李立強 李春陽 羅易 周承軍

摘? 要：分布式光伏電站一般建設(shè)在工業(yè)園、大型企業(yè)的廠房屋頂上，周邊人員密集，工業(yè)設(shè)備多，一旦電站發(fā)生火災(zāi)等危險情況，后果將極其嚴重，且光伏電站安全措施和人員管理不如地面電站等級高。為此，文章通過大量的項目質(zhì)量檢測，闡述其中常見的火宅，易起火點。并針對性地通過設(shè)計、施工、后期等多方面做好電站的電氣消防安全措施。

關(guān)鍵詞：電氣消防;安全措施;光伏分布式電站

中圖分類號：TM615? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

太陽能源作為21世紀的清潔能源，擁有可再生、環(huán)保無污染和發(fā)展?jié)摿薮蟮葍?yōu)點。而光伏電站是目前世界上最主要應(yīng)用太陽能資源的形式，其中分布式光伏電站在我國光伏發(fā)電領(lǐng)域中發(fā)展迅猛。根據(jù)國家能源局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2016 年底，我國光伏電站累計裝機容量 7 742 萬kW，為全球光伏發(fā)電裝機容量最大的國家。其中，集中式光伏電站 6 710 萬kW，分布式光伏電站 1 032 萬kW; 2016 年新增裝機容量 3 424 萬kW，同比增長 79.30%，其中集中式光伏電站新增 2 998 萬kW，分布式光伏電站新增 426 萬kW，呈迅速發(fā)展的趨勢。

由于分布式光伏電站廣泛應(yīng)用于密集工業(yè)地區(qū)、人群地區(qū)，其消防安全更需著重關(guān)注防范。近年來，各種電站火災(zāi)的事例都深深警告著光伏電站消防安全的重要性，迫使我們尋找更安全，經(jīng)濟有效的防范措施。

1 光伏分布式電站系統(tǒng)

分布式光伏發(fā)電為采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能。為了有效解決電力在升壓及長途運輸中的損耗問題，電站一般遵循近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換，就近使用的原則。

光伏分布式電站主要由光伏組件、匯流箱、逆變器、升壓變壓器、匯集站（開關(guān)柜）和電力電纜等主要設(shè)備組成。

1.1 光伏組件

光伏組件是光伏分布式電站的核心部分，是利用半導體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。組件主要分為晶硅組件和非晶硅組件，目前組件主流產(chǎn)品為晶硅組件，又分為單晶和多晶。

1.2 匯流箱

匯流箱是保證光伏組件有序連接和匯流功能的接線裝置，能夠保證光伏系統(tǒng)在后期維護、運營時識別組串線路，切斷故障電流，減小光伏系統(tǒng)停電的時間和范圍。

1.3 逆變器

并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電設(shè)備，對于光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和可靠性具有舉足輕重的地位，主要分為組串式逆變器和集中式逆變器。

1.4 升壓變壓器

升壓變壓器一般在光伏分布式電站中就地升壓，安裝于逆變器交流輸出測和并網(wǎng)電網(wǎng)側(cè)之間，將逆變器逆變交流電升壓至公共電網(wǎng)電壓等級要求的交流電。

1.5 匯集站

匯集站為光伏系統(tǒng)中并網(wǎng)側(cè)部分，用于開合閘光伏輸出電流，監(jiān)測光伏電站運行數(shù)據(jù)，保證對光伏分布式電站和公共電網(wǎng)安全。

1.6 電力電纜

電力電纜是用于傳輸和分配電能的電纜，用于各個設(shè)備間的電氣連接。

2 項目常見火災(zāi)隱患

光伏分布式常見火災(zāi)隱患主要分為內(nèi)因和外因兩大因素，外因主要為極端天氣變化、雷擊、業(yè)主工廠內(nèi)易燃品等不可控因素，內(nèi)因主要是受電氣設(shè)備、人員操作失誤、后續(xù)運維不到位等影響，為此我們將其分為電氣設(shè)備、后期運維、環(huán)境因素3大類分析。

2.1 電氣設(shè)備

據(jù)不完全統(tǒng)計，光伏分布式電站火災(zāi)約40%是由直流電弧引起的，這也就表明光伏電站的火災(zāi)起點大多是在低壓側(cè)，主要為組件組串、匯流箱、逆變器、電力電纜等設(shè)備的連接處。

