新能源風電光伏儲能系統變電站消防安全及應用管理研究

作者簡介：

高朝祥（1991— ），男，漢族，河北衡水人，本科，助理工程師，研究方向：新能源。

摘要：

隨著全球能源結構轉型，風電、光伏與儲能系統迅速發展。然而，高能量密度與復雜電氣結構使新能源變電站面臨較高的消防風險。本文概述風電、光伏及儲能變電站特征，分析火災風險點及成因，并通過實際案例說明問題。評估現有消防措施、預防策略和應急能力，提出管理方案，包括完善消防安全管理體系、強化設備巡檢與維護、規范人員培訓與演練、引入智能化監控與管理以及構建安全評估與風險管控平臺，旨在提高新能源變電站消防安全管理水平，確保系統穩定運行，為行業實踐提供參考。

關鍵詞：新能源風電光伏；儲能系統；變電站；消防安全；應用管理

引言

新能源的快速發展是應對全球氣候變化的重要舉措。風電和光伏發電由于其清潔、可再生的特點，得到了廣泛應用[1]。同時，儲能系統的引入解決了新能源發電的間歇性和不穩定性問題。然而，新能源變電站由于其高電壓、高電流以及大量儲能設備的存在，在消防安全方面面臨諸多挑戰。火災事故不僅會導致設備損毀，影響電力供應，還可能造成人員傷亡和環境污染。因此，研究新能源變電站的消防安全及其應用管理具有重要的現實意義。

一、新能源變電站系統概述

（一）風電變電站結構與特征

風電變電站負責將風力發電機組產生的電能升壓后輸送至電網，主要設備包括變壓器、斷路器、保護裝置及控制系統。風電變電站通常位于風資源豐富的區域，如沿海或高原，環境條件復雜，設備布局分散。這種分散布局增加了火災防控的難度，尤其在極端天氣條件下，電氣設備更易發生故障。風電變電站需要高度的自動化和智能化監控系統，以實時監測風速、風向及設備運行狀態，確保電力傳輸的穩定性和安全性。

（二）光伏變電站結構與特征

光伏變電站將光伏組件產生的直流電轉換為交流電，并通過變壓器升壓后并入電網。其特點是設備數量多、分布密集，尤其在大規模光伏電站中，電氣連接復雜，容易產生電氣火災隱患[2]。光伏變電站通常安裝在開闊區域，受光照強度、溫度變化及環境因素影響顯著。為了確保系統穩定運行，需配備先進的監控和管理系統，定期進行設備維護和檢查，及時發現并處理潛在的電氣故障，減少火災風險。

（三）儲能變電站（電池儲能為主）的結構與特征

儲能系統變電站用于儲存和調節電能，主要包括電池儲能系統、變流器及控制系統。以鋰離子電池為主的儲能系統雖然具有高能量密度和快速響應能力，但在過充、過放或短路等情況下，可能發生熱失控，引發火災或爆炸，風險較高。儲能變電站通常用于調峰調頻、平衡新能源波動，提升電能質量。為確保安全，需配備完善的監測傳感器、熱管理系統和自動滅火裝置，并實施智能化管理，及時預防和應對潛在的安全隱患。

二、火災風險來源

（一）風電變電站的火災風險點及成因

風電變電站的火災風險主要集中在電氣設備及關聯部件上。例如，變壓器、開關柜和電纜接頭在過載、短路或絕緣老化時可能產生過熱、弧光和電弧，從而引發火災。風機葉片高速旋轉產生振動與摩擦，若潤滑油泄漏或積塵過多，加上電氣短路和電氣火花，也會形成潛在火源。風電變電站通常位于偏遠、氣候條件惡劣的風場，天氣突變、雷電襲擊、電壓驟變均增加設施過熱或電氣擊穿的概率。以某沿海風電場為例，其變電站在臺風期間承受強風、海鹽腐蝕與高濕度影響，電氣設備絕緣性能下降，最終因電弧故障引發變電站內部短時火情。在某沿海風電場的一次事故中，暴雨和強風導致變電站內部分電纜接頭處進水并加速絕緣老化。在滿載運行時，該處電纜接頭過熱引發電弧，進而點燃附近堆放的少量油料雜物，導致小范圍火災。

