加油站分布式光伏發電系統的安全風險及防范

熊 楠

〔中國石化銷售股份有限公司 北京 100728〕

太陽能光伏發電作為綠色能源的一種，是我國邁向“碳中和、碳達峰”(以下簡稱“雙碳”)和能源結構轉型發展中的重要一環。隨著“雙碳”行動方案的深入實施，國內分布式光伏發電系統得到迅速發展。根據國家能源局統計數據[1]，2021年，國內分布式裝機29.20 GW，同比增長88.39%，占當年全部光伏裝機量的比例提升至55%。在“雙碳”背景下，中國石化等傳統能源企業紛紛加大分布式光伏發電站的投資建設，利用加油站罩棚、站房屋頂等場所安裝分布式光伏發電系統，實現節能降耗、降本增效的目的[2]。然而，由于加油站分布式光伏發電項目具有建設規模小、建設條件復雜、電源點分散等特點，由此帶來諸多安全風險。另外，加油站分布式光伏發電系統建成后，在光伏發電過程中如進行巡檢、組件清洗、維修等作業亦存在較多安全風險。因此，有必要針對加油站分布式光伏發電系統建設及運營過程中存在的安全風險，提出有效的防范措施，以確保加油站分布式光伏發電系統的可靠性。

1 分布式光伏發電系統的原理

光伏發電系統是利用太陽電池的光生伏特效應，將太陽輻射能直接轉換成電能的發電系統。該系統分為獨立光伏發電系統、集中式光伏發電系統和分布式光伏發電系統。分布式光伏發電是在用戶現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統，其特點是就近發電、就近并網、就近轉換、就近使用。分布式光伏發電系統一般由光伏組件、逆變器、支架、并網箱(柜)、電力線纜、雙向電表等組成。加油站的罩棚、站房屋頂等的使用面積決定了適用于安裝分布式光伏發電系統。

2 分布式光伏發電系統的組成

2.1 光伏組件

光伏組件是分布式光伏發電系統的核心部分，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。光伏組件類型包括單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等，單晶硅產品市場占比超過90%。

2.2 逆變器

并網逆變器是光伏發電系統中的關鍵設備。光伏組件所產生的直流電需要通過逆變器才能轉變為交流電并用于家用電器或并網發電。并網逆變器按照技術路線及功率水平主要分為集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器。集中式逆變器和組串式逆變器分別對應集中式光伏發電系統和分布式光伏發電系統。微型逆變器的主要應用場景為小功率、組件級別的分布式光伏發電場景。

2.3 支 架

光伏支架是光伏發電系統中為了擺放、安裝和固定光伏組件設計的專用支架，一般材質有鋁合金、碳鋼、不銹鋼等。根據安裝方式，光伏支架分為固定式光伏支架和跟蹤式光伏支架。分布式光伏發電系統受場地和角度限制常采用固定式光伏支架。

2.4 并網箱(柜)

光伏并網箱(柜)是連接光伏發電系統和電網的配電裝置，作為光伏發電系統與電網的分界點，安裝于組串式逆變器的后端，把逆變器輸出的交流電經過并網箱(柜)與市電并網。對于分布式光伏發電系統，并網箱(柜)常加裝計量和保護等功能器件。

2.5 電力線纜

電力線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。

3 加油站分布式光伏發電系統存在的安全風險

3.1 項目建設期間存在的主要安全風險

3.1.1 高處墜落風險

高處墜落風險是加油站分布式光伏發電項目建設中存在的主要安全問題之一。加油站分布式光伏發電項目的主要工作面在罩棚頂部和站房頂部，需要在罩棚頂部和站房頂部安裝光伏組件、電力線纜、防雷接地系統、支架等多個設備設施，工作面高度均在2 m以上，涉及臨邊、攀登、懸空、操作平臺、安全網搭設等多項高處作業，工作難度大，工作危險系數高，存在較多的安全風險，一旦出現臨邊作業未防護、安全帶不牢固或未系安全帶等問題時，極易發生高處墜落事故，給企業和承包商施工人員造成嚴重后果。

3.1.2 火災安全風險

加油站分布式光伏發電項目建設過程中，涉及到焊接、切割、動火以及臨時用電作業等。且加油站屬于易燃易爆場所，一旦安全防范措施未落實，極易引發火災，造成不可承受的后果。

3.1.3 觸電安全風險

由于分布式光伏發電系統是將太陽能轉化為電能，因此，在項目建設過程中都涉及到用電安全。在施工臨時用電方面，施工人員無證上崗、未辦理作業票、電氣線路老化破損、漏電保護器失靈等問題都會引發觸電危險，產生觸電安全隱患。在光伏組件、逆變器等電氣安裝方面，工作人員操作不規范、帶電作業、未做好防護措施等問題都會有觸電危險。在并網調試方面，未辦理作業票、未按照操作流程規范操作、未做好防護措施等問題都會發生觸電危險。

