分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)風(fēng)險評估與消防應(yīng)急預(yù)案研究

摘要：近年來，隨著可再生能源的快速發(fā)展，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于系統(tǒng)設(shè)計、安裝、維護不當(dāng)以及設(shè)備質(zhì)量問題，光伏系統(tǒng)火災(zāi)的風(fēng)險逐漸顯現(xiàn)。本文從火災(zāi)發(fā)生的主要原因入手，構(gòu)建火災(zāi)風(fēng)險評估模型，并通過風(fēng)險評估結(jié)果分析系統(tǒng)的火災(zāi)隱患。本文提出了一套分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的消防應(yīng)急預(yù)案，并對系統(tǒng)火災(zāi)風(fēng)險控制提出了具體建議。本文的研究旨在提高光伏系統(tǒng)的安全性，減少火災(zāi)風(fēng)險，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)；火災(zāi)風(fēng)險評估；消防應(yīng)急預(yù)案

引言

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一種清潔能源技術(shù)，具有能量來源豐富、應(yīng)用靈活等特點，已廣泛應(yīng)用于工商業(yè)及住宅領(lǐng)域。然而，隨著其規(guī)模的擴大和應(yīng)用的普及，光伏發(fā)電系統(tǒng)的火災(zāi)風(fēng)險日益突出。光伏系統(tǒng)的火災(zāi)主要源于設(shè)備故障、設(shè)計缺陷、安裝不當(dāng)以及系統(tǒng)維護不足，給安全生產(chǎn)和財產(chǎn)安全帶來了巨大威脅。因此，科學(xué)評估光伏系統(tǒng)的火災(zāi)風(fēng)險并制定相應(yīng)的消防應(yīng)急預(yù)案對于確保光伏系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要。

一、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)風(fēng)險評估

（一）光伏系統(tǒng)火災(zāi)的主要原因

1.組件質(zhì)量問題

若在光伏組件的生產(chǎn)與安裝環(huán)節(jié)缺失嚴苛的質(zhì)量監(jiān)管，可能出現(xiàn)材料老化、密封失效、電氣連接不穩(wěn)固等缺陷。這些缺陷會導(dǎo)致電氣故障，并有可能觸發(fā)火災(zāi)事故。

2.接線故障

在光伏系統(tǒng)中，隨著時間的推移，電纜可能會發(fā)生老化現(xiàn)象，進而導(dǎo)致電氣連接出現(xiàn)松動情況。當(dāng)系統(tǒng)在運行過程中，若電流超出額定容量或者電纜的絕緣層出現(xiàn)破損，便可能產(chǎn)生電弧或者短路，進而可能誘發(fā)火災(zāi)。

3.逆變器故障

逆變器是實現(xiàn)直流至交流電能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵裝置，若其設(shè)計存在缺陷、安裝不規(guī)范或長期運行導(dǎo)致內(nèi)部組件老化，可能出現(xiàn)短路或過熱的風(fēng)險，從而誘發(fā)火災(zāi)事故。

4.外部環(huán)境因素

高溫環(huán)境會加速設(shè)備老化，雷擊等極端天氣可能直接損壞組件或逆變器，增加火災(zāi)風(fēng)險。

（二）火災(zāi)風(fēng)險評估模型

火災(zāi)風(fēng)險評估模型是一種用于量化光伏發(fā)電系統(tǒng)中火災(zāi)隱患的工具，通常結(jié)合定性和定量分析方法，幫助識別和評估可能的風(fēng)險源。常用的火災(zāi)風(fēng)險評估模型基于風(fēng)險公式：

R=P×C

其中，R表示火災(zāi)風(fēng)險，P表示火災(zāi)發(fā)生的概率，C表示火災(zāi)導(dǎo)致的后果（包括經(jīng)濟損失、人員傷亡、環(huán)境破壞等）。該模型可以幫助工程師和管理者根據(jù)不同火災(zāi)場景的可能性和潛在損害程度來衡量系統(tǒng)的總體風(fēng)險。

