光伏電站火災風險的防范技術

鄭　軍　浙江衢州中等專業學校　324000

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光伏電站火災風險的防范技術

鄭軍浙江衢州中等專業學校324000

【文章摘要】

本文從技術的角度出發，通過對直流電弧、傳統集中式逆變器等引發光伏電站火災成因的分析，構建了針對性的技術防范對策和解決方案，它將有效的降低光伏電站的火災隱患。

【關鍵詞】

光伏電站火災；直流電?。环婪都夹g

隨著光伏發電技術的迅猛發展，國內光伏累計裝機容量已超過30GW，并以每年大于10GW的速度增長，光伏電站建設迎來了前所未有的投資機遇。但由于受到光伏電站建站方案的設計先天不足、安全措施的不完善和環境條件惡劣等因素的影響，造成火災等安全問題事故多發，不僅給業主造成了巨大的經濟效益損失，也給光伏行業的發展帶來極大的負面影響，成為光伏行業發展的一大阻礙。如何確保光伏電站的安全運行，防止或減少火災危害，保障人民生命財產的安全，已成為行業當務之急。

1　光伏電站火災的成因分析

光伏電站火災的發生部位主要分布在匯流箱、逆變器、電纜、變壓器油系統等其它電氣設備中，引發事故的原因肯定是多方面的，筆者通過查詢、分析和統計得出：光伏電站中的火災事故大部分是由直流側故障引起，而直流測的故障主要技術成因就是直流電弧。

眾所周知，當用電開關斷開電流或接觸不良時，如果電路電壓不低于20伏，電流不小于80~100mA，電器的觸頭間便會產生電弧。開關觸頭分離時，觸頭間距離很小，當電場強度達到一定限值時，物質表面的電子就會被電場力拉出，在電場力的作用下向陽極作加速運動，而且在運動的途中還會不斷地和中性質點相碰撞，產生大量的電子和正離子，形成高導電率的游離氣體，導致絕緣介質被擊穿而產生電弧，電路再次被導通。電弧由陰極區、陽極區和電弧區組成，電弧的能量集中，溫度極高，電弧中心部分維持的溫度可達10000℃以上。由于電弧具有高溫高導電性的特征，極易引起設備故障，引發光伏電站火災事故的發生。當前常用的滅弧方式有：機械滅弧、磁吹滅弧、窄縫滅弧、柵片滅弧等，在眾多技術方案中，常采用拉弧的方式，在交流拉弧時，我們能夠在電流過零點處熄滅，技術方案相對成熟有效。相對于交流電弧，直流電弧因為具有電流不過零的特性，導致直流滅弧技術難度加大，因此，直流拉弧必須在電弧直燃燒出足夠的間距后，才能夠熄滅，所以我們不難理解：直流拉弧過程中引發的火災事故概率將遠遠高于交流拉弧。

光伏電纜有一定的安全載流量，如果通過的電流超過它的安全載流量，電線就會發熱，超過的越多，發熱量越大，導致溫度升高，當溫度超過一定的數值時，電纜就會著火燃燒。在光伏電站中，光伏電纜著火原因可分為串聯故障電弧和并聯故障電弧兩種。當光伏電纜扯斷或斷裂，在其斷裂處即會產生所謂的串聯故障電弧，光伏電站有成千上萬個聯接點，因此常見的電纜起火源為串聯故障電弧。當兩條光伏電纜交匯處，由于電壓過高或其它原因而引起的電弧，稱為并聯故障電弧，因為齲齒動物咬破電線、電線的老化、外力造成電線破損、環境惡劣等，而使得電線失去既有的絕緣功效，導致具有電壓差的兩段金屬互相接觸引起的。雖然并聯故障電弧的發生機率遠小于串聯故障電弧，但是帶來的危險性會遠遠超過后者，因為當并聯故障電弧發生之時，光伏電池系統的電壓與電流仍會持續保持供應與維持此故障現象所需的能量，常見的光伏電纜落地引發的火災故障就屬于并聯故障電弧。