3.2 系統運行期間存在的主要安全風險

3.2.1 火災安全風險

近年來，光伏發電系統火災事故時有發生，引起人們極大關注。由于分布式光伏發電系統與建筑物結合的特點，特別是光伏建筑一體化材料(BIPV)的使用，加劇了火災的危害性，嚴重威脅到公共安全[3]。而加油站本身屬于火災爆炸危險場所，存在汽油、柴油等易燃易爆物質，一旦光伏發電系統著火，后果不堪設想。

據統計，光伏電站中的火災事故80%以上是由直流側故障引起，特別是組件熱斑、電氣線路虛接以及直流拉弧問題等引發的火災[4]。另外,防火措施失效、組件質量問題、電氣事故也是光伏電站火災事故的重要原因。

(1)組件“熱斑效應”引起著火[5]。組件熱斑主要為組件中的一串電流被陰影或遮擋物遮擋，導致局部升溫、過熱，這種現象稱為“熱斑效應”。高溫下嚴重的熱斑會導致光伏組件局部燒毀、焊點熔化、柵線毀壞、封裝材料老化等永久性損壞，局部過熱還可能導致玻璃破裂、背板燒穿，甚至組件自燃、發生火災，所以熱斑一直是電站運維過程中最受關注的問題。

(2)直流拉弧引起著火。在整個光伏系統中直流側電壓通常高達600～1 000 V。由于光伏組件接頭接點松脫、接觸不良、接線斷裂、電線受潮、絕緣破裂等原因而極易引起直流拉弧現象。直流拉弧會導致接觸部分溫度急劇升高，持續的電弧會產生3 000～7 000 ℃的高溫，并伴隨著高溫碳化周圍器件，輕者使接頭、熔斷器燒毀，重者燒毀組件和設備引起火災。由于部分加油站光伏組件安裝在罩棚頂部和站房斜屋頂，日常很難巡檢到位，加大了直流拉弧發生的可能性。

(3)電氣線路虛接、老化、短路等引起著火。由于組件、逆變器等電氣設備的線纜接頭連接不牢、虛接將導致設備運行時接觸點的電阻很大、發熱異常，存在自燃危險。

3.2.2 觸電安全風險

在光伏發電系統運維過程中很多情況下都可能發生觸電，如電工人員無證上崗、帶電操作、未正確佩戴防護用具、設備漏電保護失效、線纜破損等都有可能觸電。另外，在組件清洗過程中，破裂的組件、絕緣失效的線纜、密封性差的逆變器等電氣設備都有可能在清洗過程中進水漏電，使清洗人員觸電。

3.2.3 高處墜落風險

加油站光伏組件安裝于罩棚及站房頂部，作業人員在對光伏組件開展巡檢、維保、清洗過程中，在臨邊、攀登、懸空、操作平臺等作業時，存在高處墜落風險。另外，由于極端惡劣天氣如臺風、暴風雨等，導致光伏支架和組件被吹翻和從高處墜落，從而造成次生災害。

4 加油站分布式光伏發電系統安全防范措施

4.1 項目建設期間的安全防范措施

4.1.1 預防高處墜落的安全防范措施

(1)開展有針對性的安全教育培訓，提高施工人員自我保護意識。從事高處作業人員應持證上崗，無高血壓、恐高癥等疾病，并經過入場安全培訓教育和安全技術交底。

(2)嚴格審查施工組織方案和應急預案，嚴格作業許可管理，作業前辦理高處作業票，作業過程中加強現場監護。

(3)加強器具檢查，從事高處作業的設備機具應檢查合格。高處作業過程中，嚴格按照安全操作規程正確使用升降平臺、爬梯、腳手架等。

(4)加強施工現場監督檢查，發現“三違”問題及時叫停和制止。

4.1.2 預防火災的安全防范措施

(1)嚴格按照《GB50797—2012光伏發電站設計規范》、《GB50794—2019光伏發電站施工規范》、《GB/T51368—2019建筑光伏系統應用技術標準》以及《GB50156—2021汽車加油加氣加氫站技術標準》施工，并確保光伏系統符合加油站防火防爆安全距離要求。規范電氣線路的敷設和設備設施的安裝，嚴禁踩踏和不規范堆放光伏組件造成光伏組件隱裂。做好防雷接地，分布式光伏發電系統接地應與加油站接地系統有效連接。

(2)檢查施工現場是否存在易燃物，如有應及時清除或采取隔離、防護措施，并設專人監護。焊接前進行檢查，確保焊接距離符合規定。乙炔、氧氣瓶應有防傾倒裝置，擺放距離符合要求。

