新能源光伏電站安全技術應用研究

彭少衛，葛 仝

（廣西建工集團第二安裝建設有限公司，廣西 柳州 545001）

新能源光伏電站在能源領域扮演著越來越重要的角色。然而，光伏電站的安全問題也備受關注。為了保障光伏電站的安全運行，研究人員和工程師們積極探索新能源光伏電站安全技術的應用。本文將重點研究新能源光伏電站在配電網和消防系統中的安全技術應用。

1 新能源光伏電站對配電網安全效果的影響分析

1.1 引起保護誤動或者拒動

新能源光伏電站的接入會對配電網的保護裝置產生影響，可能引起保護誤動或者拒動，進而影響電網的安全性和可靠性。在光伏電站并網發電時，電網保護裝置需要快速判斷電網的狀態并采取相應的保護措施，以防止電網發生過電流、過電壓、短路等故障。然而，由于光伏電站與傳統發電方式存在差異，其電壓和頻率的變化幅度可能較大，與電網的正常運行狀態存在一定的偏差。這種電壓和頻率的變化可能會導致保護裝置的誤動或者拒動。誤動指保護裝置錯誤地判斷電網存在故障并采取過保護措施，例如關閉線路或切斷電源；拒動則是指保護裝置無法正確判斷電網的故障并未采取保護措施，從而導致故障無法及時得到隔離和修復。保護裝置的誤動或者拒動可能對電網運行產生嚴重影響。誤動會導致無故障的線路或設備被切斷，造成供電中斷，影響用戶的正常用電。而拒動則可能導致故障持續存在，進一步損壞線路和設備，增加電網的故障范圍和隱患[1]。

1.2 造成電壓波動和閃變

光伏電站的發電是依靠太陽能的變化而產生的，在日照條件變化或云量浮動時，光伏發電的功率也會出現相應的變化。這種功率變化會導致電網電壓的波動和閃變現象。電壓波動是指電壓在短時間內出現較大的波動，可能超出電壓穩定范圍。而電壓閃變是指電壓瞬時性的變化，可能對敏感設備產生影響。這些電壓的變化可能對電網的負荷平衡造成挑戰，影響電網的穩定運行。同時，對于一些對電壓變化敏感的設備，如計算機、醫療設備等，電壓閃變可能會導致設備故障或不穩定運行[2]。

2 新能源光伏電站安全技術在消防系統中的應用分析

2.1 新能源光伏電站在消防系統中的安全隱患

光伏電站的高溫、干燥環境以及易燃材料的使用，使得光伏電站的火災風險較高。尤其當電站發生故障或缺陷時，可能導致電纜短路，進而發生火災。光伏電站經常處于戶外，其電纜線路、開關柜等故障部位暴露在外，容易受到外力撞擊或腐蝕。這些部位的故障可能造成火災或短路，對電站的穩定運行和人身安全造成威脅。光伏電站的電子設備對溫度和室內環境有一定的要求。一旦室內溫度過高或遭遇火災等情況，這些設備可能在較短時間內被損壞，造成重大損失。

2.2 光伏電站類型以及火災風險

2.2.1 光伏電站類型

光伏電站根據規模、布局和用途的不同可以分為以下幾種類型：

1.分布式光伏電站：分布式光伏電站通常安裝在建筑物的屋頂、停車棚或地面上，用于為建筑物自身供電或向附近的用電設施提供電能。這些電站規模相對較小，通常是以小型光伏組件或光伏陣列形式布置。由于規模較小，火災風險較低，但仍需進行日常的消防安全管理和隱患排查[3]。

2.集中式光伏電站：集中式光伏電站一般是在大型場地（如荒漠或農田）上建設，規模較大，主要以大型光伏組件或光伏陣列形式布置。這些電站由多個光伏陣列組成，集中供電給電網。由于規模較大，設備布局復雜，火災風險相對較高，需要加強故障排查、設備維護和消防設施設置。

3.屋頂光伏電站：屋頂光伏電站是一種常見的光伏電站類型，安裝在各種建筑物的屋頂上，如住宅、商業建筑和工業廠房等。這些電站往往規模較小，使用光伏組件或薄膜太陽能電池板作為發電設備，供給建筑物自身用電或饋入電網。火災風險由于規模較小而較低，但需要注意光伏組件和電纜的正常運行和防火措施。

