AP1000核電站IDS系統(tǒng)介紹與蓄電池交付試驗分析

楊海波

(國核工程有限公司，上海200233)

AP1000核電站IDS系統(tǒng)介紹與蓄電池交付試驗分析

楊海波

(國核工程有限公司，上海200233)

AP1000是一種先進(jìn)的“非能動型壓水堆核電技術(shù)”。AP1000最大的特點就是設(shè)計簡練，易于操作，而且充分利用了諸多“非能動的安全體系”，這樣既進(jìn)一步提高了核電站的安全性，同時也能顯著降低核電機(jī)組建設(shè)以及長期運營的成本。主要介紹了AP1000核電站中IDS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，闡述了IDS中蓄電池交付試驗的驗收方法，以IDS中的72 h蓄電池組為例，分析了交付試驗的結(jié)果。經(jīng)過試驗分析，可以為2 h，24 h等其他蓄電池組的試驗和驗收提供合理的借鑒。

AP1000；IDS；蓄電池；相對容量

在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術(shù)的基礎(chǔ)上，AP1000引入安全系統(tǒng)非能動理念，使核電廠安全系統(tǒng)的設(shè)計發(fā)生了革新的變化。由于采用非能動安全系統(tǒng)，大大降低了發(fā)生人因錯誤的可能性，使AP1000的安全性能得到顯著提高的同時也提高了經(jīng)濟(jì)性。作為第三代核電站，AP1000是我國三代核電的發(fā)展方向。AP1000系統(tǒng)的新理念，使得供電系統(tǒng)的接線及其裝置更加簡單，更便于操作。AP1000廠用電在設(shè)計基準(zhǔn)事故下，由1E級直流和不間斷電源系統(tǒng)(IDS)的直流電源系統(tǒng)向電廠相關(guān)儀表、控制、監(jiān)測、和其他重要功能所要求的安全級的設(shè)備提供電源。IDS系統(tǒng)的容量可按照不同安全要求，對分為24 h和72 h兩種供電負(fù)載提供可靠、不間斷電源。

1 IDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介[1]

核電廠直流電力系統(tǒng)由獨立的1E級的直流和UPS系統(tǒng)(IDS)和非1E級的直流和UPS系統(tǒng)(EDS)直流電力系統(tǒng)組成[2-3]。每一個系統(tǒng)包括不接地蓄電池組、直流配電裝置和不間斷電源。IDS系統(tǒng)由A、B、C、D四個獨立的直流序列。A、D序列各包括一個蓄電池組、一個配電盤和一個蓄電池充電器。B和C序列各自包括兩個蓄電池組，兩個配電盤和兩個蓄電池充電器。四個序列中的第一個蓄電池組指定為24 h蓄電池組，在失去所有交流電源并且發(fā)生設(shè)計基準(zhǔn)事故時，能給負(fù)載提供必需的最初24 h的電力。在B和C序列中的第二個蓄電池組指定為72 h蓄電池組，在出現(xiàn)同樣的事件后，用來為負(fù)載提供必需的72 h的電力。

IDS系統(tǒng)還配有一個備用蓄電池充電器和備用蓄電池組作為1E級和非1E級直流和不間斷電源系統(tǒng)的備用電源。

2 IDS系統(tǒng)功能

IDS向用于電廠啟動、正常運行和正?；驊?yīng)急停堆的電廠儀表、控制、監(jiān)測和其他重要功能提供不間斷電源[4]。在所有廠內(nèi)廠外交流電源均不可用時，直流蓄電池向那些需要不間斷運行的直流和交流負(fù)載供電。另外，IDS系統(tǒng)也向主控室(MCR)和遠(yuǎn)程停堆工作站(RSW)的正?；驊?yīng)急照明供電。

IDS系統(tǒng)向持續(xù)負(fù)荷供電并同時經(jīng)充電器向蓄電池充電。當(dāng)一個逆變器不可用時，通過調(diào)壓變壓器向1E級UPS負(fù)載提供后備電源。

IDS上的負(fù)載主要是1E級電動閥。IDS上的負(fù)載主要是保護(hù)和安全監(jiān)測系統(tǒng)機(jī)柜。

3 IDS蓄電池供電要求

在IDS的設(shè)計中，蓄電池的終止放電電壓為1.75 V/個。由于事故后不同時間內(nèi)蓄電池需要給不同的負(fù)荷供電，因此其容量需根據(jù)具體的蓄電池負(fù)荷周期來計算。每組蓄電池所帶的負(fù)荷不同，因此各自的負(fù)荷周期也不同。以IDS系統(tǒng)蓄電池IDSB-DB-2A/2B為例，事故后72 h內(nèi)蓄電池的負(fù)荷周期如圖1所示。

圖1 IDSB-DB-2A/2B負(fù)荷周期圖

事故后的負(fù)荷包括正常運行和事故后都需要運行的負(fù)荷、事故后需立即啟動的閥門及事故后一段時間啟動的其它負(fù)荷等。由圖1知，在事故后第10min，由于部分負(fù)荷需要啟動，因此負(fù)荷的啟動電流使得10m in內(nèi)的負(fù)荷電流較大；10m in后，負(fù)荷已啟動，所帶負(fù)荷主要為事故后需要運行的負(fù)荷。