在光伏系統(tǒng)的風(fēng)險評估過程中，需考慮多個因素，如光伏組件的質(zhì)量、系統(tǒng)設(shè)計、安裝質(zhì)量、維護頻率、外部環(huán)境因素等。通過對各個子系統(tǒng)（如光伏組件、逆變器、電纜）進行分項評估，確定其發(fā)生故障的概率P及故障后的影響程度C。火災(zāi)風(fēng)險評估模型還可以通過歷史數(shù)據(jù)、故障記錄和環(huán)境影響分析等進行校正，形成更為精確的火災(zāi)預(yù)測工具^[1]。

（三）火災(zāi)風(fēng)險評估結(jié)果

通過對某光伏發(fā)電系統(tǒng)進行火災(zāi)風(fēng)險評估，分析其各子系統(tǒng)的火災(zāi)發(fā)生概率和潛在后果。結(jié)果顯示，接線故障和組件質(zhì)量問題是導(dǎo)致火災(zāi)的主要風(fēng)險源，其風(fēng)險值相對較高。逆變器故障次之，而外部環(huán)境因素雖然影響較大，但發(fā)生概率較低。評估結(jié)果為后續(xù)消防應(yīng)急預(yù)案的制定提供了依據(jù)，如表1。

二、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的消防應(yīng)急預(yù)案

（一）火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，火災(zāi)監(jiān)控機制扮演著至關(guān)重要的角色，它是應(yīng)對緊急情況的關(guān)鍵技術(shù)。為了及時識別火災(zāi)風(fēng)險，必須構(gòu)建一個綜合監(jiān)控平臺，整合煙霧、溫度、電弧以及故障電流的檢測技術(shù)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，關(guān)鍵位置如逆變器房和電氣柜周圍應(yīng)安裝煙霧探測器。為了確保能在火災(zāi)初期及時啟動報警機制，必須確保煙霧濃度變化的檢測閾值被設(shè)定在003%/m，以達到對反應(yīng)靈敏度的精確控制。在光伏組件與逆變器的關(guān)鍵區(qū)域，應(yīng)優(yōu)先部署溫度傳感設(shè)備，以確保溫度監(jiān)控的閾值設(shè)定為85℃，一旦溫度超過此界限，即刻激活報警機制。

在接線和電纜密集的場所，電弧檢測設(shè)備的正確安裝顯得尤為關(guān)鍵。必須確保裝置能夠?qū)崟r監(jiān)測到1ms以內(nèi)產(chǎn)生的電弧現(xiàn)象，并能夠即刻實施相應(yīng)的動作。系統(tǒng)運行的優(yōu)化依賴監(jiān)控更新頻率的控制在每秒一次以內(nèi)，這確保了數(shù)據(jù)的及時搜集與迅速處理，顯著提升了火災(zāi)預(yù)防與控制的時間效率，如表2。

（二）人員培訓(xùn)和演練

在光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)應(yīng)對中，人員的消防意識和應(yīng)急處理能力是確保有效性的關(guān)鍵因素之一。針對從事光伏系統(tǒng)相關(guān)工作的人員，開展的系統(tǒng)化訓(xùn)練應(yīng)全面涉及操作、維護及管理層面。涉及培訓(xùn)的項目涵蓋了火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的辨識與應(yīng)用、緊急斷電開關(guān)的準(zhǔn)確操作以及應(yīng)急疏散路徑的熟知。每次進行的培訓(xùn)課程，連續(xù)時間須不少于四小時，以保證各關(guān)鍵職能人員能夠精確、熟練地控制緊急設(shè)備的操作。至少每半年應(yīng)舉行一次模擬演練，涉及各類火災(zāi)事件，如組件火災(zāi)和逆變器短路等情況，以確保應(yīng)對措施的實效性。在緊急狀況下，從接到火警通知到執(zhí)行斷電措施，參與人員需要在30秒內(nèi)完成任務(wù)，確保疏散演練中所有人員撤離完畢不超過3分鐘，以保障安全^[2]。

