新能源風電光伏儲能系統變電站消防安全及應用管理

安徽棁姿安防科技有限公司 丁艷廠 成來電氣科技有限公司 張 磊

中廣核青海冷湖風力發電有限公司 李 楠

1 引言

對于新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站的消防安全而言，智慧消防應用管理，能提升新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站在消防安全方面的綜合管理能力。

2 新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站消防應用管理現狀

新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站火災監控只集中在火災的探測報警系統階段；只在變電站內布設感煙感溫火災探測器，將火災報警信息通過智能變電站綜合管理系統傳輸至值班室，無自動滅火系統設置。如果在缺乏人員值班的空隙，如果發生火災很難第一時間作出必要的自救措施。隨著物聯網的快速發展，電力行業著手于物聯網設備和數據的應用，希望可以對火災預防和治理工作的有效推進提供借鑒。

新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站也可以此設計更具綜合性的自動滅火系統和探測器，從而更好地實現數據收集、數據傳輸、數據交互等聯動控制，雖然無人值守，也可以對變電站的火情問題予以遠程掌控，加強自動自救能力，助力變電站目前的消防建設[1]。

3 新能源發電終端箱式變電站起火原因分析

新能源發電終端箱式變電站從設計原理到運行構造等都具有一定的特殊性，這種特殊性恰恰預示著風險的高發特點，下面則從結構組成入手，剖析其起火原因，從而更好地為后面的預防和治理提供借鑒與參考。

3.1 變電站結構組成

新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站一般由高壓室、低壓室和變壓器本體組成。高低壓電氣元件裝在密封的金屬外殼箱體內，一般為了電氣防護安全，箱體外門打開后還有一套需要操作防誤開解鎖的內防護門或需要工具才能打開的防護隔板，防止打開外門時誤觸碰內部帶電設備。而一般火災發生時對人工滅火產生阻礙的正是這套內防護門或隔板，起火后不能及時打開，導致滅火器不能深入內部進行滅火。由此可以看出，特殊的構造也就決定了起火原因的多元性和滅火難度所在。

3.2 變電站內容易的起火原因

一是高壓系統相關的絕緣材料缺乏合格性，從而容易引發放電問題，由此產生一定的火災。如制作工藝不足、環境不夠干燥等都會降低絕緣物質的絕緣性；二是變壓器中存在一定的油性物質，這些物質的爆炸也容易引發一定的火災；三是低壓側電纜終端冷壓端子或大電流母排接觸不良過熱起火；四是低壓斷路器動靜觸頭接觸不良過熱自燃起火；五是光伏箱變交流匯流開關母排之間放電，直流電纜或母線之間持續電弧放電；六是箱變各電氣元件在潮濕灰塵等野外惡劣運行下缺少及時必要的停電維護檢修，性能均會下降導致過熱放電等事故燃燒。七是儲能電池及變流系統更是火災危險源。

新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站內起火原因還是多元化的，涉及人為因素和非人為因素，近年此方面的火災問題也是備受關注。如何能夠更好地降低事故燃燒的危害值得思考。

3.3 變電站火災撲救難度分析

新能源風電光伏儲能系統預裝式變電站的箱變容量已達8MW，低壓電流5000A 左右，已接近低壓斷路器上限電流，一旦出現故障短路電流極大，跳閘飛弧將威脅內部電氣絕緣，起火概率極大，箱變外部鋼板外殼防護，起火后不易打開，滅火器噴射不到柜體內部的起火根部，而且一旦起火發現不及時，等發現起火后從距離較遠的值班室趕到起火箱變附近，就已經錯失最容易撲滅的小火情的第一時間，火勢擴大 ，熱量撲面，沒有專業人員防護裝備人員無法靠近，無法撲滅箱變柜體內部的火焰 ，持續燃燒導致完全燒毀[2]。

若采用物聯網自動滅火系統能夠第一時間感知起火點，并遠程應急啟動自動滅火，將火災消滅在最小狀態，并將起火風險和過火損失控制在最小范圍內，減少人員在滅火過程中的傷亡事故發生。由此可以看出，新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站火災撲救難度雖然有，但是很多問題是可以預見的，對此可以通過各種借鑒方案的提前設計來進行規避，從而降低不必要的人員和財產損耗，綜合分析難度，針對性地予以治理，從而助力新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站社會價值的凸顯。

4 變電站消防安全解決方案及智慧應用管理

4.1 變電站消防安全解決方案

新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站在特定情況下會發生火災，對此會產生很多人員、財產方面的損失，但是新時代背景下，新能源光伏發電已經成為必然的趨勢，如何針對火災發生來制定更好的消防方案十分關鍵。

4.1.1 電氣柜無線火災報警自動滅火系統

電氣柜無線火災報警自動滅火系統由報警滅火系統主機、智能無線滅火監測器、自動滅火裝置三大部分組成，是以異常預警、自動滅火情況、火災預警、消防記錄管理為性能要求的一套智能化滅火系統，具備溫度監測、煙霧監測、預警報警、自動滅火、無線傳輸、集中管理、遠程監控等功能，大幅度提高開關柜的運行可靠性，為用戶提供新型環保特性、安全高效的消防方案。