在光伏電站的交流側，變壓器是光伏電站的主要設備，油浸變壓器內部貯有大量絕緣油，按《建筑設計防火規范》的規定：如當電壓等級為35kV及以下，容量為5.6～31.5MVA的變壓器之間的防火間距在2.00～3.80m范圍內；蓄電池在很多光伏電站中不可或缺，但其在使用過程中可能有氫氣漏出，故其火災危險性應屬甲類。但由于光伏電站環境的惡劣性，變壓器和蓄電池引起光伏電站的火災也時有發生。

2　防范光伏電站火災的對策

首先，應構建一套防范火災的管理、監控和報警系統。通過計算機軟件技術，采用PLC通訊、無線4G傳輸，安裝合量的安裝煙感或溫感傳感器；應用多點定位高精度溫度監測手段等更多的新技術、新工藝來構建和完善管理、監控和報警系統，主動識別風險，防患于未然。故障電弧斷路器是一種新型的偵測與切斷故障電弧電子裝置，被視為近年來最重要的電氣安全保護裝置，它通過獨特的傳感器偵測電路中的電壓或電流的訊號，比對是否與故障電弧的訊號相似，如果判定發生故障電弧現象，即會主動切斷電源以消除故障電弧的狀況。智能逆變器通過對輸入的每一路組串進行獨立的電壓電流檢測，檢測精度是傳統智能匯流箱方案的10倍以上，它為準確定位組串故障帶來了可能，為提高運維效率奠定了基礎。

其次從設計方案上，將直流匯流向交流匯流演變，采用多組串逆變器的智能光伏電站系統。傳統集中式光伏電站包含直流匯流箱、直流配電柜、逆變器等三個高壓直流設備；而由多組串逆變器組成的智能光伏電站系統吸取了集中逆變和組串逆變的優點，采用無直流匯流設計，省掉直流匯流箱、直流配電柜等直流匯流環節，多組串輸出直接進入逆變器逆變為交流電進行遠距離傳輸，減少直流高壓設備，有效的縮短了直流線纜傳輸距離，間接減少高風險的高壓直流電弧，由相對安全的交流系統替代。多組串逆變器是借助DC-DC變換器把很多組串連接在一個共有的逆變器系統上，并仍然可以完成各組串各自單獨的MPPT功能，它不僅使逆變器應用數量減少，還可以使不同額定值的光伏組串、不同朝向的組串、不同傾斜角和不同陰影遮擋的組串連接在一個共同的逆變器上，同時每一組串都工作在它們各自的最大功率峰值點上，使因組串間的差異而引起的發電量損失減到最小，整個系統工作在最佳效率狀態上。

針對光伏電纜等因素引發的事故，由于光伏電纜分布較廣和電纜火災的蔓延速度很快的特性，如果僅僅依靠化學滅火器，肯定難以阻止火災的產生和蔓延，因此，我們應推廣感溫電纜和阻燃電纜在光伏電站中的普及和應用。感溫電纜又名線型感溫火災探測器，感溫電纜具有沿全線長連續監測保護對象溫度的能力，感溫電纜內部內置兩根彈性鋼絲，每根鋼絲外面都包有一層感溫且絕緣的材料，正常監視狀態下，兩根鋼絲都處于絕緣狀態，當周邊環境溫度上升到預定動作溫度的時候，溫度敏感材料將破裂，導致兩根鋼絲之間短路，通過輸入模塊偵測到短路信號后，系統就會觸發報警信號。當然定期清掃電纜上所積粉塵有十分重要，它能有效防止所積粉塵自燃引起電纜著火。

3　結束語

光伏電站事故肯定是由多方面因素的引起的，不合格的設計方案、不合理的運營與管理，都會引發火災事故的發生，只有從設計、管理、技術和運營上多管齊下，才能從根本上徹底消除火災隱患。

【參考文獻】

[1]王哲. 電站火災預警方法的研究 《太陽能》 2014.1

[2]尹強. 新型火災報警系統在水電站的應用《水力發電》 2014.1

鄭 軍（1967--） 浙江衢州中等專業學校高級講師

【作者簡介】