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光伏电站火灾危险性分析 防火措施及扑救方法①

2017-06-19 15:48:54来源:《太阳能发电》杂志 浏览: 评论:0

  随着全球能源短缺和环境污染问题日益突出,太阳能光伏产业发展迅速,近几年,我国光伏发电产业蓬勃发展,特别是屋顶光伏电站的建设数量在不断地增加,其消防安全问题显得尤为重要。本文主要对光伏电站火灾危险性进行分析,并有针对性的提出了防火措施及火灾扑救方法,为此类光伏电站安全运行提供了参考。

  1、引言

  当今社会传统能源面临枯竭,人类生态环境日益恶化,太阳能光伏发电以资源丰富、清洁、不受资源分布地域的限制等优点成为人们关注的焦点。近几年我国光伏产业迅猛发展,现今国内光伏累计装机容量已超过50GW,并以每年大于10GW的速度增长。光伏电站建站越来越多,然而,越来越多的问题也暴露在人们面前,其中光伏发电系统的火灾问题,特别是与建筑结合的光伏发电系统的火灾,可能造成人身、财产的巨大损失,尤其应引起人们的重点关注。据统计,光伏电站中的火灾事故80%以上是由直流侧故障引起。特别是组件热斑、直流短路、直流配电柜的质量问题、熔丝问题等。在屋顶电站,直流拉弧问题不可避免。因为整个电站的接头有成千上万个,任何一个接头接触不良,都有可能造成直流电弧,一有电弧就会引起火灾,这也正成为光伏电站安全“痛点”。但是不是对于屋顶光伏电站发生了火灾就只能眼睁睁的看着房屋全部烧毁呢?这问题一直是光伏行业内讨论的话题。

  实际上,光伏电站并非洪水猛兽,和家用电力体系一样,都是存在一定风险但可以通过正确地认识光伏电站安全风险并采取各种防护措施降低的事故发生率或减少人身、财产损失。

  2、光伏电站安全风险分析(以集中式屋顶光伏电站为例):

  2.1集中式光伏电站组成:主要包括组件、直流汇流箱、直流配电柜、逆变器及其配套的逆变器房或集装箱体、箱式升压变等,如下图示:

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  2.2、集中式光伏电站安全风险:

  根据上图和表格所示,集中式光伏发电系统主要包括交流部分和直流部分,两者在安全性有显着的差异。由于交流系统存在过零点,开关元件在断开故障电流时,能够利用过电压过零点进行灭弧,而且由于电弧的产生电压要比维持电压高得多,所以,交流电弧在过零点处熄灭后很难再产生。而直流没有过零点,电势差一直存在,电弧持续燃烧,必须拉开足够的弧长距离才能够可靠熄灭。因此直流拉弧引发的火灾远远高于交流。

  集中式电站因有直流汇流箱和直流配电柜,直流传输距离长,节点多,接线不良、电缆绝缘破损等也会引起拉弧,具有较高热能的电弧的出现使得电站存在一个火灾的隐患,也是光伏电站发生火灾的最主要因素。而交流系统部分相对成熟可靠,交流系统短路故障的保护相对很完善,交流故障由电网提供短路能量,一旦故障能保证足够的能量使断路器脱扣。所以电站的安全性风险主要来自直流部分。下面就直流系统安全风险具体分析如下:

  2.2.1、直流电缆安全风险:直流汇流箱到直流配电柜这段电缆,电压高达500~800Vdc,按照16进1出的直流汇流箱进行计算,电流大约在130A左右,长度一般超过100米,在山地光伏电站或建筑(屋顶)光伏系统中,由于地形及建筑物建筑(屋顶)的因素,长度可能会超过300米。这段电缆是集中式方案较易发生着火事故的一段电缆,且由于能量大,影响范围及后果严重。

  2.2.2、集中式直流汇流箱到配电柜安全风险

  如图所示,当短路故障(A点)发生在直流汇流箱和配电柜进线断路器之间时,存在直流回路(红色)和交流回路(蓝色)。直流回路:由于短路电流较小,直流断路器QF3为防止误动作,一般整定电流都较大,使得直流断路器QF3无法跳脱切断回路,从而使得汇流箱输出持续的直流能量到短路点,维持电弧燃烧,使火灾风险持续扩大。

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  案例:2014年7月,某屋顶光伏电站发生着火,彩钢瓦屋顶被烧穿了几个大洞,厂房内设备烧毁若干,损失惨重。最终分析原因为:由于施工或其他原因导致某汇流箱线缆对地绝缘降低,在环流、漏电流的影响下进一步加剧,最终引起绝缘失效,线槽中的正负极电缆出现短路、拉弧,导致了着火事故的发生。

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  直流汇流箱到配电柜电缆故障致屋顶烧毁

  2.2.3、直流熔断器的安全风险

  (1)因使用熔断器增加了直流节点,现场可能发生接线不良而引发的烧毁事故

  (2)因熔断器和组件之间存在匹配空挡,并不能有效地保护组件

  (3)在过载电流情况下,熔断器还会因熔断慢,发热高,容易引发着火风险

  2.2.4、集中式采用负极接地防止PID,存在人身安全和着火两大隐患

  集中式逆变器为防止PID问题,一般采取负极接地的方案,这样在电池组件正极与接地系统之间会形成高压。通常熔断器选型在5A以上,人若不小心触碰到电池组件正极,可能造成人身伤亡事故。同时若组件正极或电缆产生接地故障,会通过接地线产生故障电流或产生电弧放电,引发着火事故。

 

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