對儲能電站檢測的安全性分析

蔡睿 周承軍 江偉 盛春

摘 ?要：在新一輪能源革命的背景下，儲能作為新能源行業的新起之星，已在部分區域內建立儲能電站，為了確保其能夠安全穩定地運行，運維人員需定期對其進行檢測解析。該文主要介紹了系列檢測的內容與方法，檢測對象可能會引起的危害和如何抑制其產生的解決方法。儲能電站作為多能源互補的重要角色之一，它主要應用于解決棄光棄風問題、實現調峰調頻的電網側服務和工商業峰谷套利等盈利模式，因此保持高效率及安全運行對系統的經濟性和穩定性至關重要。

關鍵詞：儲能系統;安全性;檢測

中圖分類號：TM91 ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

目前，全球能源緊缺，新能源產業的發展勢在必行，其中，光伏電站與風力電站是新能源電站中的新寵，但其發電具有時段性，無法提供穩定的電力輸出，如果二者在局部區域建設規模過大，并網時會給電網的安全穩定運行帶來巨大的影響，儲能電站能夠提升配電網對分布式電源的接納能力，穩定電網末端節點電壓水平，并可作為電網故障或檢修時的備用電源，在智能電網建設的變用電環節中發揮巨大作用。在用戶側也能在作為備用電源的同時，實現峰谷套利的經濟使用價值，因此儲能電站的安全性穩定性對系統的經濟性意義重大。

1 儲能電站檢測內容

此次對該公司一示范儲能電站系統項目進行多方面的檢測（該文統稱A項目），主要為三大模塊：形式檢測、安全性能檢測及系統性能檢測。根據其檢測數據分析儲能系統的安全性，保證儲能系統能夠正常運行。

2 形式檢測

2.1 設備一致性及銘牌檢測

此項檢測內容主要是檢查PCS和EMS的型號規格、磷酸鐵鋰電池的容量及數量是否一致，檢查各個設備和主要電氣元件銘牌是否完整與清晰。若有銘牌丟失或不清晰則需及時標識與更換，以確保安全運檢降低器件不可識別帶來的運維壓力。A項目經檢查均完好。

3安全性能檢測

3.1 接地系統檢測

接地電阻是否合格直接關系到運行人員及檢修人員的人身安全，但土壤會腐蝕接地裝置，增大接地電阻，因此需要定期檢測。

該檢測項目使用接地電阻檢測儀，采用四線測試的方法，其優點能消除設備表面的接地電阻對測量的影響，能消除線阻對測量的影響，如圖1所示。

注意事項：

（1）從被測物體開始，兩者間隔5 m～20 m。

（2）E與H之間至少是被測接地體埋入地下電極長度的5倍。

（3）測試時，測試線不能交錯在一起，會影響測試精度。

按照圖1連接好測試線后，在儀器上進行操作，進入接地電阻測試模式，按下“TEST”鍵，數據出現在測試屏上，直至其穩定后記錄下該接地電阻值。

若測量值大于規范要求，則需要檢查所有接地點的連接是否完好或檢測接地點環境阻值是否變大。此時可通過排查修復接地點、增加接地極或者在接地極處更換土壤，填充降阻劑使其達到安全設計標準。接地阻值過大時，系統會在受直擊雷或感應雷影響時不能及時泄流，對電氣設備造成破壞引起系統不安全運行或系統出現漏電等故障是亦可能對運檢人員造成安全隱患。

此次A項目檢測接地電阻的數值為0.19Ω，變壓器集裝箱接地電阻的數值為0.4 Ω，遠遠小于國際標準。

3.2 應急系統及暖通系統檢測

檢查集裝箱內應急逃生燈是否能正常工作，若不能正常工作則更換蓄電池或更換燈具使其可在應急狀態下正常工作。逃生門是否可以自動彈開，若不可則配合廠家運維檢修。應急系統在緊急狀況下確保運檢人員的人身安全至關重要。

A項目經檢查，應急燈與逃生門均可在應急狀態正常工作。

電氣設備艙排風系統性能檢測，系統停機在設備艙放置加熱器給設備艙升溫，檢測溫感與排風風機的聯動性。其可避免電氣設備在過高溫狀態下長期運行，可確保電氣設備安全運行并延長其壽命，降低過負荷運行造成安全隱患的風險。

