光伏電站火災(zāi)危險性分析及防火對策

1、光伏電站火災(zāi)危險性分析及防火對策蘇明濤( 青島市消防支隊，山東 青島266071)摘要: 隨著全球能源短缺和環(huán)境污染問題日益突出，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，由于光伏電站是近幾年發(fā)展的新興產(chǎn) 業(yè)，工程建設(shè)涉及消防設(shè)計等一系列問題。本文介紹了光伏電站的分類、組成、火災(zāi)危險性，并有針對性的提出了安全措 施和消防設(shè)施等設(shè)計要求，為此類建筑的消防設(shè)計和安全管理提供了參考。關(guān)鍵詞: 消防; 光伏電站; 火災(zāi)危險性; 防火對策世界常規(guī)能源供應(yīng)日益短缺，石化能源的大量開 發(fā)利用已成為環(huán)境污染和人類生存環(huán)境惡化的主要原 因之一。太陽能資源豐富、分布廣泛，是最具發(fā)展?jié)摿?的可再生能源。太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、

2、便 利、高效等特點，成為世界各國普遍關(guān)注和重點發(fā)展的 新興產(chǎn)業(yè)。近年來，我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)得到了 快速發(fā)展，截 止 2010 年，我國累計光伏 裝機量達(dá)到 800 MW，當(dāng)年新增裝機容量達(dá)到 500 MW。1太陽能發(fā)電的類型及構(gòu)成太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。光熱發(fā)電 是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，光熱發(fā) 電在西班牙等國家得到了廣泛應(yīng)用。太陽能光伏發(fā)電 指利用太陽電池將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，目前 我國主要采用太陽能光伏發(fā)電。1. 1光伏系統(tǒng)分類光伏系統(tǒng)除了按照發(fā)電容量劃分外，還按照以下 方式分類:( 1) 光伏系統(tǒng)按是否接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，分為并網(wǎng)光伏系統(tǒng)和獨立光伏系統(tǒng)。(

3、2) 光伏系統(tǒng)按是否具有儲能裝置，分為帶有儲 能裝置系統(tǒng)和不帶儲能裝置系統(tǒng)。( 3) 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)按是否允許通過供電區(qū)變壓器 向主電網(wǎng)饋電，分為逆流光伏系統(tǒng)和非逆流光伏系統(tǒng)。( 4) 光伏發(fā)電系統(tǒng)按是否與建筑結(jié)合，分為與建 筑結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)和地面光伏發(fā)電系統(tǒng)。1. 2光伏系統(tǒng)構(gòu)成光伏發(fā)電站一般由光伏方陣、平衡系統(tǒng)、升壓站 ( 或開關(guān)站、就地逆變升壓站和場內(nèi)集電線路組成， 主要有綜合控制室、變配電站、水泵房、汽車庫、警衛(wèi)室 等站房。( 1) 光伏方陣。光伏方陣是將光伏組件安裝在支 架結(jié)構(gòu)上，通過對光伏組件適當(dāng)?shù)拇?lián)然后并聯(lián)，形成 含一個或若干個光伏發(fā)電單元的陣列。光伏組件是將多個電氣連接的太

4、陽電池經(jīng)封裝形 成在光照下具有額定的電壓、電流輸出的單元，是光伏 發(fā)電系統(tǒng)中可獨立應(yīng)用的最小發(fā)電單元。光伏組件分 為晶體硅光伏組件、薄膜光伏組件和聚光光伏組件三檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪( 5) 建立完善的消防安全管理制度，制定滅火和 應(yīng)急疏散電子化可視預(yù)案。加強對員工“四個能力” 的培養(yǎng)和提高。5結(jié)束語通過上述案例可以看到，性能化論證的方法為解 決城市商業(yè)綜合體建筑的快速發(fā)展與滯后的技術(shù)規(guī)范 之間的矛盾提供了一條有效途徑，使得兩者能夠在動 態(tài)變化中達(dá)到一種平衡，但同時也應(yīng)該清醒地認(rèn)識到， 商家在進(jìn)行項目建設(shè)時，為了實現(xiàn)利益