2.2.2 火災風險

光伏電站作為新能源設施，盡管其整體火災風險相對傳統能源設施較低，但仍存在一定的火災風險。以下是光伏電站可能面臨的火災風險：

1.電池組件故障：光伏電站的核心部件是太陽能電池組件，如果存在質量問題、設計缺陷或制造瑕疵，可能導致電池組件過載、短路或發熱，從而引發火災。

2.電纜故障：光伏電站中的電纜是連接各個組件和逆變器的重要部分。如果電纜受到外力損壞、老化、短路或過載，可能導致火災的發生。

3.逆變器故障：光伏電站的逆變器負責將直流電轉換為交流電供電給電網。如果逆變器存在設計缺陷、過載或電氣故障，有可能引發火災。

4.防火措施不足：光伏電站的設備和組件往往分布在廣闊的區域內，消防設施可能不夠完備，導致火災發生后撲滅困難。

5.外界因素：光伏電站在戶外環境中運行，可能受到自然災害（如雷擊、風災等）或惡劣天氣條件的影響，加劇火災風險。

為應對光伏電站的火災風險，消防系統應用了一系列技術和措施。其中包括：安裝火災報警系統，及時發現火災跡象并觸發警報；配備自動滅火系統，如噴淋系統或氣體滅火系統；設置合理的消防通道和逃生通道，確保人員疏散安全；建立完善的災后處理預案，包括火災撲滅、應急救援、設備維修等。同時，加強火災風險評估、定期的設備檢測和維護，以及對人員進行技術培訓和消防演練，也是減少火災風險的重要手段。通過有效的火災預防和控制措施，可以保障光伏電站的安全運行，同時最大限度地降低火災對設施和人員的危害。

3 新能源光伏電站在消防系統中的安全技術措施

3.1 建立健全的監管機制

政府需要制定具體的監管政策，加強對光伏電站的事故應急預案、防火限高制度、防范外部因素等方面的監管，對違規單位和個人依法進行嚴格的懲處。在政策制定方面，政府還需要借鑒其他國家和區域的經驗，不斷完善監管機制。生產單位需要建立健全的消防安全管理體系，采取必要的技術和措施，規范生產和施工過程，包括加強對電池組件、逆變器、電纜及其附件的檢測和質量監督管理，確保配置符合規范的消防設施、消防設備和安全設備，以及加強員工的消防安全培訓等。施工單位需要根據詳細的設計文件和安全監理要求，進行施工方案的制定和實施，配備專業的施工人員和工具設備，嚴格按照規范組織施工作業，確保消防設施和安全裝置安裝合理、穩固、牢固。檢驗機構作為第三方評估單位，應加強對光伏電站的消防安全檢測和評估工作，確保檢測結果的準確性、客觀性和可行性，促進行業技術發展和標準化建設[4]。

3.2 建立安全事故防范系統

針對光伏電站可能發生的安全事故，建立完善的預防和應急處理機制。光伏電站引入智能監測系統，利用先進的傳感器和監控設備實時監測關鍵設備的狀態，及時發現異常情況。通過建立自動化滅火系統，中心區域和關鍵設備可自動觸發噴淋或氣體滅火裝置，以迅速撲滅火災并避免火勢蔓延。此外，光伏電站還建立了遠程監控系統，實現對電站的遠程監控和控制，以便及時響應和處理事故情況。同時，電氣火災防護也被強化，采用阻燃材料和電弧保護裝置，有效防止電氣設備引發火災。定期維護機制確保設備的正常運行，并開展安全培訓與演練提升員工的安全意識和應急處理能力。光伏電站還制定詳細的災害事故應急預案，確保在發生火災等緊急情況時能迅速、有效地進行救援和處理。通過建立全面的安全事故防范系統，光伏電站能夠提高監測、預警和處理能力，有效降低火災風險，保障設施、設備和人員的安全。

