【其他行业标准】 核电厂用蓄电池 第1部分：容量确定

ICS 29.220.10;27.120.99
备案号：29126-2010
中华人民共和国能源行业标准
NB/T20028.1—2010
代替EJ/T525.1-2002
核电厂用蓄电池
第1部分：容量确定
ThebatteriesusedinnuclearpowerplantsPart1:Recommendedpracticeforsizing2010-05-01发布
国家能源局
2010-10-01实施
范围，
规范性引用文件
术语和定义
负载确定...
负载分类.
4.3工作周期图
蓄电池的选择
确定蓄电池组的容量
概述，
蓄电池的数量
附加考患，
蓄电池容量
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
恒定功率转换成恒定电流
确定铅酸蓄电池容量的举例，
需要的蓄电池数量
要求的蓄电池容量
附录C（资料性附录）
确定镉镍蓄电池容量的举例
需要的蓄电池数量
要求的蓄电池容量
附录D（资料性附录）
D.2方法、
D.3计算举例
计算放电期间的铅酸荐电池电压D.3.1例1（使用“扇”形曲线）D.3.2
例2(使用“s\形曲线)
附录E（资料性附录）
参考文献
计算镉镍蓄电池容量的计算因子NB/T20028.1--2010
NB/T20028.1—2010
NB/T20028《核电厂用蓄电池》分为四个部分：第1部分：容量确定；
一第2部分：安装设计和安装准则：-第3部分：质量鉴定（EJ/T573—91)；一第4部分：维护、试验和更换方法。本部分为NB/T20028的第1部分。本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。目前核电厂使用的蓄电池主要是铅酸蓄电池，镍蓄电池也有少量应用。考虑到今后的需求，本部分在修订过程中增加了镉镍蓄电池的内容。本部分铅酸蓄电池的技术内容采用IEEEStd485一1997《固定式铅酸蓄电池容量确定的推荐实施方法》，镉镍蓄电池的技术内容采用IEEEStd1115一2000《固定式镉镍蓄电池容量确定的推荐实施方法》。本部分代替EJ/T525.1一2002《核电厂用铅酸蓄电池第1部分：容量确定》，与EJ/T525.1一2002相比主要有以下变化：
a）标准名称改为《核电厂用蓄电池第1部分：容量确定》；b）第1章增加了镉镍蓄电池的内容；第3章增加了“可用容量”术语，根据GB/T2900.11《蓄电池名词术语》还增加了“放电率”、“铅酸蓄电池”和“镍蓄电池”并对“额定容量”、“排气式蓄电池”的定义进行了修改；在“4.2负载分类”中将“瞬时负载（时间≤1min）”作为“间断负载”的特例与其合并；d)
e）6.2、6.3和6.4增加6.2.1、6.3.1和6.4.1“一般要求”，以消除悬置段；增加了“6.2.4以充电时间为限制因素（镉镍蓄电池）”；f)
6.3.4和6.3.5增加了镍蓄电池的内容；g)
h）增加了“6.3.6恒压充电的影响（镉镍蓄电池）”；i）6.4增加了镉镍蓄电池的内容：附录A改为“恒定功率转换成恒定电流”：附录B改为“确定铅酸蓄电池容量的举例”；k)
附录C改为“确定辐镍蓄电池容量的举例”；1)
将原附录C改为附录D，名称改为“计算放电期间的铅酸蓄电池电压”；m)
n）增加了附录E“计算镉镍蓄电池容量的计算因子”NB/T20028《核电厂用蓄电池》是对GB/T14546一1993《核电厂安全级直流电力系统设计准则》的补充。
本部分由中国核工业集团公司提出。本部分由核工业标准化研究所归口。本部分起草单位：核工业标准化研究所。本部分主要起草人：张京长、牛祝年。EJ/T525.1于1992年3月首次发布，2002年11月第一次修订。I
1范围
核电厂用蓄电池
第1部分：容量确定