（二）光伏變電站的火災風險點及成因

光伏變電站的火災風險主要集中在光伏組件、逆變器和電纜連接處。組件本身若質量欠佳或老化，會出現接觸不良、熱斑效應，進而造成組件過熱。逆變器作為將直流電轉換為交流電的關鍵設備，在散熱不良、超負荷運行或內部元器件故障時可能產生高溫及電弧。大規模光伏電站中連線眾多，若接線端子松動、絕緣材料老化，存在短路或火花隱患。以某西北大型光伏電站為例，夏季高溫使組件表面溫度升高，加上接線盒密封不嚴，導致局部過熱，產生火花并燒毀局部組件，進而引起小范圍火災。在某西北地區大型光伏電站，組件串列的接線盒因長時間受強烈陽光照射及晝夜溫差影響產生裂縫，接線不良導致電阻升高和局部過熱，最終接線盒著火并殃及部分光伏組件。

（三）儲能變電站的火災風險點及成因

儲能變電站的火災風險高度集中在電池儲能系統，特別是鋰離子電池。電池在過充、過放或受到機械損傷、內部短路時易發生熱失控，電解液分解產生可燃氣體，引發電池起火或爆炸。變流器在運行中若散熱不良、元器件損壞，也可能產生高溫并成為火災源。儲能站一般配置緊密、能量密度高，一旦起火易迅速蔓延。以某南方儲能電站為例，一組電池模組因控制系統故障導致過度放電，電池溫度激增引起熱失控，最終引發內部明火并擴散至相鄰模組，導致整組電池艙需要緊急滅火處置。某南方儲能電站因控制系統故障，導致一組鋰離子電池過度放電，電池內部出現短路并迅速升溫，誘發熱失控。在高溫下，電解液氣化并燃燒，最終引發電池艙內明火。

（四）環境因素對火災風險的影響

高溫炎熱的地區容易使電氣設備過熱，風沙與鹽霧會加快設備腐蝕和絕緣劣化，增加電氣故障概率。高濕度和強風環境也會影響散熱與接觸性，增加過熱與放電風險。自然災害如雷擊、洪水、地震，可能直接破壞設備結構，導致線路短路和火花產生。以一處位于東南沿海的光伏電站為例，夏季雷雨頻繁，雷擊頻率高，一次閃電擊中高壓側隔離開關引發絕緣破壞，形成電弧并引燃附近聚積的塵土和雜物，造成局部火災事故。位于山區的一座小型光伏變電站在夏季高溫干旱時節遭遇山火逼近。野火產生的高溫和煙塵增加了電站內部電氣設備的過熱風險，并對監控系統造成干擾。盡管電氣線路正常，但外部高溫和浮塵加快了絕緣材料老化，增加了電纜接口產生電弧的可能性。

三、現有消防措施評估

（一）常用消防設施與技術手段

常用消防設施包括煙霧探測器、溫度傳感器、熱成像攝像頭、自動滅火系統（如氣體滅火、泡沫滅火、干粉滅火）等以及配套的報警與聯動裝置。這些設備可在早期探測火情并自動滅火，有效減少人員介入延遲。同時，在線診斷與遠程監控技術為實時掌握設備運行狀態提供支持。例如，某大型光伏變電站通過部署分布式傳感器與紅外熱像儀，運維人員在監控室便可及時發現組件接線盒過熱異常，并指令自動滅火裝置精準噴灑抑制劑，從而在火情擴大前迅速處置，減少損失。

（二）預防性措施與風險管理策略

預防性措施與風險管理策略包括嚴格的選材與設計規范、定期巡檢與維護、及時更換老化部件、完善電纜走向與隔離設計以及建立完整的安全責任制和風險評價體系。通過對潛在危險源進行提前識別與分級管控，可有效降低火災發生概率。例如，某風電變電站在汛期前對變壓器和配電柜進行專項檢測和密封檢查，清理可燃物、緊固接線端子，并增加巡檢頻次，有效地避免了在大風暴雨天氣下因絕緣受損而引發的電氣火災風險。

（三）應急預案與人員培訓現狀評估

雖然許多新能源變電站已編制了基本的應急預案，但部分預案過于籠統，對特殊設備場景缺乏針對性。人員培訓常流于形式，缺乏高強度演練，致使員工在實際火情中應變不力。為了提升實戰能力，儲能變電站應定期組織消防應急演練，并利用虛擬現實技術模擬鋰電池熱失控事故場景，使運維人員在逼真的虛擬環境中熟悉滅火流程和逃生路線。某儲能電站在數次模擬演練后，應急小組的反應速度與協作能力明顯提高，在真實突發故障中能迅速控制火勢，減少損失。