2.1.1 組件組串

組件組串部分主要在于組件熱斑和組串MC4接頭不規(guī)范影響，。

2.1.1.1 組件熱斑

組件熱斑主要為組件中的一串電流被陰影遮擋（障礙物），使電流通過陰影部分產(chǎn)生熱量，為組件帶來局部溫升，最終燒毀組件，甚至可能引起火災(zāi)發(fā)生。

光伏組件是由恒流電源Iph、PN結(jié)二極管、電極等組成的串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻Rsh組成的電路圖，如圖1所示。

若光伏組件被陰影遮擋，組件內(nèi)部的電池片就變成了負載，就會發(fā)熱消耗電源，生產(chǎn)了熱斑。由于光伏電站面積大，任何細微的遮擋都會導致組件熱斑效應(yīng)的發(fā)生，是組件中最難以防范的潛在危險，如圖2 所示的被鳥糞遮擋造成的熱斑效應(yīng)燒穿組件板。

2.1.1.2 組串影響

組件間的連接沒有采用MC4專用工具，安裝的MC4接頭絕緣層被破壞、效果折損存有隱患，圖3為MC4接頭因不正當操作被燒毀情況。

組件連接的MC4接頭裸露在外，跨線連接沒有串管保護，容易被陽光長時間直射，加速線纜絕緣層老化，且易被雨水入侵，造成電路短路導致燒毀組件，圖4為不重視跨接保護措施的現(xiàn)場情況。

2.1.2 匯流箱

匯流箱是將光伏場區(qū)各個陣列的組串電流匯集一起，是光伏電站安全主要的監(jiān)測單元，其中匯流箱電氣絕緣、開關(guān)質(zhì)量的好壞、防雷擊能力、雨水的入侵、斷開電弧等都將可能導致匯流箱內(nèi)電路短路，引起火災(zāi)。此外，如果匯流箱內(nèi)部的斷路器、熔斷器耐壓等級較低，在北方地區(qū)的項目，低溫比較低，組件的輸出電壓要比標稱電壓大許多，元器件選型不當會造成器件擊穿，電流短路，引發(fā)火災(zāi)。

其中匯流箱內(nèi)部的接線不牢靠、安放位置不當、箱體進水、暴曬等問題都普遍在各電站中存在，是影響電站安全的巨大隱患，匯流箱不正當操作。

2.1.3 電力電纜

電力電纜火災(zāi)隱患主要是電纜絕緣層被破壞，導致電纜絕緣層被擊穿。在電纜制作工藝和施工期間，電纜絕緣層收到輕微的破損買下了安全隱患，且電纜在室內(nèi)電纜溝內(nèi)施工中的彎曲角度過大時，彎曲部分會產(chǎn)生密集的電磁場，形成強大的環(huán)流，不僅消耗電源而且還會發(fā)熱，這將進一步降低電纜絕緣層的保護，加大安全隱患。

該類隱患平時運營檢修不易發(fā)現(xiàn)問題，爆發(fā)問題造成損失巨大，必須得在設(shè)計施工階段重點做好防范措施，圖5為電纜因不正當操作被燒毀的現(xiàn)場。

目前光伏電站建設(shè)最求降本增效，建設(shè)成本進一步下降，鋁合金電纜逐漸應(yīng)用起來。但由于銅鋁的導熱性不一樣，周邊環(huán)境溫度發(fā)生變化時，銅鋁連接處容易出現(xiàn)松動，大電流節(jié)點的松動容易導致電氣故障引發(fā)起火。

2.2 后期運維

光伏分布式電站后續(xù)運維的人員造成的影響也不容忽視，光伏分布式電站都是敞開露天的，設(shè)備大多也是在戶外裸露，設(shè)備或是零部件經(jīng)過風吹雨打性能下降、位置出現(xiàn)松動等都是電站的潛在威脅。

人工操作不規(guī)范，不按要求順序開合閘在斷口處產(chǎn)生高壓，擊穿空氣絕緣產(chǎn)生電弧，不僅傷及自身安全也帶來電站財產(chǎn)損失，甚至設(shè)備產(chǎn)生爆炸等嚴重后果，圖6為電站運維操作不當導致嚴重的后果現(xiàn)場圖。

2.3 環(huán)境因素

光伏分布式電站大都是與業(yè)主合作的關(guān)系，建設(shè)在業(yè)主廠房屋頂上。光伏分布式電站不可避免地會受到業(yè)主公司的影響，在電站附近安置易燃易爆等物品，非專業(yè)人員進出電站光伏陣列區(qū)等。