NB/T20028.1—2010
本部分规定了在全浮充运行条件下确定直流负载和为该负载供电的固定式蓄电池（包括铅酸蓄电池和镉镍蓄电池，除特指外以下简称蓄电池容量的方法，并且给出了选择蓄电池需要考虑的一些因素。本部分适用于核电厂用蓄电池容量的确定。本部分不适用于其他类型的蓄电池，也不适用于直流系统的设计和蓄电池充电器容量的确定。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。NB/T20028.2核电厂用蓄电池第2部分：安装设计和安装准则NB/T20028.4核电厂用蓄电池第4部分：维护、试验和更换方法IEEEStd1184-1994不间断电源用蓄电池的选择和容量确定导则3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
availablecapacity
可用容量
在规定的运行条件下，对给定的放电时间和放电终止电压，蓄电池可提供的容量。3.2
蓄电池工作周期batterydutycycle预期由蓄电池给负载供电的那段时间。3.3
（铅酸）蓄电池的容量cellsize单个蓄电池的额定容量或单个蓄电池里正极板的数目。3.4
放电率dischargerate
蓄电池放电时用安培表示的电流。3.5
NB/T20028.1——2010
equalizingcharge
均衡充电
在蓄电池组工作期间，为了校正蓄电池之间电压和电解液比重的不均衡，以高于正常浮充电压的电压对蓄电池组进行长时间充电。3.6
全浮充（恒压）运行fullfloat（constantpotential）operation带有蓄电池、蓄电池充电器和所有并联负载的直流系统的运行方式，此时蓄电池充电器一方面给正常的直流负载供电，另一方面还要给蓄电池提供所需的充电电流（只有当负载电流超过充电器输出时，蓄电池才供电）。
lead-acidbattery
铅酸蓄电池
电极主要由铅制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。3.8
镐镍蓄电池nickel-cadmiumbattery止极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由镉制成的一3.9
时段period
种碱性蓄电池。
蓄电池工作周期内的一段时间。为了计算蓄电池的容量，在此时间段内负载假定为常数。3.10
额定容量ratedcapacity
在规定的条件下，蓄电池完全充电后所能提供的出制造厂标明的安时电量。3.11
阀控式铅酸蓄电池
valve-regulatedlead-acid(VRLA)cell装有阀门的密闭铅酸蓄电池，当其内部的气体压力超过预定值时阀门打开。这类电池对内部产生的氧和氢提供一种重新复合的方法，用来抑制氢气的逸出以减小水的损耗。3.12
排气式蓄电池ventedbattery
蓄电池盖上有孔，可装有排气装置，允许气体产物逸出的一种蓄电池。4负载确定
4.1概述
蓄电池工作周期取决于直流系统的设计和安装要求。当发生下述情况时，蓄电池应提供所需的直流电流：
在直流系统中，负载超过蓄电池充电器的最大输出：蓄电池充电器的输出中断：
c）交流电源丧失(可导致比b)要求更大的直流功率)。NB/T20028.1—2010
根据蓄电池的负载和供电持续时间，应使用上述情况中的最严酷工况来确定要安装的蓄电池容量。4.2负载分类
4.2.1连续负载
连续负载在整个工作周期内均通电。这些负载通常由蓄电池充电器供电，而且在工作周期开始时接入。典型的连续负载有：
照明：
连续运行的电动机：
转换器(例如逆变器)；
指示灯；
连续通电的线圈；
信号装置：
通信系统。
间断负载