4 蓄電池交付試驗

4.1 蓄電池交付試驗的方案設(shè)計

蓄電池的交付試驗方案一般需要從兩個方面考慮。其一，根據(jù)供應(yīng)商的管理要求，對特定型號的蓄電池都有不同的交付試驗。其二，根據(jù)買方的具體要求，制定特殊的試驗方案進(jìn)行交付試驗。交付試驗的方案需要考慮以下因素：蓄電池容量、蓄電池放電電流、蓄電池放電時間、蓄電池連接方式、試驗記錄、試驗設(shè)備和環(huán)境條件、試驗人員等。

蓄電池交付試驗一般步驟如下：

試驗方案確定后，供應(yīng)商提供試驗程序經(jīng)買方認(rèn)可后，方可進(jìn)行試驗。

4.2 AP1000蓄電池交付試驗的驗收依據(jù)

在蓄電池的交付試驗前，需要根據(jù)IEEE450和設(shè)計規(guī)格書等采購文件編制試驗程序，也就是根據(jù)買方要求進(jìn)行試驗。試驗程序中要根據(jù)蓄電池組的供電要求確定放電電流和放電時間，進(jìn)行放電試驗。試驗后需要通過以下步驟確認(rèn)是否合格。

(1)根據(jù)IEEE450性能試驗的要求，按照以下公式計算蓄電池的相對容量：

式中：C為蓄電池在25℃時的相對容量，%；Ta為放電到規(guī)定終止電壓的實際試驗時間，h；Ts為放電到規(guī)定終止電壓的額定時間，h；

(2)所有的數(shù)據(jù)已經(jīng)清楚記錄；

(3)測試回路必須100%滿足買方容量要求；

(4)在放電后完成后單個電池的電壓不能低于要求的終止電壓的0.1 V。

4.3 AP1000核電IDS系統(tǒng)蓄電池的交付試驗結(jié)果分析

根據(jù)技術(shù)規(guī)格書的要求，蓄電池容量需要達(dá)到2 400 Ah，放電電流需要滿足圖1所示負(fù)荷電流要求。因此在交付試驗時，放電試驗考慮分三個階段連續(xù)進(jìn)行，階段1放電電流設(shè)置為1 855 A，持續(xù)1m in；階段2放電電流設(shè)置為38 A，持續(xù)時間到72 h；階段三放電流為304 A，放電到終止電壓結(jié)束。放電電流可如圖2所示。取IDSB-DB-2A/2B中的10個電池為一組來分析蓄電池試驗結(jié)果。試驗數(shù)據(jù)記錄如表1所示。

圖2 交付試驗放電電流

根據(jù)以上記錄的試驗數(shù)據(jù)，可得到平均電壓曲線，如圖3所示。在放電的第一階段，由于放電電流達(dá)1 855 A，因此電壓降比較明顯。從第二階段開始，放電電流為38 A，平均電壓開始由2.03 V逐漸降低，到72 h時，平均電壓降低到1.91 V，滿足規(guī)格書供電要求。第三階段放電電流增加到304 A，使平均電壓迅速降至終止電壓1.75 V，此時蓄電池組共放電72 h 56m in。

圖3 交付試驗平均電壓

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可見，這組電池達(dá)到終止電壓的放電時間為72 h56min，該類型的電池規(guī)定的放電到終止電壓時的時間為72 h。因此根據(jù)公示C=(Ta/Ts)×100可以計算出電池的相對容量。

通過數(shù)據(jù)的記錄和相對容量的計算，可以清楚地看到這組電池組的交付試驗滿足IDS系統(tǒng)的供電要求。同樣可以按照此方法對A、B、C、D序列的24 h蓄電池組進(jìn)行試驗和分析，對C序列的72 h電池組進(jìn)行試驗和分析。

5 結(jié)束語

IDS系統(tǒng)為核電站運行和投資保護(hù)提供所需的直流和UPS電源，了解IDS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能是進(jìn)行相關(guān)采購工作的基礎(chǔ)。本文介紹了AP1000核電站IDS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，并且闡述了IDS蓄電池交付試驗的方法，以AP1000核電廠IDS中的72 h蓄電池組為例，分析了試驗數(shù)據(jù)和驗證了試驗方法。本文提到的試驗方法同時可以應(yīng)用IDS的其他序列蓄電池組的交付試驗和EDS的蓄電池組試驗。目前AP1000后續(xù)項目陸續(xù)推進(jìn)，本文提到的方法和分析同樣能為后續(xù)項目蓄電池的采購和試驗提供重要的參考。

[1]林誠格.非能動安全先進(jìn)核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.

[2]熊峰.發(fā)電廠UPS系統(tǒng)的設(shè)計探討[J].電氣應(yīng)用，2009，28(5)：62-64.

[3]陶果，馮玉萍.AP1000核電站EDS系統(tǒng)分析與蓄電池容量計算[J].電工技術(shù)，2011，5：19-20.

[4]武斌.AP1000堆型與AES-91堆型直流及UPS系統(tǒng)對比分析[J].電工技術(shù)，2013，5：1-3.

AP1000 nuclear power plant IDS instruction and batteriesacceptance testanalysis

YANG Hai-bo
(State NuclearPowerEngineering Company，Shanghai200233，China)

AP1000 is an advanced passive nuclear power technology.AP1000 has easier design，operation and more passive safety system.This concept improves the nuclear power plant safety and reduces the cost of construction and operation.The IDS structure and function were described.Themethod of batteries testwas introduced and the test resultof72 h batteries in the IDS was analyzed.Itprovides valuable basic testmethod for other batteries test.

AP1000;IDS;battery;relative capacity

TM 912

A

1002-087 X(2016)07-1426-03

2015-12-05

楊海波(1984—)，男，陜西省人，工程師，主要研究方向為核電站電氣設(shè)備采購質(zhì)量管理。