5、最大化，將性能 化論證的方法作為規(guī)避規(guī)范的一種手段，埋下許多先天性隱患。水能載舟亦能覆舟，性能化論證方法也是 如此，只有采取正確的方法，靈活運用，才能使性能化 論證方法達(dá)到其最大功效。參考文獻(xiàn):1 GB 50045 95 ( 2005 年版) ，高層民用建筑設(shè)計防火規(guī) 范S2 GB 50084 2001 ( 2005 年版) ，自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計 規(guī)范S收稿日期: 2013-05-16; 修回日期: 2013-07-16作者地址: 西安市高新區(qū)科技七路 10 號電話: 18蘇明濤: 光伏電站火災(zāi)危險性分析及防火對策2013 年第 8 期種類型。( 2) 平衡系統(tǒng)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，除光伏組件

6、、 變壓器以外的其他設(shè)備和系統(tǒng)，如匯流箱、逆變器、蓄 電池、連接器、配電柜及所有的其他光伏系統(tǒng)配件等， 均屬平衡系統(tǒng)。匯流箱指將一定數(shù)量規(guī)格相同的光伏組件串聯(lián)起 來，組成一個個光伏串列，然后再將若干個光伏串列并 聯(lián)匯流后接入的裝置。逆變器指將光伏陣列的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，同時 又具備各種保護功能并在滿足特定的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)自 動并網(wǎng)的裝置。目前單個逆變器容量一般不超過 1 MW。 ( 3) 變壓器。光伏電站的變壓器可分為兩部分，一是升壓站主變壓器，二是就地升壓變壓器。就地升 壓變壓器裝于逆變器交流輸出端和公共電網(wǎng) ( 或負(fù) 荷) 間，將逆變器輸出的交流電升壓為符合公共電網(wǎng) 或負(fù)荷要求的交流電。

7、例如，位于青海省格爾木市的 光伏電站升壓站設(shè)有 110 kV，330 kV 主變壓器，通過 330 kV 出線系統(tǒng)接入附近主干電網(wǎng)。( 4) 集電線路。集電線路指在分散逆變、集中并 網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，將各個逆變器后輸出的交流電 能匯集到并網(wǎng)站點的輸電線路。綜上所述，光伏發(fā)電是將一定數(shù)量的光伏組件成 串，通過直流匯流箱多串匯集，經(jīng)逆變器逆變與升壓變 壓器升壓成符合電網(wǎng)頻率和電壓要求的電源。由一定 數(shù)量的光伏組件直流匯流箱逆變器就地 升壓變壓器的集合體構(gòu)成為一個發(fā)電單元，光伏發(fā)電 站就是由多個發(fā)電單元組合而成的。2 火災(zāi)危險性分析光伏電站火災(zāi)危險性較大的設(shè)備有匯流箱、逆變 器、蓄電池、連接器、配

8、電柜及變壓器，易發(fā)生電氣火災(zāi)。 光伏電站內(nèi)的主要建筑為綜合控制室、變配電站，對于 電壓為 35 kV 以上，單臺變壓器容量為 5 000 kVA 及以 上的變電站，變壓器規(guī)模屬于 GB 50229 2006火力 發(fā)電廠與變電站設(shè)計防火規(guī)范1( 以下簡稱火力發(fā) 電規(guī)范) 的適用范圍，其消防設(shè)計可參照該 規(guī)范執(zhí) 行，其他變電站的消防設(shè)計應(yīng)當(dāng)執(zhí)行 GB 50016 2006建筑設(shè)計防火規(guī)范2( 以下簡稱建規(guī)) 。結(jié)合光伏發(fā)電站內(nèi)建筑物的特性，參照火力發(fā)電 規(guī)范，光伏電站的建( 構(gòu)) 筑物火災(zāi)危險性分類及耐火 等級如表 11。當(dāng)電纜夾層電纜采用 A 類阻燃電纜時， 其火災(zāi)危險性可為丁類; 當(dāng)綜合控制室

9、未采取防止電纜 著火后延伸的措施時，火災(zāi)危險性應(yīng)為丙類; 配電裝置 樓和屋外配電裝置根據(jù)設(shè)備含油量確定火災(zāi)危險性。表 1 建( 構(gòu)) 筑物火災(zāi)危險性分類及耐火等級建( 構(gòu)) 筑物名稱火災(zāi)危險性分類耐火等級油浸變壓器室、無功補償室、電纜夾層、事故油池丙二級干式變壓器室丁二級綜合控制室( 樓) 、繼電器室、逆變器室戊二級3防火措施根據(jù)火力發(fā)電規(guī)范，結(jié)合光伏電站的電氣設(shè)備 特性，光伏電站應(yīng)采取以下防火措施:3. 1總平面布置光伏發(fā)電站的站址選擇應(yīng)根據(jù)國家可再生能源中 長期發(fā)展規(guī)劃、太陽能資源、接入電網(wǎng)、環(huán)境保護等因 素全面考慮，電站內(nèi)的建( 構(gòu)) 筑物與電站外的建( 構(gòu)) 筑物、堆場、儲罐之間的防火