近年來，我國極端天氣氣候出現(xiàn)愈加頻繁，南方的雨雪、風壓等參數(shù)均超過50年一遇的標準。雷電的影響與光伏電站長期一致的影響光伏電站安全重要因素之一。

3 消防安全措施

3.1 提高項目消防安全設(shè)計要求

在項目前期考察、設(shè)計時，充分考慮項目特點及周邊情況，排除具有危險性的易燃易爆、污染性區(qū)域。在設(shè)計中嚴格遵守國家相關(guān)規(guī)定要求，在細節(jié)詳細闡述防火施工措施，提高消防安全要求，從源頭上降低光伏電站的火災(zāi)隱患。

3.1.1 前期把關(guān)項目建設(shè)的風險

在項目建設(shè)前期現(xiàn)場考察時，需要著重關(guān)注項目所在地的風壓、雪災(zāi)、雷電等情況，評估在該項目地建設(shè)額外的安全措施成本和周期。前期選擇項目地需遠離有自然災(zāi)害（雷電、泥石流、水土流失等）、污染區(qū)域、易燃易爆車間工廠等具有危險性地方。項目前期的嚴格評估把關(guān)是是降低項目危險性最為理想、經(jīng)濟、有效措施。

3.1.2 組件組串

組件MC4接頭必須使用專用工具安裝，施工人員施工前要經(jīng)過培訓使用，MC4需帶有防反接標識，最大程度防止組串反接和誤接。

組串MC4連接處不能裸露于組件間的空隙處，防止雨水侵入導致短路起火，圖7為MC4接頭專用工具。

組串MC4連接處一般安置于組件板北面的支架槽內(nèi)，不得裸露于組件間的空隙處，跨線連接也必須穿管連接，且鋼管固定為支架兩端。

3.1.3 匯流箱

匯流箱采購需考慮當?shù)刈畹蜌鉁貙M件電壓和設(shè)備的影響，需具備防拉弧、防雷、監(jiān)測模塊功能。為防止雨水的倒灌，匯流箱低壓進線側(cè)需位于最低側(cè)，并采用鍍鋅鋼管引線進來。

將匯流箱盡可能地安置于通風散熱處，且避免被太陽長時間直射。匯流箱內(nèi)高溫不僅容易產(chǎn)生明火，而且也會給運維人員檢查帶來麻煩，若屋頂不可避免地被長時間直射，則匯流箱需加裝遮陽板防護，如圖8所示。

3.1.4 電力電纜

電力電纜是光伏分布式系統(tǒng)中最常用的電氣連接器件，如果施工不規(guī)范，很容易產(chǎn)生火災(zāi)隱患，而且電纜多數(shù)是直埋在地下，伏電站占地面積大，電纜分布廣，平常運維人員難以及時檢查出問題，無法針對電纜設(shè)置固定的滅火裝置。為此，電力電纜部分采購，現(xiàn)場試驗都必須嚴格遵循國家相關(guān)規(guī)定要求，采用一流品牌的電纜接頭，銅電纜和鋁電纜必須采用專用的電纜連接頭，并在電纜溝道內(nèi)應(yīng)采用防火分隔和阻燃電纜作為應(yīng)對電纜火災(zāi)的主要措施，集中敷設(shè)于溝道、槽盒中的電纜宜選用C類或C類以上的阻燃電纜。

低壓側(cè)屋頂上的直流電纜進入橋架利口時候需保護，防止電纜絕緣層被刮傷。電纜跨接均需穿管，鋼管需兩端固定.

3.1.5 逆變升壓箱房

逆變升壓箱房作為光伏系統(tǒng)中的重要組成部分，一旦出現(xiàn)問題，對電站照成的損失也是相當大。為此，逆變升壓箱房的監(jiān)控設(shè)備均需配齊，帶有煙感探測器，手提式滅火器、UPS不間斷電源等應(yīng)急功能。

為了防止高壓設(shè)備對無關(guān)人員造成不必要的傷害，在逆變升壓箱房周邊設(shè)置一道圍欄，醒目表示高壓危險圖識.