间断负载仅在工作周期内的一部分时间通电。这些负载可能在工作周期的任何时间接入、可能持续段时间、可能被白动切除或手动切除，或者可能保持到工作周期结束。当几个负载在相同的短时段内出现且单个负载出现顺序不能确定时，应假定负载是在该时段内出现所有负载的总和。如果单个负载顺序可以确定，则假定负载是在该时段内某一瞬间出现的最大负载。如果铅酸蓄电池的间断负载持续时间小于1min，通常认为持续时间是1min。如果辐镍蓄电池的间断负载持续时间小于1s，通常认为持续时间是1s。典型的间断负载有：
应急泵电动机；
重要通风系统的电动机；
消防系统；
开关柜动作；
电动阀动作；
隔离开关动作；
发电机的起励：
电动机启动电流；
浪涌电流。
其他考虑
4.2.1和4.2.2所列的典型负载不是蓄电池直流负载的全部。蓄电池的负载通常是恒定功率、恒定电阻或恒定电流。为了确定蓄电池容量，将负载规定为恒定功率或恒定电流。设计者应仔细审查每一个系统，以保证包括所有可能存在的负载及其变化，参见附录A。4.3工作周期图
4.3.1一般要求
工作周期图（见图1）显示该周期内任意时刻的总负载，是工作周期分析的一个辅助手段。绘制这样一张图，要求将周期内所有负载（以电流或功率表示）与它们预期接入和切除的时间一起列出。工作周期的总时间由蓄电池组的要求确定。3
NB/T20028.1—2010
4.3.2已知负载
应将接入和切除时间已知的负载在图上标绘出来。如果已知接入时间，但切除时间不明确，就应假定负载一直持续到工作周期结束。4.3.3随机负载
为了模拟蓄电池的最大负载，随机出现的间断负载应在工作周期中最严酷的时刻出现。为了确定最严酷的时刻，需要确定在没有随机负载时的蓄电池容量，并且标出决定蓄电池容量的工作周期，然后在图1所示工作周期的严酷区间末端叠加上随机负载（见6.4.2.4和6.4.3.4）。电流(A)
+时间(nin)
注：T.铅酸蓄电池为1min，镭镍幕电池为0.08mintT.铅酸蓄电池为179min，镉镍蓄电池为179.4min。图1
4.3.4工作周期举例
工作周期图
图1是由下面假定的以电流（安培）表示的负载所组成的工作周期图。当工作周期包括恒定功率和恒定电流负载时，通常能很方便地将功率负载转换成电流负载（参见附录A）。L40A，持续3h的连续负载；
L280A，L负载的启动电流，5s；L60A，从5s持续到第120min的间断负载：L—100A，从第30min持续到第120min的间断负载：Ls80A，从第30min持续到第60min的间断负载；L—80A，在工作周期结束时的负载，已知的顺序是：40A，最初5s，
80A，紧接着10s，
30A，紧接着20s，
可以保守地认为80A负载持续35s（铅酸蓄电池为1min）；4
NB/T20028.1—2010
L一100A，持续1min的随机负载，包括在工作周期内随时可能出现的四个25A负载，假定它们同时出现。
具体实例参见附录B和附录C。从图1可以看出最初的120min是工作周期的严酷区间。由虚线表示的随机负载位丁工作周期内，在第120min终止。5蓄电池的选择
不同的蓄电池设计具有不同的充电、放电和老化特性，见IEEEStd1184一1994。对于特定应用，为了选择合适的蓄电池，应向蓄电池制造厂丁解有关蓄电池的详细设计和性能特性。为特定应用选择蓄电池时应考虑下列因素：
物理特性，如蓄电池的尺寸和重量、外壳材料、连接条及极柱等：a)
蓄电池组的设计寿命和单个蓄电池的预期寿命；放电的频次和深度；
环境温度（持续高温将缩短蓄电池的寿命，见NB/T20028.2）；充电特性：
维护要求：
蓄电池取向要求（仅适用于VRLA)；通风要求；
冲击和振动；
抗震性能。
确定蓄电池组的容量
6.1概述