(3)焊工應持證上崗，正確穿戴勞保用品，確保防護器具合格、正確使用。高處焊接操作要嚴格防止火花飛濺。

(4)嚴格作業許可管理，作業前辦理動火作業票，作業過程中加強現場監護。

(5)確保施工現場擺放消防器材，消防疏散通道暢通。

4.1.3 預防觸電的安全防范措施

(1)嚴格審查電氣安裝、并網調試施工組織方案和應急預案，作業人員持證上崗，嚴格作業許可管理，作業前辦理臨時用電作業票，作業過程中加強現場監護。

(2)由于光伏組件的特殊性，在接收太陽光輻射時就會產生電壓，光伏組件串聯后形成高壓直流電，應確保在并網箱(柜)開關關斷的情況下連接光伏系統。在施工過程中，施工人員應確保防護用具合格、正確穿戴絕緣鞋、低壓絕緣手套，使用絕緣工具。

(3)針對施工臨時用電，嚴格檢查配電線路和用電設備，落實“三級配電、兩級保護”和“一機一閘一保護”要求。嚴格審查臨時用電方案和應急預案，作業人員持證上崗，防護用具合格、正確使用，作業前辦理臨時用電作業票，作業過程中加強現場監護。

4.2 系統運行期間的安全防范措施

4.2.1 預防火災的安全防范措施

(1)加強對光伏系統的日常巡檢，聘請專業人員定期做好加油站分布式光伏系統的維保工作，在巡檢和維保過程中發現問題要及時處理。如發現線路接觸不良、老化等問題要及時更換線路。采用紅外熱成像儀、EL檢測儀專業設備定期對系統開展檢測，及時消除隱患，杜絕設備帶病作業、超期服役和超負荷運行。

(2)定期清洗光伏組件，清理光伏組件玻璃及邊框上的積灰，清除樹葉、泥土、鳥糞等遮擋物，減少“熱斑效應”產生，提高組件的光潔度，提升光伏發電轉化效率和延長電池板使用壽命。定期監測比對光伏電站的發電量情況，確定是否增加光伏組件清洗頻次。

(3)加強消防安全管理，在光伏方陣、逆變器周圍應設置干粉滅火器、二氧化碳滅火器等消防器材，定期開展消防應急預案演練。為減少火災事故發生，在光伏方陣、逆變器周圍，不得堆放易燃易爆物品。考慮光伏系統在光照條件下持續產生直流高壓電，嚴禁用水滅火。如光伏系統安裝了快速關斷裝置，則可啟動快速關斷裝置，使每個光伏組件電壓降至安全電壓值以下后再組織實施滅火。

4.2.2 預防觸電的安全防范措施

(1)光伏系統清洗和運維前須做好安全準備，斷開所有應斷開關，確保電容、電感放電完全。正確穿戴絕緣鞋、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。

(2)光伏組件的清洗應盡量選擇在清晨、傍晚或陰雨天進行，嚴禁選擇在中午前后或陽光比較強烈的時段進行。禁止將清洗水噴射到組件接線盒、逆變器等光伏系統設備，以防觸電。

4.2.3 預防高處墜落的安全防范措施

(1)嚴格執行高處作業安全規程，在罩棚頂部、站房屋頂邊緣從事檢維修、清洗作業時，應采取系掛安全繩、架設安全網等措施。

(2)在從事高處作業前，要進行針對性的安全教育，辦理高處作業票，落實現場監護。

(3)在雨雪、大風等惡劣天氣時，不得進行高處作業。

5 加油站分布式光伏發電系統安全管理的重點

5.1 建立健全安全管理制度

加油站要針對分布式光伏發電系統建立健全設備操作規程和安全管理規章制度，完善設備“四定”臺賬。各管理、操作人員要嚴格按照規章制度要求和操作規范操作，杜絕“三違”行為。

5.2 加強員工安全知識培訓

分布式光伏發電系統對于加油站員工來說，屬于一個新業態。加油站應采取集中授課、觀看學習視頻、安全考試等形式組織員工開展分布式光伏發電系統的安全知識培訓，使員工們達到“四懂三會”(懂原理、懂構造、懂用途、懂性能，會操作、會維護、會排除簡易故障)的水平。

5.3 做好風險識別與隱患排查治理

加油站應針對站內的分布式光伏發電系統定期開展風險識別，建立風險臺賬，明確防范措施。按照設備“四定”管理要求，明確光伏發電設備責任人，嚴格按照檢查標準、周期開展設備日常維護保養和隱患排查，及時發現隱患，落實問題整改。

5.4 完善應急管理體系

加油站應針對分布式光伏發電系統完善火災、觸電、高處墜落等應急預案，配齊配全應急物資，加強應急預案演練，提高加油站員工的應急處置能力。

6 結束語

在“雙碳”背景下，大力發展分布式光伏發電系統是傳統加油站實現能源結構轉型和節能降耗的必由之路。但加油站分布式光伏發電系統在項目建設和系統運營過程中存在的諸多安全風險需要引起足夠的重視。應該對此開展系統、全面的研究，找出存在的安全風險和隱患，制定相應的防范措施，完善相關的管理制度和標準規范，以推動加油站能源結構轉型與光伏行業的發展，助力國家“碳達峰、碳中和”目標的實現。