高原地區光伏發電站火災危險因素分析及防控措施探討

高琳

（青海省公安消防總隊，青海　西寧）

摘要：本文基于光伏發電站的分類、工藝構成，通過對高原光伏電站部分火災案例的分析，進一步明確導致其火災發生的危險因素，有針對性提出涉及光伏電站工程建設消防設計等一系列問題，提出依據現行規范，進一步優化完善光伏電站火災自動報警系統的設計以及加強此類場所火災防控的若干技術管理措施，為做好此類場所的消防工作提供了參考。

關鍵詞：光伏電站；案例；火災危險；防控措施

1　青海高原光伏電站發展狀況

青海省地處青藏高原東北部中高緯度地帶，地勢海拔高，平均海拔高度3000m，空氣稀薄，干旱少雨，太陽輻射強度大，光照時間長，日射強烈充足，發展光伏發電有著得天獨厚的條件。尤其是近年來在太陽能資源特別豐富的地區柴達木盆地、唐古拉山南部，據最新《柴達木盆地千萬千瓦級太陽能光伏發電規劃》，僅在柴達木盆地規劃建設光伏電站38個，總規模達2000萬千瓦，裝機容量50MW以上裝機容量的中大型光伏電站陸續建成投入使用，初步形成了較為完整的光伏產業鏈，已建成光伏電站規模位居全國前列，已成為當地特色優勢產業。

2　高原地區光伏發電站火災案例分析

近年來隨著高原地區光伏發電產業的蓬勃發展，光伏發電站（以下簡稱光伏電站）消防安全問題也日益突出，相關從業人員主動防范意識和能力尚有欠缺，相應配套技術保障管理措施落實不到位，致使此類場所火災時有發生。

青海省果洛地區2014年接連發生兩起光伏電站火災，2014年6月2日9：00，果洛藏族自治州達日縣特合土鄉光伏電站（僅供當地牧民用電）發生火災，導致彩鋼板搭建的機房及機房內蓄電池及控制柜完全燒毀，直接財產損失近20萬元，過火面積500m²，造成當地牧民生產生活用電中斷，損失慘重，11月15日14:50青海省瑪沁縣雪山鄉政府南側小型光伏發電站（當地稱之為“太陽儲電房”供鄉政府辦公生活用電）發生火災，火災燒毀彩鋼板搭建的機房及機房內蓄電池及控制柜，過火面積近百平方米，造成當地供電中斷，損失嚴重，兩起火災起火原因經查，均為太陽能蓄電池組、逆變器電氣線路故障引燃周圍可燃物引發的火災，分析兩起案例，造成火災發生且在極短的時間內蔓延成災的重要共同因素：一是過火建筑采用耐火等級極限不符合規范要求的彩鋼板搭建，彩鋼板夾層中的塑料泡沫屬可燃材料，火災發生極易蔓延成災，燃燒后釋放有毒氣體，人員無法靠近采取滅火措施；二是蓄電池、逆變器、控制器、配電柜等設施設備安裝在一個彩鋼板搭建的房間內，電站機房內部無防火分隔，電池瓶組之間的間距只有不到1m，火災負荷相對集中，發生火災損失大；三是場所配置消防設施不全，火災隱患長期存在，無法做到火災的早期預警，加之兩個電站均為野外獨立式建造，地處草原深處，遠離城鎮無任何火災撲救力量，值守人員消防安全意識不強，發現火災報警晚，僅靠當地牧民使用現場配備的幾具手提滅火器自行組織撲救，難以撲救失控火災。

3　高原光伏電站的分類和工藝構成，火災危險因素

3.1　光伏電站工作原理

太陽能光伏發電指利用太陽電池將太陽輻射能直接轉換成電能，利用半導體（單晶硅或多晶硅等材料）界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。光伏發電系統是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統等設備組成。并網光伏發電站一般由光伏方陣、平衡系統、升壓站（或開關站）、就地逆變升壓站和場內集電線路組成，主要有綜合控制室、變配電站、水泵房、汽車庫、警衛室等站房建筑。獨立光伏電站相對簡單，建構筑物較少，僅設置太陽能電池方陣、蓄電、匯流逆變、配電裝置等設備，直接供給用戶用電。

3.2　高原光伏電站的分類和特點，火災危險因素分析

根據當地地域經濟發展特點，青海省發展光伏發電多以集中并網和獨立分布光伏發電兩種形式，西部柴達木地區多發展建設兆瓦級并網光伏電站，以分塊發電、集中并網的方式建設，主要任務是發電，以330kV出線系統接入附近主干電網，南部玉樹、果洛、黃南等無電草原牧區建設千瓦級獨立分布光伏電站或發電系統，住要解決偏遠鄉鎮單獨用戶用電需求。