3.1.6 裝設(shè)手提式干粉滅火器

光伏分布式電站一般大都是在屋頂光伏陣列去起火，即使立即斷開電源，火災(zāi)一時半會也不會熄滅。為此，在屋頂上預(yù)先安置滅火器也十分有必要，主要安置在屋頂上人處位置。

3.2 加強項目施工安全管控要求

光伏分布式電站由區(qū)別其他的施工工程，光伏電站特殊的設(shè)備和性能要求施工人員需要有專業(yè)知識和專用工具安裝施工，針對電站的消防電氣安全主要是組件的安裝和電纜分火封堵部分。

施工過程中，嚴禁踩踏組件，不規(guī)范對方組件等破壞行為，這些將會對組件帶來隱裂，破損影響，且組件數(shù)量多，沒有專用工具難以檢查出問題。在逆變升壓箱房和匯集站的進出線口，均需要防火封堵，進出線口需要有保護措施，防止電纜刮傷破壞絕緣層，如圖9所示。

在逆變升壓箱房和匯集站的進出線口，均需要防火封堵，進出線口需要有保護措施，防止電纜刮傷破壞絕緣層，如圖9所示的電纜不規(guī)范施工情況。

3.3 提高運維人員消防安全意識

運行和維護人員培養(yǎng)訓練相應(yīng)的專業(yè)技能，熟悉各種消防滅火器的操作，牢記各個電氣設(shè)備開關(guān)操作。設(shè)備維護前必須做好安全準備，斷開所有應(yīng)斷開開關(guān)，確保電容、電感放電完全，必要時應(yīng)穿絕緣鞋，帶低壓絕緣手套，使用絕緣工具，工作完畢后應(yīng)排除系統(tǒng)可能存在的事故隱患。

日常巡視組件光伏陣列區(qū)域和進行設(shè)備維護，主要檢查組件是否有熱斑、陰影遮擋、破損，匯流箱是否溫度過高，電纜是否有異樣等。

由于組件的特殊性，在接收輻射時，就會產(chǎn)生電壓。光伏陣列串聯(lián)后形成高壓直流電，如不慎與人體形成環(huán)路，將會造成重大安全事故。一般在將光伏陣列接入系統(tǒng)前應(yīng)保持組串處于斷路狀態(tài)，接入系統(tǒng)后在匯流箱（盒）開關(guān)關(guān)斷的情況下進行連接。在施工過程中，應(yīng)用遮擋物將光伏組件進行遮擋，遮擋有困難時，施工人員應(yīng)配備好安全防護用品，確保安全。

為防止設(shè)備過熱、短路等事故，光伏電站主要部件周圍不得堆積易燃易爆物品。

3.4 落實安全管理制度

光伏分布式電站建立“以預(yù)防為主”的管理理念方針，建立電氣設(shè)備安全才做流程、消防安全管理組織，培訓員工安全意識和專業(yè)能力制度，落實消防安全責任制度，遵守各項安全管理規(guī)定，有效減少火災(zāi)危害。

3.4.1 建立完善的消防安全組織

電站以站長為第一安全責任人，制定電站的消防安全巡檢、維護、培訓制度。落實每個組員的責任負責人。

3.4.2 制定遵循規(guī)章制度

制定并遵循建筑消防設(shè)施維護保養(yǎng)規(guī)定，定期組織人員巡查消防設(shè)施及設(shè)備設(shè)施，每年至少一次電站停電全面大檢查。

3.4.3 提高員工素質(zhì)

積極培養(yǎng)電站員工的安全意識和能力，定期舉行相關(guān)知識講座，組織人員熟悉各種消防設(shè)備安放位置和使用方法，熟悉電站系統(tǒng)運行和電氣設(shè)備操作。

4 結(jié)語

通過對上述幾種光伏分布式電站容易發(fā)生的火災(zāi)隱患細節(jié)進行分析，并對已建項目發(fā)生過火災(zāi)情況以及發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患進行整合分析，并針對電站在設(shè)計、施工、運維等方面提供防范建議。光伏分布式電站一旦發(fā)生火宅，不僅造成電站財產(chǎn)損失嚴重，更可能會危及人身安全，更會影響新能源企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的名譽，無論如何，電站的消防安全都是項目頭等大事，必須高度重視，加強防范，吸取經(jīng)驗，強化意識，才能保證光伏分布式電站行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]朱亞平.電池儲能電站消防滅火措施探討[J].上海節(jié)能，2017（1）：33-36.

[2]王春力，貢麗秒.鋰離子電池儲能電站早期預(yù)警系統(tǒng)研究[J].儲能科學與技術(shù)，2018（6）：1153-1158.