3.3 加強光伏電站的消防安全管理和培訓

光伏電站需要建立完善的消防管理制度，明確消防安全責任分工和操作規程，確保各級人員的消防安全意識和責任意識。要加強消防設備的日常檢查和維護工作，確保消防設備處于正常工作狀態，并定期進行消防設備的演練和實踐操作，提高員工對消防設備的熟悉程度和操作能力[5]。同時，還要定期組織針對消防安全的培訓和教育活動，包括消防知識的普及、消防逃生演練和應急處理技能的培訓，提高員工的消防安全意識和應對能力。此外，建立安全生產標準化體系，制定詳細的消防安全操作規程和操作流程，對設備的布局、通道的設置、材料的儲存等方面進行規范要求，確保消防安全管理的全面實施。通過加強光伏電站的消防安全管理和培訓，能夠提高員工的消防安全意識、技能和應對能力，確保光伏電站的消防安全措施得到有效執行，最大程度地預防和減少火災事故的發生，保障人員和設施的安全。

3.4 加強對設備的安全檢查

在日常運營過程中，光伏電站設備的故障和損壞情況可能會給消防安全帶來潛在危險，因此，必須加強對設備的安全檢查。為了確保安全，可以定期對電站內的關鍵設備，如電池組件、逆變器、電纜等進行安全檢查，包括檢查設備的外觀、內部構造、電氣連接是否穩固可靠等。同時，還可以設置自動化監控系統，對設備的運行狀況進行實時監測和分析，及時發現并處理異常狀況，以確保設備的安全可靠運行。此外，還需要建立設備檔案，記錄設備的基本信息、保養運行狀況及維護保養記錄，對設備進行全面的評估和分析，采取有針對性的維護保養措施。通過加強對設備的安全檢查，能夠及早發現設備的問題，有效地預防和減少火災事故的發生，確保光伏電站的消防安全。

4 新能源光伏電站的智能化運維的管理機制和系統部署

4.1 光伏發電站智能化運行和維護的管理核心內容

光伏電站需要建立完善的數據采集和分析系統，實時采集光伏發電設備的運行數據、環境參數和氣象數據等，通過數據分析和算法模型，準確判斷設備運行狀態和性能，發現潛在問題和異常情況。光伏電站要建立遠程監控和控制系統，實現對發電設備的遠程監測、遙控和調度，能夠快速響應異常情況和故障，并進行遠程處理，提高運維效率和減少維修時間。同時，在管理方面，光伏電站需要制定維護保養計劃和標準化操作流程，確保設備的定期維護和檢修，減少故障發生。此外，還應建立設備檔案和故障數據庫，記錄設備的歷史維護記錄和故障信息，為運維決策和問題解決提供依據。通過光伏電站智能化運行和維護的管理核心內容，能夠實現對光伏發電設備的精準管理和高效運維，提高發電效率和可靠性，降低運維成本和風險[6]。

4.2 新能源光伏發電站智能運行和維護管理的系統構成

在光伏發電站的智能運行和維護管理中，系統構成包括以下幾個方面。首先，數據采集和監測系統，用于實時采集光伏電站的運行數據、環境參數和氣象數據等。這些數據是智能運維系統的基礎，用于監測設備狀態、發現異常情況和優化發電效率。其次，數據分析和算法模型系統，通過對采集的數據進行分析和處理，建立算法模型，進行故障預警、性能評估和優化等工作，提高光伏發電設備的運行效率和可靠性。再次，遠程監控和控制系統，通過云平臺和物聯網技術，實現對光伏發電設備的遠程監控、遙控和調度，實時響應異常情況和故障，提高運維效率。此外，還包括設備檔案和故障數據庫系統，用于記錄設備的維護保養情況和故障信息，為運維決策和問題解決提供參考。最后，智能化運維管理系統，集成上述各個系統的功能，提供統一的操作界面和管理平臺，實現對光伏電站的全面管理和監控。通過系統構成的完善，新能源光伏發電站能夠實現智能運行和維護管理，提高發電效率、降低運維成本，并確保設備的可靠運行。

5 結語

智能化運維對于提高光伏電站的發電效率和可靠性，降低運維成本和風險具有關鍵意義。在當前新能源發展的背景下，采用智能化運維管理機制和系統部署，可以有效提高光伏電站的運行效率和監控能力，縮短設備維護時間，降低人為因素對設備性能的影響，并最終實現光伏產業可持續發展。因此，不斷探索和推廣光伏電站的智能化運維管理機制，引入新技術、新思路，提升運維管理水平和運維效率，已成為當前光伏企業的重要發展方向。