决定蓄电池组的容量（蓄电池的数量和额定容量）有几个基本因素：即系统的最高电压和最低电压、修正系数、工作周期和设计裕度。由于一个蓄电池组通常由若干个完全相同的蓄电池申联构成，因此该蓄电池组的电压是单个蓄电池的电压乘以串联蓄电池的数量，其安时容量与单个蓄电池的安时容量一样。铅酸蓄电池的容量还取决于极板的尺寸和数量。如果一组蓄电池容量不够，可以将两组或多组蓄电池（各组串联的蓄电池数量相同）并联米获得所需容量，这时蓄电池组的安时容量是并联的各蓄电池组安时容量的总和。应向蓄电池制造厂了解并联安装的限制条件。
运行条件可能改变所用蓄电池组的可用容量，例如：可用容量随温度的降低而减小；a)
可用容量随放电率的增加而减小：b）
在放电周期内的任意时刻，规定的单个蓄电池最低电压限制了蓄电池组的可用容量：充电方法可能影响可用容量。
6.2蓄电池的数量
6.2.1一般要求
系统允许的最高电压和最低电压决定了蓄电池组中蓄电池的数量。对于有代表性的12V、24V、48V、110V或220V系统的额定电压，通常使用6个、12个、24个、54个或106个铅酸蓄电池或9～10个、18～20个、36～40个、83～94个或166～183个镉镍蓄电池。在某些情况下，为了使蓄电池组与系统电压限值更5
NB/T20028.1—2010
匹配，蓄电池的数量可与上述要求不同。应注意在各个负载的要求之内，使用最宽的电压范围将获得最经济的蓄电池组。此外，使用最多数量的蓄电池就允许单个蓄电池的电压最低，因此在工作周期内蓄电池的容量可以最小。在附录B的B.2和附录C的C.2中说明了下述方法的应用。6.2.2蓄电池数量和蓄电池最低电压的计算当蓄电池组的电压不允许超过给定系统的最高电压时，蓄电池的数量将受到制造厂推荐的合适的蓄电池电压或均衡充电电压的限制，即：蓄电池的数量=系统最高电压/合适的蓄电池电压蓄电池组的最低电压等于系统最低电压加上蓄电池极柱与负载之间的压降。蓄电池组最低电压可用于计算允许的蓄电池最低电压：蓄电池最低电压=蓄电池组最低电压/蓄电池的数量6.2.3以浮充电压为限制因素（铅酸蓄电池）为了避免频繁地均衡充电（见NB/T20028.4），在制造厂推荐范围的上限选取一个所需的浮充电压，但应与系统的最高电压相一致（见6.2.2）。较高的浮充电压可以减少蓄电池的数量，并且可以在给定的工作周期内增加蓄电池的容量。6.2.4以充电时间为限制因素（镐镍蓄电池）蓄电池组的充电时间可能影响蓄电池的数量和蓄电池容量。假定充电器在充电周期的初期可提供必需的大电流，充电所要求的时间随着每个蓄电池充电电压的增加而减少。如果充电的最高电压受到限制，则需选择以合适时间充电的蓄电池数量。也可以使用比要求容量更大的蓄电池。蓄电池制造厂应提供充电电流和电压的限值。
6.2.5化整bzxz.net
如果在6.2.2中计算出的蓄电池数量出现小数，就应将结果化成最接近的整数。为了在运行中留有裕度，应重新计算和验证蓄电池的最低电压和充电电压6.3附加考虑
6.3.1一般要求
对于特定应用，在计算所需的蓄电池容量之前，还应考虑上述因素以外的影响蓄电池容量的其他因素。
6.3.2温度修正系数
蓄电池的可用容量受其T作温度影响，确定蓄电池容量的标准温度是25℃。如果预期使用的电解液最低温度低于标准温度，则选择容量更大的蓄电池，使其在预期使用的最低温度下仍具有所需的可用容量。如果镉镍蓄电池预期使用的电解液最低温度高于25℃，可用容量一般没有显著增加。如果铅酸蓄电池预期使用的电解液最低温度高于25℃，一般选择与标准温度下要求相同的蓄电池容量，这样增加的可用容量作为总设计裕度的一部分。表1列出了电解液标称比重为1.215的排气式铅酸蓄电池在不同温度下的容量修正系数。对于表1中未列入的温度，修正系数取相邻值之间插入的值并在小数点后两位取整。对于VRLA型蓄电池，对照制造厂给出的温度修正系数进行检查。蓄电池制造厂应提供镉镍蓄电池对应于不同放电时间和温度的容量修正系数（T）。6
电解液温度
表1在不同温度下的蓄电池容量修正系数修正系数