（三）緊急斷電措施

在火災(zāi)發(fā)生過程中，光伏發(fā)電系統(tǒng)的電流持續(xù)流動特性，顯著提升了火災(zāi)救援的復(fù)雜性，并可能促進火勢快速擴散。控制火災(zāi)蔓延，關(guān)鍵在于實施緊急的斷電作業(yè)。針對光伏系統(tǒng)，應(yīng)配備自動及手動斷電設(shè)施，以達成既定目標(biāo)。自動斷電系統(tǒng)中裝備有煙霧探測和溫度傳感等裝置，這些裝置負責(zé)實時監(jiān)控運行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)火情或設(shè)備故障，即刻執(zhí)行斷電程序。在火災(zāi)警報觸發(fā)時，要求該系統(tǒng)能在5秒內(nèi)完成斷電操作，確保光伏裝置與電網(wǎng)快速分離，以防火勢進一步蔓延。

自動斷電系統(tǒng)的高效聯(lián)動依賴多種傳感器的協(xié)同工作，其目的在于對火災(zāi)的早期征兆進行快速識別并作出響應(yīng)。手動斷電機制作為自動系統(tǒng)的后備方案，常設(shè)置于逆變器室及控制中心，以便人員在緊急狀況下執(zhí)行手動操作。設(shè)計應(yīng)使手動斷電裝置易于理解和迅捷操作，以便在緊急情況下，操作人員能夠及時地切斷電力供應(yīng)。

（四）應(yīng)急疏散方案

在火災(zāi)發(fā)生時，制定并實施人員迅速安全轉(zhuǎn)移的計劃至關(guān)重要。在設(shè)計光伏電站的疏散計劃時，必須考慮其龐大的地面面積和設(shè)備間的布局，確保方案與站點的具體位置相吻合。在規(guī)劃緊急撤離路徑時，需兼顧太陽能板與逆變器室的布局，保障各分區(qū)至少具備兩條寬度不小于12m的逃生通道，并配備醒目的逃生指引標(biāo)識。依據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2014）的要求，建筑的疏散通道需設(shè)計合理，以保障在緊急狀況下，所有人員能夠在3分鐘之內(nèi)撤離至安全地帶。

三、光伏發(fā)電系統(tǒng)火災(zāi)風(fēng)險控制的建議

（一）強化火災(zāi)隱患排查

對光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，日常安全管理至關(guān)重要，其中火災(zāi)隱患排查扮演著不可或缺的角色。火災(zāi)潛在風(fēng)險通常由光伏組件老化、電氣連接松弛、設(shè)備超負荷作業(yè)等因素引起。為排查潛在的火災(zāi)風(fēng)險，要確立周期性的審查與保養(yǎng)流程，特別針對光伏板、逆變器、電纜等關(guān)鍵設(shè)施，實施細致審查。對季度性的光伏系統(tǒng)安全進行深入排查，尤其是利用紅外線技術(shù)對電氣連接點的溫度進行監(jiān)測，以確認電纜接頭無異常熱量增加。研究數(shù)據(jù)表明，溫度上升超過20%，往往預(yù)示著火災(zāi)隱患的初步跡象，應(yīng)對溫度波動異常區(qū)域?qū)嵤┲攸c監(jiān)控與維護。采用電弧檢測設(shè)備對運行中的電纜系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)并處理電弧現(xiàn)象。在光伏系統(tǒng)廣泛部署背景下，電纜使用增多，電弧現(xiàn)象成為觸發(fā)電氣火災(zāi)的關(guān)鍵因素之一，開展針對性的電弧隱患檢查，對于預(yù)防火災(zāi)發(fā)生具有至關(guān)重要的意義。

（二）提高設(shè)備質(zhì)量與安裝標(biāo)準(zhǔn)