（四）消防設施的有效性與不足

盡管現有消防設施在技術層面較為完善，但在實際應用中仍存在不足。例如，一些傳感器誤報率偏高或靈敏度不夠，導致火情未能在萌芽階段被及時發現；部分自動滅火系統啟動延遲或噴灑范圍有限，造成早期控制不力。某光伏電站曾在組件著火初期因氣體滅火系統啟動延誤，使火苗波及相鄰設備，擴大了損失范圍。為解決此類問題，需要針對不同場景，優化滅火策略，提高傳感器精度與系統響應速度，并定期檢驗與升級設備，以確保消防設施在關鍵時刻發揮最大效能。

四、優化應用管理

（一）建立完善的消防安全管理體系

建立完善的消防安全管理體系是確保新能源變電站消防安全的基礎。該體系應包括組織結構、職責分工、管理制度及操作規程等方面[3]。明確各級管理人員和操作人員的消防職責，確保責任到人。制定詳細的消防安全管理制度，涵蓋設備選型、安裝、運行、維護及應急處置等環節，確保各項工作有章可循。建立定期審核和評估機制，及時發現和改進管理體系中的不足。通過引入ISO45001職業健康安全管理體系標準，某大型光伏變電站成功構建了系統化的消防安全管理體系，實現了消防安全管理的規范化和制度化，提高了整體安全水平。

（二）加強定期檢查與設備維護策略

定期檢查與設備維護是預防火災事故的重要措施。制定科學的檢查計劃，涵蓋電氣設備、消防設施及輔助系統，確保設備始終處于良好的運行狀態。維護策略應包括預防性維護和預測性維護，前者通過定期保養減少故障發生，后者利用先進技術預測設備潛在的問題。例如，某風電變電站實施了每月一次的全面設備檢查和季度性的深度維護，及時更換老化部件，并利用紅外熱成像技術檢測電氣連接點的溫度異常，有效預防了設備過熱和電氣火災的發生，保障變電站持續穩定運行。

（三）人員培訓與演練的規范化與制度化

人員培訓與演練是提升消防應急能力的重要手段。通過系統化的培訓，提升員工的消防技能，確保其在火災發生時能夠正確應對。培訓內容應涵蓋消防基礎知識、設備操作、應急預案及逃生技能等。定期組織應急演練，模擬真實火災場景，檢驗和提高應急響應能力。例如，某儲能變電站每半年組織一次全員消防演練，涵蓋電池熱失控應急處理、滅火設備使用及人員疏散等內容。通過多次演練，員工的應急反應速度和協作能力顯著提升，在實際火災發生時能夠迅速、有效地控制火勢，減少損失。

（四）引入數據監控與智能化管理手段

引入數據監控與智能化管理手段，可以實現對變電站消防安全的實時監控和智能管理。利用物聯網、大數據和人工智能技術，建立全面的監控系統，實時采集和分析各類數據，及時識別潛在風險[4]。例如，某大型儲能變電站部署了智能傳感器網絡，實時監測電池溫度、濕度、電壓等參數，并通過大數據分析預測可能的熱失控風險。系統一旦檢測到異常，自動觸發報警并啟動應急措施。同時，智能管理平臺能夠進行故障診斷，提高消防安全管理的效率和準確性，顯著降低火災發生概率。

（五）建設安全評估模型與風險管控平臺

構建安全評估模型與風險管控平臺，是實現科學管理和動態控制的重要手段。安全評估模型通過定量和定性的分析方法，對變電站的各類風險進行評估，識別高風險區域和關鍵設備。風險管控平臺結合評估模型的結果，提供實時監控、預警和決策支持。例如，某風電變電站開發了基于人工智能的風險評估模型，能夠動態評估設備狀態和環境因素對火災風險的影響[5]。通過風險管控平臺，管理人員可以實時查看各設備的風險等級，及時采取針對性的防控措施。同時，平臺還支持對歷史數據的存儲與分析，幫助優化風險管理策略，提高整體消防安全水平。

結語

新能源風電光伏儲能系統變電站的消防安全是保障新能源穩定運行的重要環節。通過全面的風險分析、有效的消防措施和科學的管理策略，可以顯著減少火災風險，提升系統的安全性和可靠性。未來，應結合新技術，不斷優化消防安全管理體系，確保新能源產業可持續發展。

參考文獻

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