10、間距應(yīng)符合建規(guī)的規(guī) 定。大、中型光伏發(fā)電站內(nèi)的消防車道宜布置成環(huán)形， 當(dāng)為盡端式車道時，應(yīng)設(shè)回車場地或回車道。3. 2變壓器及其他帶油電氣設(shè)備防火措施( 1) 由于帶油電氣設(shè)備在使用過程中容易引發(fā)火 災(zāi)，為了防止火勢蔓延到貼鄰建( 構(gòu)) 筑物，在與其他 建( 構(gòu)) 筑物貼鄰側(cè)應(yīng)設(shè)置防火墻1。( 2) 屋內(nèi)單臺總油量為 100 kg 以上的電氣設(shè)備， 屋外單臺油量為 1 000 kg 以上的電氣設(shè)備，應(yīng)設(shè)置貯 油或擋油設(shè)施，貯油設(shè)施內(nèi)應(yīng)鋪設(shè)卵石層1。3. 3電纜防火措施由于光伏電站占地面積大，電纜分布廣，無法針對 電纜設(shè)置固定的滅火裝置，在電纜溝道內(nèi)應(yīng)采用防火 分隔和阻燃電纜作為應(yīng)對電纜火災(zāi)的主

11、要措施，集中 敷設(shè)于溝道、槽盒中的電纜宜選用 C 類或 C 類以上的 阻燃電纜。3. 4光伏電站運行和維護安全( 1) 運行和維護人員應(yīng)具備相應(yīng)的專業(yè)技能。維 護前必須做好安全準(zhǔn)備，斷開所有應(yīng)斷開開關(guān)，確保電 容、電感放電完全，必要時應(yīng)穿絕緣鞋，帶低壓絕緣手 套，使用絕緣工具，工作完畢后應(yīng)排除系統(tǒng)可能存在的 事故隱患。( 2) 由于組件的特殊性，在接收輻射時，就會產(chǎn)生 電壓。光伏陣列串聯(lián)后形成高壓直流電，如不慎與人 體形成環(huán)路，將會造成重大安全事故。一般在將光伏 陣列接入系統(tǒng)前應(yīng)保持組串處于斷路狀態(tài)，接入系統(tǒng) 后在匯流箱( 盒) 開關(guān)關(guān)斷的情況下進(jìn)行連接。在施 工過程中，應(yīng)用遮擋物將光伏組件進(jìn)

12、行遮擋，遮擋有困 難時，施工人員應(yīng)配備好安全防護用品，確保安全。( 3) 為防止設(shè)備過熱、短路等事故，光伏電站主要 部件周圍不得堆積易燃易爆物品。3. 5消防設(shè)施3. 5. 1消防給水 電站的規(guī)劃和設(shè)計，應(yīng)同時設(shè)計消防給水系統(tǒng)，消防水源應(yīng)有可靠的保證，消防給水量應(yīng)按火災(zāi)時一次 最大消防用水量的室內(nèi)和室外消防用水量之和計算。 以下情況可不設(shè)置:( 1) 光伏方陣區(qū)( 含逆變器升壓室) 宜不設(shè)置消 防水系統(tǒng)。光伏陣列區(qū)主要由電氣設(shè)備構(gòu)成，白天直 流側(cè)始終帶電，不適合用水滅火。( 2) 參照火力發(fā)電規(guī)范，變電站戶外配電裝置區(qū)域( 采用水噴霧的主變壓器消火栓除外) 可不設(shè)消 火栓1。( 3) 根據(jù)建規(guī)

