(dǎo)致容量降低。浮充電壓過高，將導(dǎo)致浮充電流過大，增加水的分解，同時(shí)增加正極上氧氣的不必要的逸出。蓄電池腐蝕加劇，同時(shí)，由于浮充電壓的增加，水分解后產(chǎn)生的氣泡可能破壞活性物質(zhì)，使正極的活性物質(zhì)脫落，蓄電池的使用減少。浮充電壓過低，將導(dǎo)致充電電流過小，使蓄電池欠充電，造成負(fù)極板的活性物質(zhì)脫落，以及負(fù)極板硫化，同時(shí)還會(huì)降低蓄電池的容量，進(jìn)而減少蓄電池的使用。浮充電壓的影響在正常浮充運(yùn)行時(shí)，少量水會(huì)被電解。生成氫氣和氧氣。長時(shí)間運(yùn)行后蓄電池液面會(huì)降低，當(dāng)液面接近最低液面時(shí)需對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)水。如果補(bǔ)加的水質(zhì)沒有達(dá)到廠家的要求，或者雜質(zhì)通過其他途徑進(jìn)入電解液，均會(huì)導(dǎo)致浮充電流的增加，增加水的分解，加速腐蝕，蓄電池的使用 將減少。雜質(zhì)的影響自放電是電池時(shí)刻都在進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)過程，即使沒有任何負(fù)載的情況下，自放電也同樣在進(jìn)行。蓄電池自放電的主要原因是:電解液和極板中含有雜質(zhì)。電解液中的雜質(zhì)，可形成 漏電導(dǎo)，引起自放電。極板中的雜質(zhì)在極板上可形成局部的小電池，小電池的兩極又形成短路回路，引起蓄電池的自放電。蓄電池定期檢查 的主要目的:就是發(fā)現(xiàn)蓄電池單體電壓、酸密度池保持最佳運(yùn)行狀態(tài);對(duì)蓄電池的荷電狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè);

c.對(duì)蓄電池故障的防控。后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行均衡充電，使蓄電蓄電池

項(xiàng)目包括:測(cè)量電解液密度、電解液溫度、單體電壓、電池組電壓、蓄電池組的浮充電流、環(huán)境溫度、蓄電池連接片的腐蝕情況檢查和蓄電池組的容量試驗(yàn)等。蓄電池在使用中應(yīng)保持良好的狀態(tài)，

使用要點(diǎn)掌握以下三個(gè)：蓄電池和其外部設(shè)備連接部位的檢查、整修、清理；電解液液位的檢查，蒸餾水的補(bǔ)充；容量的檢查和及時(shí)充電。在核電廠，蓄電池的定期容量試驗(yàn)一般包括性能試驗(yàn)和運(yùn)行試驗(yàn)。此外如果設(shè)計(jì)負(fù)載需要短時(shí)大電流，則應(yīng)進(jìn)行更改的性能試驗(yàn)，更改的性能試驗(yàn)可以替代運(yùn)行試驗(yàn)。（1）性能試驗(yàn)是蓄電他投入運(yùn)行后，為探測(cè)蓄電池容量的任何變化，在蓄電池上進(jìn)行的容量試驗(yàn)。反映蓄電池的初始容量或基準(zhǔn)