陳祺煒 王曉峰 劉洪亮 高 飛 蔡可慶

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

2021年，“碳達(dá)峰、碳中和”首次進(jìn)入政府工作報(bào)告，國家電網(wǎng)公司積極響應(yīng)，率先垂范，推動(dòng)建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，大力發(fā)展綜合能源、港口岸電等儲能關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)以穩(wěn)定和優(yōu)化用戶用能服務(wù)，同時(shí)大規(guī)模投入儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)毫秒級功率調(diào)節(jié)，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是，隨著電化學(xué)儲能的規(guī)?；瘧?yīng)用，其消防安全問題愈發(fā)引人注目，如2021年4月16日，北京豐臺區(qū)一儲能電站在調(diào)試階段起火爆炸，造成2人死亡。因此，本文從建設(shè)流程入手，重點(diǎn)把握施工圖階段的平面布置和消防配置“兩個(gè)要點(diǎn)”，出廠檢驗(yàn)階段的短路、過充、過放試驗(yàn)“三個(gè)合格”以及施工階段的應(yīng)急預(yù)案、開箱檢查、安裝調(diào)試和三級自檢“四個(gè)關(guān)鍵”，打造了一套重點(diǎn)突出、可執(zhí)行性強(qiáng)、適用性廣的安全建設(shè)管理流程。

1 施工圖會(huì)審定基調(diào)

1.1 儲能電站基本情況

金牛湖（桂山變）綜合能源站配置了100 kW/200 kW·h儲能、20 kW光伏和240 kW充電樁，其中儲能電池和儲能變流器（PCS）系統(tǒng)放置在預(yù)制艙內(nèi)部，并同場地放置控制機(jī)柜存放工控機(jī)和電池監(jiān)控系統(tǒng)，采集和記錄電池運(yùn)行數(shù)據(jù)并對電池進(jìn)行管理。該綜合能源工程儲能單元配置與傳統(tǒng)儲能電站相似，故安全建設(shè)管理流程具有適用性。

1.2 總平布置要求

考慮到電池預(yù)制艙火災(zāi)危險(xiǎn)性較大，圖紙會(huì)審時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[1-2]，根據(jù)儲能電站的規(guī)模、地理位置和變電站的關(guān)系，對施工圖紙中儲能艙的總平布置提出如下要求：

（1）儲能站站址經(jīng)過初步設(shè)計(jì)評審后已經(jīng)定型，應(yīng)復(fù)核周邊是否有新建的甲、乙類廠房。

（2）電池預(yù)制艙應(yīng)集中單層布置，與其他功能區(qū)分開，避免造成大范圍火災(zāi)損失。

（3）電池預(yù)制艙與站內(nèi)其他構(gòu)筑物防火間距應(yīng)不小于表1的規(guī)定，如果用地緊張，應(yīng)考慮建設(shè)實(shí)體圍墻和防火墻，其長度和高度應(yīng)該超過預(yù)制艙外廓各1 m。

表1 電池預(yù)制艙與站內(nèi)其他建（構(gòu)）筑物、設(shè)備的間距

根據(jù)上述要求，金牛湖（桂山變）綜合能源站總平布置如圖1所示。

1.3 防火設(shè)計(jì)要求

艙體內(nèi)防火應(yīng)當(dāng)根據(jù)T/CEC 373—2020《預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》配置足夠數(shù)量的消防報(bào)警、探測和滅火裝置[3-5]。

（1）電池預(yù)制艙內(nèi)應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w探測器、溫感探測器和煙感探測器，每種探測器不應(yīng)小于2個(gè)。

（2）電池預(yù)制艙內(nèi)應(yīng)設(shè)置固定式自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

（3）電池預(yù)制艙應(yīng)設(shè)置凈寬度不小于0.9 m的外開門。

（4）艙內(nèi)應(yīng)設(shè)置至少2套防爆型通風(fēng)裝置，排風(fēng)口至少上下各1處。

（5）室外消火栓采用地上式，數(shù)量不少于2個(gè)，設(shè)計(jì)流量不應(yīng)小于20 L/s。

金牛湖（桂山變）綜合能源站儲能艙內(nèi)部的總平面布置如圖2所示。

圖2 金牛湖（桂山變）綜合能源站儲能艙總平圖

儲能預(yù)制艙被分割為兩部分，一個(gè)房間安裝儲能機(jī)柜及蓄電池組機(jī)柜，另一個(gè)房間安裝光伏逆變器，兩個(gè)房間均配置了煙感探測器、手動(dòng)報(bào)警按鈕和聲光報(bào)警器，滅火器箱布置于儲能艙角落。艙內(nèi)配置了一套無管網(wǎng)七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，能夠在68 ℃高溫條件下自動(dòng)噴灑滅火，也可以接收火災(zāi)報(bào)警控制主機(jī)的控制信號。消防設(shè)備信號已接至控制艙內(nèi)的消防主機(jī)，通過智能輔助信號上傳至遠(yuǎn)端監(jiān)控平臺。整站的滅火控制原理如圖3所示。