电解液温度
NB/T20028.1—2010
修正系数
注：表中的系数是根据电解液标称比重为1.215的排气式铅酸蓄电池得出的。但是也可用于比重达1.300的排气式蓄电池。对于其他类型的蓄电池，参考制造厂给出的数据。6.3.3设计度
考虑到意料之外的直流系统负载和由于不适当的维护、持续放电、环境温度低于预期值的影响，或这些因素的综合影响使蓄电池没有在最佳条件下运行，因此设计时应留有一定的容量裕度。设计裕度是在通过计算确定的蓄电池容量上增加一白分比系数（例如10%～15%）。如果预期各负载以不同的速率出现，那么根据给定时间内每一负载的预期增长率和由此获得的工作周期进行更精确的计算。7
NB/T20028.1—2010
对于特定用途，计算出的蓄电池容量很难与市场上出售的蓄电池容量完全一致，通常选取最接近较大容量的蓄电池，这样所得到的多余容量可以作为设计裕度的一部分。参考文献中IEEEStd323一1983的6.3.1.5和6.3.3中提到的“裕度”是鉴定裕度，与设计裕度无关。6.3.4老化系数
6.3.4.1铅酸蓄电池
铅酸蓄电池的性能一般在其寿期内的大部分时间是相对稳定的，但在后期其性能开始迅速劣化，蓄电池寿命与性能关系曲线的“拐点”大约在其额定性能指标的80%处出现。NB/T20028.4推荐在蓄电池的实际性能下降到其额定性能指标的80%时应予以更换，因为超过了这一点蓄电池能正常工作的时问所剩无几。为了保证蓄电池在其使用寿期内能满足设计负载的要求，蓄电池的额定容量至少在其寿期结束时应是预期负载的125%（老化系数1.25)。也有例外的情况，例如当蓄电池容量的测量值降至其额定容量的100%（老化系数1.00)以下时，应更换制造厂推荐使用的普朗特(P1ante)极板、改进型普朗特极板和圆形极板的排气式蓄电池。这些设计可使蓄电池在其寿期内保持相当稳定的容量。6.3.4.2镐镍蓄电池
在正常运行条件下，镉镍蓄电池在其寿期内容量逐渐减少，但不会突然下降。由于容量下降的速率取决于工作温度、电解液的比重以及放电的深度和频次等诸多因素，应根据蓄电池所要求的使用寿命来选择老化系数（见NB/T20028.4）。因此，老化系数的选择主要是出于经济上的考虑。在图B.1所示的容量计算中，使用的老化系数为1.25，这意味着蓄电池带载直到其容量降至额定容量的80%时更换蓄电池。对于包括连续高温和/或频繁深度放电的使用场合，使用的老化系数最好是1.43，当其容量降至额定容量的70%时更换蓄电池。对于包括短时、快速放电（如启动发动机）的使用场合，短时性能下降的速率较慢，可使用较小的老化系数。例如，在不间断电源（UPS）的应用中，蓄电池具有15min的放电时间和15年的预期使用寿命，使用1.11的老化系数是合适的，因此当其性能下降至额定值的90%时需更换蓄电池。蓄电池制造厂应提供有关老化系数的其他信息。6.3.5初始容量
6.3.5.1铅酸蓄电池
交货时，铅酸蓄电池可低于其额定容量。除非已明确规定交付100%的容量，一般初始容量可以是额定容量的90%。在正常运行中，经过几个充、放电周期以后或经过几年浮充运行以后，蓄电池容量将会上升到额定容量。
如果采用1.25的老化系数，交货时就不必要求蓄电池具有满额的额定容量，因为新蓄电池正常可用容量高于工作周期所要求的容量。当使用1.00的老化系数时，应保证在交货时初始容量至少为100%，或在容量计算中留有充分的裕度以适应较低的初始容量。例如：如果蓄电池有90%的初始容量且裕度大于11%，那么是可以接受的。
6.3.5.2镐镍蓄电池
交货时，镉镍蓄电池具有100%的额定容量。然后在蓄电池寿命期间容量逐渐降低，但容量不会突然下降。
6.3.6恒压充电的影响（镉镍蓄电池）8
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