光伏電站火災(zāi)風(fēng)險的防范技術(shù)

鄭　軍　浙江衢州中等專業(yè)學(xué)校　324000

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光伏電站火災(zāi)風(fēng)險的防范技術(shù)

鄭軍浙江衢州中等專業(yè)學(xué)校324000

【文章摘要】

本文從技術(shù)的角度出發(fā)，通過對直流電弧、傳統(tǒng)集中式逆變器等引發(fā)光伏電站火災(zāi)成因的分析，構(gòu)建了針對性的技術(shù)防范對策和解決方案，它將有效的降低光伏電站的火災(zāi)隱患。

【關(guān)鍵詞】

光伏電站火災(zāi)；直流電弧；防范技術(shù)

隨著光伏發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)光伏累計裝機(jī)容量已超過30GW，并以每年大于10GW的速度增長，光伏電站建設(shè)迎來了前所未有的投資機(jī)遇。但由于受到光伏電站建站方案的設(shè)計先天不足、安全措施的不完善和環(huán)境條件惡劣等因素的影響，造成火災(zāi)等安全問題事故多發(fā)，不僅給業(yè)主造成了巨大的經(jīng)濟(jì)效益損失，也給光伏行業(yè)的發(fā)展帶來極大的負(fù)面影響，成為光伏行業(yè)發(fā)展的一大阻礙。如何確保光伏電站的安全運(yùn)行，防止或減少火災(zāi)危害，保障人民生命財產(chǎn)的安全，已成為行業(yè)當(dāng)務(wù)之急。

1　光伏電站火災(zāi)的成因分析

光伏電站火災(zāi)的發(fā)生部位主要分布在匯流箱、逆變器、電纜、變壓器油系統(tǒng)等其它電氣設(shè)備中，引發(fā)事故的原因肯定是多方面的，筆者通過查詢、分析和統(tǒng)計得出：光伏電站中的火災(zāi)事故大部分是由直流側(cè)故障引起，而直流測的故障主要技術(shù)成因就是直流電弧。

眾所周知，當(dāng)用電開關(guān)斷開電流或接觸不良時，如果電路電壓不低于20伏，電流不小于80~100mA，電器的觸頭間便會產(chǎn)生電弧。開關(guān)觸頭分離時，觸頭間距離很小，當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到一定限值時，物質(zhì)表面的電子就會被電場力拉出，在電場力的作用下向陽極作加速運(yùn)動，而且在運(yùn)動的途中還會不斷地和中性質(zhì)點相碰撞，產(chǎn)生大量的電子和正離子，形成高導(dǎo)電率的游離氣體，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)被擊穿而產(chǎn)生電弧，電路再次被導(dǎo)通。電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和電弧區(qū)組成，電弧的能量集中，溫度極高，電弧中心部分維持的溫度可達(dá)10000℃以上。由于電弧具有高溫高導(dǎo)電性的特征，極易引起設(shè)備故障，引發(fā)光伏電站火災(zāi)事故的發(fā)生。當(dāng)前常用的滅弧方式有：機(jī)械滅弧、磁吹滅弧、窄縫滅弧、柵片滅弧等，在眾多技術(shù)方案中，常采用拉弧的方式，在交流拉弧時，我們能夠在電流過零點處熄滅，技術(shù)方案相對成熟有效。相對于交流電弧，直流電弧因為具有電流不過零的特性，導(dǎo)致直流滅弧技術(shù)難度加大，因此，直流拉弧必須在電弧直燃燒出足夠的間距后，才能夠熄滅，所以我們不難理解：直流拉弧過程中引發(fā)的火災(zāi)事故概率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于交流拉弧。

光伏電纜有一定的安全載流量，如果通過的電流超過它的安全載流量，電線就會發(fā)熱，超過的越多，發(fā)熱量越大，導(dǎo)致溫度升高，當(dāng)溫度超過一定的數(shù)值時，電纜就會著火燃燒。在光伏電站中，光伏電纜著火原因可分為串聯(lián)故障電弧和并聯(lián)故障電弧兩種。當(dāng)光伏電纜扯斷或斷裂，在其斷裂處即會產(chǎn)生所謂的串聯(lián)故障電弧，光伏電站有成千上萬個聯(lián)接點，因此常見的電纜起火源為串聯(lián)故障電弧。當(dāng)兩條光伏電纜交匯處，由于電壓過高或其它原因而引起的電弧，稱為并聯(lián)故障電弧，因為齲齒動物咬破電線、電線的老化、外力造成電線破損、環(huán)境惡劣等，而使得電線失去既有的絕緣功效，導(dǎo)致具有電壓差的兩段金屬互相接觸引起的。雖然并聯(lián)故障電弧的發(fā)生機(jī)率遠(yuǎn)小于串聯(lián)故障電弧，但是帶來的危險性會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過后者，因為當(dāng)并聯(lián)故障電弧發(fā)生之時，光伏電池系統(tǒng)的電壓與電流仍會持續(xù)保持供應(yīng)與維持此故障現(xiàn)象所需的能量，常見的光伏電纜落地引發(fā)的火災(zāi)故障就屬于并聯(lián)故障電弧。