圖3 金牛湖（桂山變）綜合能源站滅火控制原理

2 出廠試驗(yàn)強(qiáng)基礎(chǔ)

磷酸鐵鋰儲能電池在遭遇長時(shí)間過熱、短路或過度充放電等濫用工況時(shí)，會(huì)在熱行為、電化學(xué)行為上發(fā)生一系列副反應(yīng)，并同步推高電池溫度，最終導(dǎo)致電池?zé)崾Э睾腿紵?。因此，電池出廠前應(yīng)當(dāng)要求廠家提供型式試驗(yàn)報(bào)告或在廠內(nèi)抽樣做過充、過放和短路試驗(yàn)，在確保合格的情況下運(yùn)輸至現(xiàn)場安裝。本章簡要介紹三種出廠試驗(yàn)的試驗(yàn)方法和判斷標(biāo)準(zhǔn)。工程采購的電池模塊具體參數(shù)如表2所示。

表2 磷酸鐵鋰電池單體技術(shù)規(guī)格

2.1 過充、過放試驗(yàn)

當(dāng)電池過充時(shí)，鋰離子大量脫出，形成較大的極化電阻和電勢，使電池電壓快速升高，釋放大量的氧氣和熱量，使電解液分解和集流體腐蝕，產(chǎn)生的氣體和熱量會(huì)使電池發(fā)生燃燒甚至爆炸[6]。

電池單體過充試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)行：

（1）電池單體初始化充電；

（2）電池單體以271 A恒流充電至電壓達(dá)到電池充電終止電壓的1.5倍或時(shí)間達(dá)到1 h時(shí)停止充電；

（3）觀察1 h，記錄是否有膨脹、漏液、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。

如未起火和爆炸，試驗(yàn)合格，過放電試驗(yàn)步驟類似，第二步調(diào)整為電池單體以恒流271 A放電至?xí)r間達(dá)到90 min或電壓達(dá)到0 V時(shí)停止放電，如未起火和爆炸，試驗(yàn)合格。

2.2 短路試驗(yàn)

電池模組短路后，短接線或模組內(nèi)部金屬連接件易在短時(shí)間內(nèi)被大電流熔斷，各串聯(lián)節(jié)點(diǎn)電壓出線驟減，使電池模組積聚熱量，進(jìn)一步造成熱失控與燃燒[7]。

電池單體短路試驗(yàn)按照下列步驟進(jìn)行：

（1）電池單體初始化充電；

（2）將電池單體正、負(fù)極經(jīng)外部短路10 min，外部線路電阻應(yīng)小于5 mΩ；

（3）觀察1 h，記錄是否有膨脹、漏液、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。

如未起火和爆炸，試驗(yàn)合格。

以上三種試驗(yàn)是模擬環(huán)境和人為因素導(dǎo)致磷酸鐵鋰電池內(nèi)部熱失控的情況，也是現(xiàn)有的儲能電站燃燒、爆炸事故的根本原因。因?yàn)榻鹋：ü鹕阶儯┚C合能源工程采購的電池容量較小，廠家安排出廠試驗(yàn)和定期抽檢合并，抽樣后的單體樣品在過充試驗(yàn)后如圖4所示，未發(fā)生膨脹、漏液、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。

圖4 過充電試驗(yàn)后的樣品圖片

在保證檢測合格的同時(shí)，也要加強(qiáng)電池管理系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警監(jiān)測和對電池充放電的可靠控制。

3 施工安全管控補(bǔ)漏洞

當(dāng)施工圖審核通過、電池出廠試驗(yàn)合格，施工項(xiàng)目部將組織設(shè)備、器材、人員進(jìn)場按圖施工?？紤]到現(xiàn)場施工人員的素質(zhì)和態(tài)度良莠不齊，因?yàn)榘惭b調(diào)試失誤而造成的儲能電站安全事故屢見不鮮。為了便于現(xiàn)場施工標(biāo)準(zhǔn)化管理，本章提出了一套標(biāo)準(zhǔn)化施工安全管控措施。

3.1 應(yīng)急預(yù)案

進(jìn)場前由施工項(xiàng)目部技術(shù)員因地制宜地制定火災(zāi)等事故應(yīng)急預(yù)案，經(jīng)過施工、監(jiān)理、業(yè)主項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人審批合格后執(zhí)行。

金牛湖（桂山變）綜合能源站施工應(yīng)急預(yù)案中對工作場所、事故特征、崗位職責(zé)、處置措施和注意事項(xiàng)進(jìn)行了明確闡述，提出了諸如發(fā)生火災(zāi)和冒煙時(shí)第一時(shí)間拉開箱式變壓器低壓側(cè)開關(guān)，使用現(xiàn)場配置的滅火器站在上風(fēng)側(cè)滅火，送醫(yī)路線等內(nèi)容。