目前高原地區光伏電站基本按“無人值班”（少人值守）的原則進行設計和運行管理，自動化程度較高，日常免維護可長期運行，分析電站火災危險因素，一是電站電氣設備多，布置有大量的動力電纜和控制電纜，電纜密集，電壓等級多，因未考慮高原氣候地域特點，設備設計選型缺陷、安裝技術等因素，電氣設備、線路故障、操作維護不當，如逆變器不具備低電壓穿越功能、絕緣不符合要求，熱斑效應處理不當等造成蓄電池組電氣線路一旦發生短路等故障，缺少自動切斷裝置，導致大電流燒毀蓄電池外殼，引發電氣火災；二是建（構）筑物太陽能蓄電池室、逆變器室、35kV開關站等建（構）筑物建筑防火等級不夠、消防設施配置維護不到位，缺乏火災的早期預警；三是消防安全管理制度和責任不落實，存在不安全用電用火行為等，均可能引發火災事故，受選址地域影響火災撲救困難。

4　火災防控措施

目前光伏電站消防設計主要遵循《光伏發電站設計規范》GB 50797—2012（以下簡稱《光規》）有關條款，《建筑設計防火規范》GB 50016—2014（以下簡稱《建規》）有關規定，結合工程實踐，針對高原氣候干燥、缺水寒冷的特點，火災撲救困難，有必要提出更為切合實際的落實措施。

按照“早期預警、綜合防治”的原則，采取“技防、阻斷、控制”的綜合消防技術措施，綜合考慮電站建筑防火、消防車道、防火間距、火災預警等各項消防要求，提高電站本質消防安全水平，力爭做到防患于未“燃”，減少火災發生的可能，一旦發生也能在短時間內予以預警處置，使火災損失減少到最低程度。

4.1　總平面布置

光伏發電站內的建（構）筑物的平面布置及防火間距應符合《光規》的規定。大、中型光伏發電站區應設置兩個出入口，其位置應方便內外聯系，主要進站道路且應與站外公共交通道路相接，站內各建筑物之間行車通道應滿足消防車通行要求；單獨建設的小型獨立光伏電站的選址出入口的設置應與現有城鎮公共道路相通，滿足生產、消防要求。道路路面可采用泥結碎石、混凝土或瀝青路面，路面寬度應滿足消防車輛通行，不小于4m。

4.2　建筑消防措施

光伏電站綜合控制樓、35kV匯集站、巡檢平臺、35kV配電開關柜室、繼電器室、逆變器室、屋外油浸變壓器等建筑物屋面、墻體耐火等級、防火間距應滿足《光規》規定，同時外墻墻面、屋面保溫材料燃燒性能等級不低于B2級保溫板，屋面、外墻還應按照《建規》規定設置A級的防火隔離帶，從已有火災案例教訓看，獨立建造光伏電站，光伏蓄電池、配電裝置、逆變器設置在一個機房內的，建筑物包括墻體、屋面不應采用彩鋼板建造，各裝置之間應結合生產布局要求建造實體墻進行分隔，開口設置乙級防火門，并設置獨立出入口，以便檢修和應急處理。

并網光伏電站屋外油量2500kg及以上的變壓器之間應有防火間距或設置防火墻，35kV以上屋內配電裝置必須安裝在不燃燒實體墻間隔內。在高原荒漠地區光伏電站電纜防火相比《光規》規定電纜溝道內電纜從室外進入室內的入口處、穿越控制室、配電裝置室、分支引接處等應采用防火封堵材料進行填充分隔防火措施，集中敷設于溝道、槽盒中的電纜宜選用c類或c類以上的阻燃電纜。宜采用地下直埋方式敷設，更有利于防止火災蔓延和減少投資。

并網光伏電站依據《光規》要求規定設置消防給水，但由于高原光伏電站地處荒漠缺水地區，干旱缺水，生活用水多采用汽車運輸方式，水的使用成本高，難以設置水消防系統。針對高原氣候特點因地制宜選擇滅火設施，例如，位于青海省格爾木市的光伏電站升壓站設有110kV、330kV主變壓器，通過330kV出線系統接人附近主干電網。電站主變壓器消防宜采用排油充氮滅火裝置，在主變壓器底部設有貯油坑，容積不小于主變壓器油量的20％，貯油坑的四周設擋油坎，高出地面100mm。坑內鋪設厚度為250mm的卵石，卵石粒徑為50～80mm，坑底設有排油管，能將漏油排至事故油池中。主變壓器設有防直擊雷保護及完善的繼電保護裝置。主變壓器場設有消防車環形通道，消防車可以到達變壓器附近停靠滅火。根據GB 50140—2005《建筑滅火器配置設計規范》的相關規定，在配電裝置室、蓄電池室等重點部位配置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器和推車式磷酸銨鹽干粉滅火器。