電池艙空調系統性能檢測，斷開消防設備與電池簇，模擬電池高溫信號給BMS、環境高溫、低溫及環境高濕度，看空調是否能做出準確的動作。溫控系統對電池的安全運行提供至關重要的環境，若其不能在對應的環境測試中通過，則需先排查對應的傳感器再排查空調本身的性能是否正常。

暖通系統的正常運行，有利于系統在最優狀態下安全運行，也可保證系統充放電效率達到最優，同時降低安全風險。

3.3 電氣設備及線路異常溫升點檢查

電氣設備及線路異常溫升，易導致設備損壞，產生火災隱患。檢測電氣設備和線纜溫升，針對異常處進行器件（線纜）檢修或更換，消除項目隱患。圖2為該檢測項目使用的儀器。

通常我們使用的儀器是熱成像儀進行檢測，首先調整焦距，然后選擇正確的測溫范圍，了解最大測量距離并保證測量過程中儀器平穩，獲得檢測數據并與器件（線纜）正常運行是的熱量計算值對比，驗證其是否存在異常溫升。A項目經檢測未發現異常。

3.4 消防聯動系統檢測

消防聯動系統在整個電站安全問題上有著至關重要的位置。

該項目消防系統的保護區均設兩路獨立探測回路，一路來自煙感，另一路來自溫感。當報警控制器收到煙感發出的報警信號時，報警控制器發出聲光報警，保護區現場警鈴報警（提醒人員確認火災真實性）;當溫感發出火災信號時，報警控制器進入延時階段，聲光報警器報警和聯動設備動作（切斷主回路）。延時過后，下達滅火指令，同時控制器收到反饋信號，控制面板噴放指示燈亮。當報警控制器處于自動狀態則自動噴灑;若處于手動狀態則只報警不動作，等待人員確認后，按下控制面板的應急啟動按鈕或者緊急啟停按鈕，即可噴灑。

因此我們只需給煙感溫感模擬信號，完成一個流程觀察是否正常即可，如果哪個環節出現問題則進行維修或更換。A項目經檢測，消防聯動系統處于正常工作狀態。

當電站系統發生消防火情時，消防系統安全運行可及時抑制火情、減少設備損壞及人員傷亡，可極大程度地確保系統的安全性。

3.5 BMS系統檢測

BMS系統俗稱電池管理系統，主要功能包括：電池物理參數實時監測;電池狀態估計;在線診斷與預警;充、放電與預充控制;均衡管理和熱管理等。

對A項目系統中六串電池組各抽查一個模組和相對應的從控進行模擬過壓、欠壓、過流和溫度異常實驗測試。

系統過壓模擬測試：首先給每個模組的三個采樣點施加3.2-3.7V的模擬電壓信號。當模擬信號電壓升至3.4V時BMS人機界面與EMS系統均產生一級過壓告警，當模擬信號電壓升至3.5V時BMS人機界面與EMS系統均產生二級過壓告警并且BMS做出對電池組禁充指令，當模擬信號電壓升至3.6V時BMS人機界面與EMS系統均產生三級過壓告警并EMS發出指令使高壓箱接觸器斷開。

系統欠壓模擬測試：首先給每個模組的3個采樣點施加2.7 V～3.2 V的模擬電壓信號。當模擬信號電壓降至3.0 V時BMS人機界面與EMS系統均產生一級欠壓告警，當模擬信號電壓降至2.9 V時BMS人機界面與EMS系統均產生二級欠壓告警并且BMS做出對電池組禁放指令。

系統過流模擬測試：首先給每個模組模擬100 A的電流，系統處于正常工作狀態并無異常;再模擬200 A的電流，發現BMS和EMS界面產生告警并且做出相應的動作，立馬斷開高壓箱中的接觸器，系統處于停機狀態。

系統溫度異常模擬測試：需先將消防控制器從自動切換成手動避免出現誤動作，設置初步溫度為25℃，可見風扇與空調并無動作;當溫度提高到30℃時，BMS傳遞信號使風扇開始運轉，在保持較高的經濟效益的前提下，使電池處于最優的工作環境;當溫度提升至35℃時，EMS系統下達命令，空調開始運轉使箱內溫度迅速降低，當溫度慢慢上升至65℃時，發現整個系統的電池組全部停止工作，這種運行機制能夠比較完好的保障整個電站的安全運行。