3.2 開箱檢查

電池經(jīng)過裝卸車、運(yùn)輸?shù)冗^程，存在跌落、碰撞、擠壓的可能性，為了避免電池?fù)p傷，監(jiān)理項(xiàng)目部應(yīng)組織現(xiàn)場電池模塊的開箱檢查，如有條件宜邀請廠家技術(shù)服務(wù)人員共同開箱見證。檢查過程中應(yīng)注意：

（1）電池模塊外殼無穿透性損傷；

（2）固定螺釘及預(yù)埋螺母處塑膠件無破損和裂紋；

（3）電池正負(fù)極引出極耳處無短路燒傷，正負(fù)極引出預(yù)埋螺母無松動(dòng)、脫落、短路燒傷；

（4）檢查電池模塊開路電壓是否正常，是否存在漏液等現(xiàn)象。

上述注意事項(xiàng)由監(jiān)理項(xiàng)目部編制開箱檢查卡片，專業(yè)監(jiān)理和施工項(xiàng)目部質(zhì)檢員填寫后簽字確認(rèn)。

3.3 安裝調(diào)試

安裝調(diào)試是整個(gè)施工流程中風(fēng)險(xiǎn)最高的環(huán)節(jié)，大量的儲能站火災(zāi)爆炸事故均發(fā)生于此階段。因此，除了站班會(huì)和技術(shù)交底等常規(guī)組織措施外，在安裝過程中應(yīng)當(dāng)引入操作復(fù)驗(yàn)制度，由專業(yè)監(jiān)理和安全員對當(dāng)日安裝成果進(jìn)行復(fù)驗(yàn)糾偏；在帶電調(diào)試過程中應(yīng)當(dāng)引入唱票復(fù)誦制度，由調(diào)試人員對下一個(gè)工作日的工作內(nèi)容和注意事項(xiàng)提前擬票，經(jīng)過工作負(fù)責(zé)人審核通過后，在安全員監(jiān)護(hù)下執(zhí)行。執(zhí)行過程中，操作人員對操作步驟和安全措施進(jìn)行誦讀，安全員確認(rèn)無誤后方可操作。

安裝調(diào)試的技術(shù)和安全方面應(yīng)當(dāng)注意如下事項(xiàng)：

（1）保證安裝環(huán)境干凈，無污水、滴水，避免陽光直射，溫度宜為5～45 ℃，濕度宜為5%～75%。

（2）安裝人員應(yīng)經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)合格，做好安全防護(hù)，佩戴絕緣手套，穿勞保鞋，摘下金屬佩戴物。

（3）安裝前應(yīng)檢查電池模塊開路電壓是否正常。

（4）電池模組因?yàn)榭臻g限制而無法采用吊裝設(shè)備，30 kg以上的模塊應(yīng)兩人搬抬，安裝高度不宜超過1.5 m。

（5）注意電池模塊極性，保證極性安裝正確。

（6）電池模塊連接線不宜留有裕度，不得強(qiáng)扯、擠壓、扭轉(zhuǎn)線束。

（7）嚴(yán)禁使用金屬工具對接插件處進(jìn)行操作。

（8）嚴(yán)禁把不同容量、不同性能的電池模塊連接在一起使用。

（9）并聯(lián)前應(yīng)測試每個(gè)模塊電壓，壓差在500 mV內(nèi)方可并聯(lián)；多電池模塊并聯(lián)時(shí)，遵循先串聯(lián)后并聯(lián)的連接方式。

（10）投運(yùn)前重點(diǎn)檢查電池簇的總電壓及正負(fù)極，確保安裝正確。

3.4 三級自檢

參照《國家電網(wǎng)有限公司輸變電工程施工分包安全管理辦法》要求[8]，儲能電站安裝調(diào)試結(jié)束后由施工承包商組織班組自檢、施工項(xiàng)目部復(fù)檢和公司級專檢。儲能電站在帶電調(diào)試前和交付資產(chǎn)接收方驗(yàn)收前應(yīng)該分別組織開展三級自檢，驗(yàn)收檢查結(jié)果組卷留存。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合時(shí)下通用的磷酸鐵鋰儲能電池消防技術(shù)規(guī)范，以金牛湖（桂山變）綜合能源站示范工程的管理流程為例證，提出了一套基于磷酸鐵鋰電池預(yù)制艙的儲能電站安全建設(shè)管理流程。本流程旨在面向不確定性的設(shè)計(jì)、設(shè)備和施工質(zhì)量，通過施工圖會(huì)審杜絕消防和平面布置的設(shè)計(jì)失誤，通過出廠試驗(yàn)見證保障電池模塊基本質(zhì)量，通過施工現(xiàn)場管控規(guī)范化施工流程和彌補(bǔ)施工缺漏，把控建設(shè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，為儲能電站的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)提供理論依據(jù)和實(shí)施方案。