淺談光伏分布式電站電氣消防安全措施

李立強 李春陽 羅易 周承軍

摘? 要：分布式光伏電站一般建設在工業園、大型企業的廠房屋頂上，周邊人員密集，工業設備多，一旦電站發生火災等危險情況，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量檢測，闡述其中常見的火宅，易起火點。并針對性地通過設計、施工、后期等多方面做好電站的電氣消防安全措施。

關鍵詞：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、環保無污染和發展潛力巨大等優點。而光伏電站是目前世界上最主要應用太陽能資源的形式，其中分布式光伏電站在我國光伏發電領域中發展迅猛。根據國家能源局的統計數據，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，呈迅速發展的趨勢。

由于分布式光伏電站廣泛應用于密集工業地區、人群地區，其消防安全更需著重關注防范。近年來，各種電站火災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，經濟有效的防范措施。

1 光伏分布式電站系統

分布式光伏發電為采用光伏組件，將太陽能直接轉換為電能。為了有效解決電力在升壓及長途運輸中的損耗問題，電站一般遵循近發電，就近并網，就近轉換，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（開關柜）和電力電纜等主要設備組成。

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將光能直接轉變為電能。組件主要分為晶硅組件和非晶硅組件，目前組件主流產品為晶硅組件，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，減小光伏系統停電的時間和范圍。

1.3 逆變器

并網逆變器是光伏發電系統中的關鍵設備，是將直流電轉換為交流電設備，對于光伏系統的轉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電網側之間，將逆變器逆變交流電升壓至公共電網電壓等級要求的交流電。

1.5 匯集站

匯集站為光伏系統中并網側部分，用于開合閘光伏輸出電流，監測光伏電站運行數據，保證對光伏分布式電站和公共電網安全。

1.6 電力電纜

電力電纜是用于傳輸和分配電能的電纜，用于各個設備間的電氣連接。

2 項目常見火災隱患

光伏分布式常見火災隱患主要分為內因和外因兩大因素，外因主要為極端天氣變化、雷擊、業主工廠內易燃品等不可控因素，內因主要是受電氣設備、人員操作失誤、后續運維不到位等影響，為此我們將其分為電氣設備、后期運維、環境因素3大類分析。

2.1 電氣設備

據不完全統計，光伏分布式電站火災約40%是由直流電弧引起的，這也就表明光伏電站的火災起點大多是在低壓側，主要為組件組串、匯流箱、逆變器、電力電纜等設備的連接處。

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，甚至可能引起火災發生。

光伏組件是由恒流電源Iph、PN結二極管、電極等組成的串聯電阻Rs和并聯電阻Rsh組成的電路圖，如圖1所示。

若光伏組件被陰影遮擋，組件內部的電池片就變成了負載，就會發熱消耗電源，生產了熱斑。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的發生，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場情況。

2.1.2 匯流箱

匯流箱是將光伏場區各個陣列的組串電流匯集一起，是光伏電站安全主要的監測單元，其中匯流箱電氣絕緣、開關質量的好壞、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電路短路，引起火災。此外，如果匯流箱內部的斷路器、熔斷器耐壓等級較低，在北方地區的項目，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，引發火災。

其中匯流箱內部的接線不牢靠、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，且電纜在室內電纜溝內施工中的彎曲角度過大時，彎曲部分會產生密集的電磁場，形成強大的環流，不僅消耗電源而且還會發熱，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現問題，爆發問題造成損失巨大，必須得在設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場。

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

2.2 后期運維

光伏分布式電站后續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，設備大多也是在戶外裸露，設備或是零部件經過風吹雨打性能下降、位置出現松動等都是電站的潛在威脅。

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

2.3 環境因素

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

近年來，我國極端天氣氣候出現愈加頻繁，南方的雨雪、風壓等參數均超過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計要求

在項目前期考察、設計時，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、污染性區域。在設計中嚴格遵守國家相關規定要求，在細節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隱患。

3.1.1 前期把關項目建設的風險

在項目建設前期現場考察時，需要著重關注項目所在地的風壓、雪災、雷電等情況，評估在該項目地建設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害（雷電、泥石流、水土流失等）、污染區域、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是是降低項目危險性最為理想、經濟、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，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地最低氣溫對組件電壓和設備的影響，需具備防拉弧、防雷、監測模塊功能。為防止雨水的倒灌，匯流箱低壓進線側需位于最低側，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。匯流箱內高溫不僅容易產生明火，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中最常用的電氣連接器件，如果施工不規范，很容易產生火災隱患，而且電纜多數是直埋在地下，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，無法針對電纜設置固定的滅火裝置。為此，電力電纜部分采購，現場試驗都必須嚴格遵循國家相關規定要求，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，并在電纜溝道內應采用防火分隔和阻燃電纜作為應對電纜火災的主要措施，集中敷設于溝道、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中的重要組成部分，一旦出現問題，對電站照成的損失也是相當大。為此，逆變升壓箱房的監控設備均需配齊，帶有煙感探測器，手提式滅火器、UPS不間斷電源等應急功能。

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

3.1.6 裝設手提式干粉滅火器

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，火災一時半會也不會熄滅。為此，在屋頂上預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別其他的施工工程，光伏電站特殊的設備和性能要求施工人員需要有專業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訓練相應的專業技能，熟悉各種消防滅火器的操作，牢記各個電氣設備開關操作。設備維護前必須做好安全準備，斷開所有應斷開開關，確保電容、電感放電完全，必要時應穿絕緣鞋，帶低壓絕緣手套，使用絕緣工具，工作完畢后應排除系統可能存在的事故隱患。

日常巡視組件光伏陣列區域和進行設備維護，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，就會產生電壓。光伏陣列串聯后形成高壓直流電，如不慎與人體形成環路，將會造成重大安全事故。一般在將光伏陣列接入系統前應保持組串處于斷路狀態，接入系統后在匯流箱（盒）開關關斷的情況下進行連接。在施工過程中，應用遮擋物將光伏組件進行遮擋，遮擋有困難時，施工人員應配備好安全防護用品，確保安全。

為防止設備過熱、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“以預防為主”的管理理念方針，建立電氣設備安全才做流程、消防安全管理組織，培訓員工安全意識和專業能力制度，落實消防安全責任制度，遵守各項安全管理規定，有效減少火災危害。

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 制定遵循規章制度

制定并遵循建筑消防設施維護保養規定，定期組織人員巡查消防設施及設備設施，每年至少一次電站停電全面大檢查。

3.4.3 提高員工素質

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

4 結語

通過對上述幾種光伏分布式電站容易發生的火災隱患細節進行分析，并對已建項目發生過火災情況以及發現火災隱患進行整合分析，并針對電站在設計、施工、運維等方面提供防范建議。光伏分布式電站一旦發生火宅，不僅造成電站財產損失嚴重，更可能會危及人身安全，更會影響新能源企業在行業內的名譽，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，吸取經驗，強化意識，才能保證光伏分布式電站行業健康持續發展。

參考文獻

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