13、的規(guī)定，電站內(nèi)建筑物滿足耐火等級不低于二級，體積不超過 3 000 m3 ，且火災(zāi)危險性 為戊類時，可不設(shè)室內(nèi)外消防結(jié)水2。地面光伏電站的單體建筑物體積一般都小于 3 000 m3 ，監(jiān)控系統(tǒng)功能完備，值班人員少，建筑物分 散。大型地面光伏電站一般多建于西北荒漠地區(qū)，干 旱缺水，生活用水多采用汽車運輸方式，水的使用成本 髙，難以設(shè)置水消防系統(tǒng)。3. 5. 2自動滅火設(shè)施 參照火力發(fā)電規(guī)范，單臺容量為 125 MVA 及以上的主變壓器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)、合成型泡沫 噴霧系統(tǒng)或其他固定式滅火裝置。其他帶油電氣設(shè) 備，宜采用于粉滅火器1。油浸變壓器的油具有良好的絕緣性和導(dǎo)熱性，變 壓器油的閃點一般

14、為 130 ，是可燃液體，當(dāng)變壓器內(nèi) 部故障發(fā)生電弧閃絡(luò)，油受熱分解產(chǎn)生蒸氣形成火災(zāi)， 需設(shè)置水噴霧等自動滅火系統(tǒng)，在缺水、寒冷、風(fēng)沙大、 運行條件惡劣的地區(qū)，可以選用排油注氮滅火裝置和 合成泡沫噴淋滅火系統(tǒng)，對于戶內(nèi)封閉空間內(nèi)的變壓 器也可采用氣體滅火系統(tǒng)。對于中、小型變電站，自動 滅火系統(tǒng)費用相對較高，可選用滅火器。3. 5. 3火災(zāi)自動報警系統(tǒng)光伏發(fā)電站火災(zāi)危險源主要是電纜及電氣類設(shè) 備，因光伏電站發(fā)電量由太陽輻射大小決定，其電氣設(shè) 備負(fù)荷及電纜載流量也隨太陽輻射量的變化而變化， 早晚為零，中午接近設(shè)計值，因此光伏發(fā)電站火災(zāi)發(fā)生 概率較常規(guī)火電廠小許多。參照火力發(fā)電規(guī)范，結(jié) 合光伏發(fā)電站

15、特性，可在大型光伏發(fā)電站或無人值守 電站設(shè)置火災(zāi)報警系統(tǒng)。主控室、繼電器設(shè)備室、無功 補償室、配電裝置室可選用感煙火災(zāi)探測器，主變壓器 ( 室內(nèi)) 、電纜層和電纜豎井可選用線型感溫火災(zāi)探 測器。菏澤消防發(fā)明多功能水槍消防水槍是消防官兵滅火作戰(zhàn)不可或缺的伙伴。 但隨著近年來各種大型工業(yè)、建筑企業(yè)發(fā)展迅速，火災(zāi) 形勢多種多樣，原來的水槍已經(jīng)有些難以勝任，暴露出 種種缺點。為此菏澤市消防支隊單縣消防大隊徐暢結(jié) 合火災(zāi)特點和日常滅火戰(zhàn)術(shù)需求，研發(fā)設(shè)計了既能提 升滅火效率，又可保護官兵免受傷害的多功能實用型 消防水槍。據(jù)介紹，徐暢發(fā)明的新型消防水槍，區(qū)別于現(xiàn)在通 用的消防水槍。其改變了水槍的單一功能，實

16、現(xiàn)了多 種功能之間簡便靈活地轉(zhuǎn)換: 在滅火救援時，不用減水 壓就可以根據(jù)火場需求快速更換水槍長度和噴頭射水 方式，得到水幕、開花、直流、消煙等最佳滅火效果的射 流。既減少了水漬流失和滅火時間，還大大提升了部 隊?wèi)?zhàn)斗力和攻堅打贏能力。目前該水槍已被菏澤市消 防部門全面推廣。徐暢發(fā)明的多功能水槍，其工作原理是通過伸縮 桿的伸縮從而達(dá)到快速更換水槍長度和調(diào)節(jié)水槍噴頭 改變射流方式的目的，無須頻繁更換槍頭，方便實用。 目前，這種新型多功能水槍已申請國家專利。 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 3. 5. 4消防供電、應(yīng)急照明及滅火器為保證消防供電的安全性和消防系統(tǒng)的正常運 行，消防水泵、火災(zāi)報警、火災(zāi)應(yīng)急照明應(yīng)按類負(fù)荷 供電，電站主控室、配電裝置室應(yīng)設(shè)置火災(zāi)應(yīng)急照明和 疏散標(biāo)志，電站應(yīng)按 GB 50140 2005建筑滅火器配 置設(shè)計規(guī)范的要求設(shè)置滅火器。4結(jié)束語光伏發(fā)電是近