在光伏電站的交流側(cè)，變壓器是光伏電站的主要設(shè)備，油浸變壓器內(nèi)部貯有大量絕緣油，按《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定：如當(dāng)電壓等級為35kV及以下，容量為5.6～31.5MVA的變壓器之間的防火間距在2.00～3.80m范圍內(nèi)；蓄電池在很多光伏電站中不可或缺，但其在使用過程中可能有氫氣漏出，故其火災(zāi)危險性應(yīng)屬甲類。但由于光伏電站環(huán)境的惡劣性，變壓器和蓄電池引起光伏電站的火災(zāi)也時有發(fā)生。

2　防范光伏電站火災(zāi)的對策

首先，應(yīng)構(gòu)建一套防范火災(zāi)的管理、監(jiān)控和報警系統(tǒng)。通過計算機(jī)軟件技術(shù)，采用PLC通訊、無線4G傳輸，安裝合量的安裝煙感或溫感傳感器；應(yīng)用多點定位高精度溫度監(jiān)測手段等更多的新技術(shù)、新工藝來構(gòu)建和完善管理、監(jiān)控和報警系統(tǒng)，主動識別風(fēng)險，防患于未然。故障電弧斷路器是一種新型的偵測與切斷故障電弧電子裝置，被視為近年來最重要的電氣安全保護(hù)裝置，它通過獨特的傳感器偵測電路中的電壓或電流的訊號，比對是否與故障電弧的訊號相似，如果判定發(fā)生故障電弧現(xiàn)象，即會主動切斷電源以消除故障電弧的狀況。智能逆變器通過對輸入的每一路組串進(jìn)行獨立的電壓電流檢測，檢測精度是傳統(tǒng)智能匯流箱方案的10倍以上，它為準(zhǔn)確定位組串故障帶來了可能，為提高運(yùn)維效率奠定了基礎(chǔ)。

其次從設(shè)計方案上，將直流匯流向交流匯流演變，采用多組串逆變器的智能光伏電站系統(tǒng)。傳統(tǒng)集中式光伏電站包含直流匯流箱、直流配電柜、逆變器等三個高壓直流設(shè)備；而由多組串逆變器組成的智能光伏電站系統(tǒng)吸取了集中逆變和組串逆變的優(yōu)點，采用無直流匯流設(shè)計，省掉直流匯流箱、直流配電柜等直流匯流環(huán)節(jié)，多組串輸出直接進(jìn)入逆變器逆變?yōu)榻涣麟娺M(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，減少直流高壓設(shè)備，有效的縮短了直流線纜傳輸距離，間接減少高風(fēng)險的高壓直流電弧，由相對安全的交流系統(tǒng)替代。多組串逆變器是借助DC-DC變換器把很多組串連接在一個共有的逆變器系統(tǒng)上，并仍然可以完成各組串各自單獨的MPPT功能，它不僅使逆變器應(yīng)用數(shù)量減少，還可以使不同額定值的光伏組串、不同朝向的組串、不同傾斜角和不同陰影遮擋的組串連接在一個共同的逆變器上，同時每一組串都工作在它們各自的最大功率峰值點上，使因組串間的差異而引起的發(fā)電量損失減到最小，整個系統(tǒng)工作在最佳效率狀態(tài)上。

針對光伏電纜等因素引發(fā)的事故，由于光伏電纜分布較廣和電纜火災(zāi)的蔓延速度很快的特性，如果僅僅依靠化學(xué)滅火器，肯定難以阻止火災(zāi)的產(chǎn)生和蔓延，因此，我們應(yīng)推廣感溫電纜和阻燃電纜在光伏電站中的普及和應(yīng)用。感溫電纜又名線型感溫火災(zāi)探測器，感溫電纜具有沿全線長連續(xù)監(jiān)測保護(hù)對象溫度的能力，感溫電纜內(nèi)部內(nèi)置兩根彈性鋼絲，每根鋼絲外面都包有一層感溫且絕緣的材料，正常監(jiān)視狀態(tài)下，兩根鋼絲都處于絕緣狀態(tài)，當(dāng)周邊環(huán)境溫度上升到預(yù)定動作溫度的時候，溫度敏感材料將破裂，導(dǎo)致兩根鋼絲之間短路，通過輸入模塊偵測到短路信號后，系統(tǒng)就會觸發(fā)報警信號。當(dāng)然定期清掃電纜上所積粉塵有十分重要，它能有效防止所積粉塵自燃引起電纜著火。

3　結(jié)束語

光伏電站事故肯定是由多方面因素的引起的，不合格的設(shè)計方案、不合理的運(yùn)營與管理，都會引發(fā)火災(zāi)事故的發(fā)生，只有從設(shè)計、管理、技術(shù)和運(yùn)營上多管齊下，才能從根本上徹底消除火災(zāi)隱患。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王哲. 電站火災(zāi)預(yù)警方法的研究 《太陽能》 2014.1

[2]尹強(qiáng). 新型火災(zāi)報警系統(tǒng)在水電站的應(yīng)用《水力發(fā)電》 2014.1

鄭 軍（1967--） 浙江衢州中等專業(yè)學(xué)校高級講師

【作者簡介】