4.3　完善光伏電站火災自動報警防控系統設計

《光規》僅對光伏電站火災報警探測類型和設置部位做了規定，光伏電站火災危險源主要是電纜及電氣類設備，從實際火災案例看，光伏發電系統的起火點一般發生于逆變器、光伏組件、電纜和匯流箱等處的電氣設備，高原光伏電站大多地處偏僻，無人值守，小型電站火災發生之前難以做到火災早期預警，往往造成火災發現晚、損失大，根據《光規》、《火災自動報警系統設計規范》GB 50116—2013（以下簡稱《報警規范》）相關規定，應強化完善其火災自動報警系統的設置，進一步明確系統形式、火災探測器等的設置要求。

4.3.1　系統形式的選擇

對于的并網大、中型光伏電站，因其配套升壓變壓器設置有自動滅火裝置，火災自動報警系統應采用集中報警系統，實施火災自動報警消防聯動，并宜與電站主控制室合并設置，避免周圍設置有具有強電磁干擾的設備及其用房，滿足《報警規范》有關規定。對于小型獨立光伏電站，選擇設置區域報警系統，即設置一臺火災自動報警器，且應設置在值班室等有人值守的部位，值班室還應與其他部位設置必要的實體墻防火分隔。

4.3.2　合理選擇火災報警探測方式

高原光伏電站運行環境　寒冷、風沙大、條件惡劣，配電設備及電纜易發生接觸不良、短路等電氣故障，光伏發電系統火災監測的難點在于對大面積或分散安裝的光伏組件、電纜、匯流箱、逆變器、配電裝置潛在著火點監控，有必要對這些部位采取技術措施，合理選擇設置火災探測器，實現火災早期預警。

電站主控室、繼電器設備室、無功補償室、配電裝置室可選用感煙火災探測器，主變壓器（室內）、電纜層和電纜豎井可選用線型感溫火災探測器。針對目前高原光伏電站“無人值守、少人值班”的管理模式，尤其是小型獨立式光伏電站的技術特點，應擴大火災探測器設置范圍，尤其是加大線型感溫火災探測器（感溫電纜）的應用范圍，感溫電纜具有沿全線長連續監測保護對象溫度的能力，保護面積大，定位準確，適應性強，安裝布線簡單，非常適合光伏組件、電纜、匯流箱的監測，與光伏組件和匯流箱連接電纜同步并行鋪設，例如匯流箱溫度全年都在60℃以下，所以選擇88℃等級的感溫電纜實現火災預測報警比較合適。對于其他地方，可利用類似方法依據工作環境因素合理選擇感溫電纜。

根據《報警規范》設置電氣火災監控系統，光伏電站的配電控制裝置的配電線路、電纜接頭、端子等易于發熱的部位設置測溫式火災探測器，獨立式光伏電站太陽能蓄電池組、逆變器交流低壓開關柜等處電氣線路等處考慮設置剩余電流式火災探測器，通過對電氣線路和設備漏電電流、溫度等參數的檢測，在被監控的電氣線路發生火災之前，就能有效地檢測到異常情況，對隱患部位實施早期定位監測報警，從而防止電氣火災的發生。感溫電纜可合并接入電氣火災監控器，以減少設備投資和便于維護管理。探索借助物聯網嵌入技術將電氣火災監控信號（探測信號）接入已有電站網絡視頻監控系統，借助視頻服務器聯動進行火災預警、報警的方法，實現視頻監控終端快速視頻定位，并聲光報警，及時發現消除事故隱患，避免火災發生。

完善光伏電站配電裝置、主變壓器設有防直擊雷保護及的繼電保護裝置，并采取安全接地等措施，預防因雷擊引發火災事故。

5　落實消防安全職責，改善光伏電站消防監管

按照《消防法》建設運行單位作為電站消防安全責任人，督促施工單位在施工期間建立現場消防安全責任管理制度，確定消防安全責任人，制定用火、用電、使用易燃易爆材料等各項消防安全管理制度和操作規程，配備消防設施和滅火器材，并在施工現場入口處設置明顯標志，對施工人員進行崗前安全培訓，增強消防安全意識。投入運行，應進一步明確消防安全管理人，建立健全消防安全管理責任制度，制定火災撲救應急預案，定人定崗定責，落實值班人員消防技能培訓和消防設施定期維護保養檢測和電氣設備消防檢測制度，做到會處置火災報警和撲救初期火災。

公安消防機構依法履行消防監管職責，重點督促運行單位依法落實消防安全職責，檢查消防設施是否運行正常，整治電站建筑采用彩鋼板修建，消防設施癱瘓等突出違法行為。

光伏電站作為一個新興綠色能源產業，在我國已處在一個全面發展階段，對其生產運行當中所面臨的消防安全問題的研究認識還存在一定的不足，特別是針對高原地區的地域氣候特點，對其相關的消防安全防護措施還需要進一步深入研究，需要結合火災案例去進一步分析引發火災事故的隱患和原因，提出更為有效的技術保障和安全管理措施，逐步提高光伏電站安全生產和運行的消防防范工作。

參考文獻

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