在光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全領(lǐng)域，設(shè)備品質(zhì)是構(gòu)筑火災(zāi)預(yù)防機制的根本，優(yōu)選設(shè)備可有效降低故障頻發(fā)率，同時將火災(zāi)發(fā)生概率降至最低。對光伏系統(tǒng)設(shè)備的質(zhì)量控制，應(yīng)在采購環(huán)節(jié)嚴格把關(guān)。在選擇光伏模塊和電氣裝備時，需滿足國際與國內(nèi)的規(guī)范要求，保證其具備高溫耐受性、抗腐蝕能力及優(yōu)秀的電性能。為了保證光伏組件在高溫環(huán)境下能夠持續(xù)穩(wěn)定地運行，必須對其耐高溫特性進行權(quán)威認證。在實施安裝程序時，嚴格依照預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)原則和條例進行操作。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)依據(jù)負載需求來合理挑選電纜規(guī)格，選用不當(dāng)?shù)妮^小截面，可能引發(fā)電流負荷過高的問題，而過大規(guī)格的電纜可能造成不必要的成本增加。

逆變器作為關(guān)鍵系統(tǒng)組件，其安裝位置及散熱設(shè)計對整個設(shè)備的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。長時間工作會生成大量熱量，若散熱不充分，可能導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生過熱問題。在安裝過程中，應(yīng)保證逆變器附近擁有充分的散熱區(qū)域，同時防止陽光直接照射，確保通風(fēng)狀況良好。在系統(tǒng)運行過程中，安裝于各處的設(shè)備須接受定期的審查。對于存在缺陷的機械設(shè)施，進行及時的檢修作業(yè)，是有效降低火災(zāi)發(fā)生概率的決定性因素。

（三）消防應(yīng)急技術(shù)的應(yīng)用

光伏發(fā)電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用使傳統(tǒng)消防技術(shù)難以全面應(yīng)對其特有的火災(zāi)安全隱患。在消防領(lǐng)域，對尖端應(yīng)急技術(shù)的普及顯得至關(guān)重要。首先，安裝自動化的消防監(jiān)督裝置，該系統(tǒng)采用煙霧識別、溫度感應(yīng)和電弧偵測等高新技術(shù)，達成對潛在火災(zāi)風(fēng)險的持續(xù)監(jiān)控。當(dāng)檢測到火災(zāi)的初步征兆時，系統(tǒng)能夠自動執(zhí)行報警并啟動對應(yīng)的滅火行動。自動滅火系統(tǒng)融合了氣體滅火和水基滅火裝置兩種技術(shù)，能夠在檢測到高溫或電弧時，迅速啟動相應(yīng)的滅火機制，從而有效地遏制火災(zāi)擴散。

在光伏系統(tǒng)領(lǐng)域，無人機技術(shù)的發(fā)展對消防監(jiān)控起到了至關(guān)重要的作用。它能夠?qū)V袤的光伏電站進行定期巡查，利用紅外攝像機監(jiān)測設(shè)備溫度變化，從而及時識別出潛在的火災(zāi)風(fēng)險。無人機能夠抵達人工難以到達的區(qū)域，其巡檢速度快、效率高，從而顯著提高消防應(yīng)急響應(yīng)效率。推廣數(shù)字化管理系統(tǒng)，可顯著增強消防應(yīng)急技術(shù)應(yīng)用效果。通過建立智能監(jiān)控平臺，實時監(jiān)控光伏系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，并對設(shè)備狀態(tài)進行大數(shù)據(jù)分析，以便及時發(fā)現(xiàn)異常趨勢并提前預(yù)警^[3]。

結(jié)語

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)作為綠色能源的代表，其安全問題日益引起人們的關(guān)注。本文通過火災(zāi)風(fēng)險評估模型，深入分析了光伏系統(tǒng)的火災(zāi)隱患，并提出了相應(yīng)的消防應(yīng)急預(yù)案。通過加強設(shè)備質(zhì)量控制、強化隱患排查和推廣消防應(yīng)急技術(shù)，可以有效減少光伏發(fā)電系統(tǒng)的火災(zāi)風(fēng)險，保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

參考文獻

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作者簡介：李虎（1986— ），男，漢族，甘肅敦煌人，專科，助理工程師，研究方向：光伏發(fā)電。