以上講述的檢測方法都是在保護設備能夠正確動作的前提下，若過壓欠壓過流檢測時，BMS和EMS系統未能產生告警提示，我們可從通信線束上尋找原因;若未能正確動作，我們可從BMS的從控中查找是否是元器件的原因;若同時產生過欠壓的現象，我們可從電池模組和采樣點處發現問題。在電池溫度異常檢測上，我們需要尋找是否因為BMS和EMS沒有與風扇和空調保持完好的聯動性或者干接點處出現了接觸不良的現象。

A項目該檢測內容經檢查后發現并無異常，處于正常工作狀態。

4 系統性能檢測分析

系統效率在整個電站的經濟效益中占據了主導地位，我們需要總結并優化眾多因素，才能大幅度提高系統效率，達到節能降耗、提高經濟效益的目的。

其中η總=系統總效率。

C充=系統充電量。

η變=流器自身效率。

η直流=電池直流轉換效率。

η線損=線路損耗百分比。

C站用電=箱內用電設備電量。

我們以影響系統效率的三個主要因素分析。

4.1 儲能變流器效率因素

給儲能變流器做一個模擬實驗，根據數據分析其效率，對比出產效率分析：1）半導體的開關損耗和導通損耗;2）磁性元器件的鐵損和磁損?？膳沤Y合廠家意見排查原因。亦可通過直流電壓合理配置，使電池電壓盡可能處于MPPT的工作范圍內，能夠較好地提升逆變器自身的效率。

A項目因運行時間僅1年，經檢測各項數據均正常。

4.2 電池因素

電池衰減為系統效率影響最大因素，檢測電池系統衰減情況，對比產品手冊衰減，查看其衰減是否超出預期。反向排查起因，是否因運行策略、環境溫度、電池一致性等因素引起。

若因運行策略引起，則合理調整運行策略;若因環境溫度引起，則排查暖通系統運行策略，確保其在合理環境溫度下運行;最后整理電池一致性，對比BMS采集的各電池性能，將電池重新分類、并串，確保單簇電池一致性較高，其重新分類建議1年-2年完成一次。

A項目并網運行系統效率為88.50%，運行一年多后檢測系統效率為85.91%，經電池重組后測試系統效率為86.83%。若運行時間久則該整改措施效果會更加顯著。

4.3 能量管控

集裝箱內有空調、照明用電設備，調整合適的空調溫度以及進出隨手開關燈都會影響系統放電量的多少，在確保系統安全合理地運行過程中，節能也是提高系統效率的重要因素之一。

系統效率的高低直接涉及項目經濟產出，如何確保系統高效率亦是項目管理的重中之重。

5 結論

通過完成對A儲能系統項目的形式、安全和系統性能三大模塊的檢測與整改，使該項目運行更為安全穩定，系統效率也大大提高，在降低項目安全風險的同時提高了項目削峰填谷的收益。

5.1形式檢測

確保系統的完整性，降低因設備銘牌模糊丟失等原因日常檢修壓力，提高日常排查故障效率，使系統更具安全性與經濟性。

5.2 安全性能檢測

安全性能檢測主要包括接地系統檢測、應急系統及暖通系統檢測、電氣設備及線路異常溫升點檢測、消防聯動系統檢測和BMS系統檢測。上述性能均與消防安全息息相關，其中BMS性能還與電池壽命及系統效率有著直接關聯，因此排查上述性能故障，確保其完好性，對系統安全穩定地運行至關重要。

5.3 系統性能檢測

系統性能檢測主要是對電池一致性的排查，也包括變流器等主要元器件的性能檢測，其中通過重組或更替一致性差的電池模組，對系統效率的提升極為顯著，也能提高系統電池的壽命，做好該項檢測與整改，可以對項目經濟效益產生直接且顯著的效果。

在智能微網、多能互補等產業與解決棄光棄風等問題中，儲能扮演的角色越來越重要;電站的無人值守智能化對其安全穩定性要求也必將日益嚴格，使儲能電站系統檢測更顯重要。因此如何檢測使系統能在日常運行中更為安全穩定，更具經濟性是我們該去學習與總結的重要課題。

參考文獻

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