自動滅火裝置采用清潔高效的全氟己酮滅火劑為滅火載體，在氣態和液態下，均具有電絕緣性，是電氣設備滅火最佳的選擇。滅火后無殘留，對設備的后續運行無影響，方便對故障器件快速更換并恢復運行。

4.1.2 全氟己酮物聯網探火管自動滅火系統

全氟己酮物聯網探火管式自動滅火裝置隸屬于一種新時代背景下的自動滅火系統，這種系統的特點比較凸顯，諸如操作簡單、成本偏低、安全性強，且不需要電源支持，包括探火管和滅火劑兩個部門，可以實現快速、準確的火災撲滅工作，同時又集合了物聯網信息傳送、火災報警、火速滅火等于一體的滅火系統，自動化、信息化、數據化特點明顯[3]。

探火管方便布置在箱變高低壓柜內易起火的各個位置，與原箱變設備電氣絕緣性能互不影響，方便新設備成套設計安裝及老舊設備改造加裝。安裝維護簡單，兼具低成本和高可靠性。

4.1.3 變壓器氣水霧智能自動滅火系統

變壓器氣水霧智能滅火系統由智能無線滅火系統主機、氣水霧自動滅火裝置組成，是以異常預警、火災報警、自動滅火、消防記錄管理為性能要求的一套智能化滅火系統，具備溫度監測、預警報警、自動滅火、無線傳輸、遠程監控等功能。

氣水霧自動滅火裝置由氣體滅火瓶組、水霧滅火瓶組、霧化噴頭組成。滅火時由氣體做動力源驅動水霧滅火劑瓶組，噴放液氣混合流進行霧化滅火。

4.2 新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站智慧消防應用管理

4.2.1 變電站消防遠程集中監控系統構成

變電站消防遠程集中監控系統結構如圖1所示。

圖1 變電站消防遠程集中監控系統結構

4.2.2 新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站消防遠程集中監控系統設計

變電站內火災探測器提升了消防系統的報警系統敏感度。近年來，物聯網的快速發展催生了很多高效、敏銳的探測器，該探測器如何通過設計，廣泛引入到新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站消防系統值得探索。

在設計過程中具體步驟包括幾點。針對變電站的具體建設和運行情況對于消防區域進行科學劃分并針對不同區域的消防問題進行消防設計，當然整個過程中要參考國家的相關標準。如高低壓柜宜設置熱成像感溫火災探測器。當監測到溫度（煙度）驟升時，火災報警并遠程視頻傳輸現場實時情況。而物聯網滅火設備的使用，將從根本上改變消防設施的響應機制，實現從現有離線式響應機制到線上式的跨越，從而實現遠程監測管理平臺對滅火設施啟閉的遠程控制，火災報警與滅火的分級聯動。實現安消聯動的一體化消防系統解決方案。

4.2.3 變電站物聯網智慧消防應用管理

物聯網智能消防遠程監測管理平臺是一個充分引入了物聯網技術的系統，作為變電站的中樞神經，對于火災探測器獲取的數據進行有效分析，可以遠程開啟或者關閉控制系統，同時內部還含有很多人工智能算法和數據感應器，使火警的預防、滅火等通過有效的神經系統而實現高效、便捷。有效解決了新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站的智能消防智慧化應用管理難題。

4.2.4 預裝箱式變電站物聯網智慧消防應用管理下的火災監測預警及聯動控制實現案例

以新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站為例，將變電站分為高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置，根據變電站的分布特征，構建火災分級監測預警與視頻聯動安消一體化載體[4]。變電站內所布設火災煙感探測器、電氣測溫探測器及視頻在線監測系統，通過信息傳輸裝置將實時數據傳輸至消防遠程監測管理平臺。當發生火災報警監測異常報警時，消防遠程監測管理平臺立即啟動視頻在線監測系統，若無異常則消除監測預警響應機制。若監測預警異常，立即啟動火災響應機制，采取應對措施。

一是對于地面人員應當及時予以通知，通知內容包括快速確認現場、快速調集相關人員、快速啟動火災治理系統、快速疏散相關人群。

二是啟動遠程監測系統當中的一級預警機制，啟動之后進行及時的視頻監控，讓相關數據和管理詳情可以第一時間傳至消防監測平臺。整個過程中的滅火措施也是十分多元化的，保障了新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站的滅火能力。

三是消防遠程監控平臺會結合火災的具體情況對其發出啟動信號，由此自動滅火設備則開始進行滅火工作。

四是平臺會將具體的火情傳送給當地火情部門，消防人員可以及時趕到并完成必要的滅火工作，如果這個過程中出現了數據異常、設備異常等，平臺也可以通過App 將相關訊息及時地傳送給相關負責人，以便及時采取必要的應對措施。

5 結語

本文的重點是關注消防問題，以新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站為例，剖析其目前消防設計存在的問題，引入電力物聯網的優勢，提出了應對方案，目的是增強該類變電站的滅火能力、預防能力以及智能化水平。希望通過研究而提出的消防借鑒方案可以在日后設計思路、管理理念更新、管理方式優化方面提供一定的參考，助力新能源風電光伏儲能系統預裝箱式變電站社會價值的凸顯。