對(duì)儲(chǔ)能電站檢測的安全性分析

蔡睿 周承軍 江偉 盛春

摘 ?要：在新一輪能源革命的背景下，儲(chǔ)能作為新能源行業(yè)的新起之星，已在部分區(qū)域內(nèi)建立儲(chǔ)能電站，為了確保其能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，運(yùn)維人員需定期對(duì)其進(jìn)行檢測解析。該文主要介紹了系列檢測的內(nèi)容與方法，檢測對(duì)象可能會(huì)引起的危害和如何抑制其產(chǎn)生的解決方法。儲(chǔ)能電站作為多能源互補(bǔ)的重要角色之一，它主要應(yīng)用于解決棄光棄風(fēng)問題、實(shí)現(xiàn)調(diào)峰調(diào)頻的電網(wǎng)側(cè)服務(wù)和工商業(yè)峰谷套利等盈利模式，因此保持高效率及安全運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)能系統(tǒng);安全性;檢測

中圖分類號(hào)：TM91 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

目前，全球能源緊缺，新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢在必行，其中，光伏電站與風(fēng)力電站是新能源電站中的新寵，但其發(fā)電具有時(shí)段性，無法提供穩(wěn)定的電力輸出，如果二者在局部區(qū)域建設(shè)規(guī)模過大，并網(wǎng)時(shí)會(huì)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大的影響，儲(chǔ)能電站能夠提升配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接納能力，穩(wěn)定電網(wǎng)末端節(jié)點(diǎn)電壓水平，并可作為電網(wǎng)故障或檢修時(shí)的備用電源，在智能電網(wǎng)建設(shè)的變用電環(huán)節(jié)中發(fā)揮巨大作用。在用戶側(cè)也能在作為備用電源的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)峰谷套利的經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值，因此儲(chǔ)能電站的安全性穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性意義重大。

1 儲(chǔ)能電站檢測內(nèi)容

此次對(duì)該公司一示范儲(chǔ)能電站系統(tǒng)項(xiàng)目進(jìn)行多方面的檢測（該文統(tǒng)稱A項(xiàng)目），主要為三大模塊：形式檢測、安全性能檢測及系統(tǒng)性能檢測。根據(jù)其檢測數(shù)據(jù)分析儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性，保證儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

2 形式檢測

2.1 設(shè)備一致性及銘牌檢測

此項(xiàng)檢測內(nèi)容主要是檢查PCS和EMS的型號(hào)規(guī)格、磷酸鐵鋰電池的容量及數(shù)量是否一致，檢查各個(gè)設(shè)備和主要電氣元件銘牌是否完整與清晰。若有銘牌丟失或不清晰則需及時(shí)標(biāo)識(shí)與更換，以確保安全運(yùn)檢降低器件不可識(shí)別帶來的運(yùn)維壓力。A項(xiàng)目經(jīng)檢查均完好。

3安全性能檢測

3.1 接地系統(tǒng)檢測

接地電阻是否合格直接關(guān)系到運(yùn)行人員及檢修人員的人身安全，但土壤會(huì)腐蝕接地裝置，增大接地電阻，因此需要定期檢測。

該檢測項(xiàng)目使用接地電阻檢測儀，采用四線測試的方法，其優(yōu)點(diǎn)能消除設(shè)備表面的接地電阻對(duì)測量的影響，能消除線阻對(duì)測量的影響，如圖1所示。

注意事項(xiàng)：

（1）從被測物體開始，兩者間隔5 m～20 m。

（2）E與H之間至少是被測接地體埋入地下電極長度的5倍。

（3）測試時(shí)，測試線不能交錯(cuò)在一起，會(huì)影響測試精度。

按照?qǐng)D1連接好測試線后，在儀器上進(jìn)行操作，進(jìn)入接地電阻測試模式，按下“TEST”鍵，數(shù)據(jù)出現(xiàn)在測試屏上，直至其穩(wěn)定后記錄下該接地電阻值。

若測量值大于規(guī)范要求，則需要檢查所有接地點(diǎn)的連接是否完好或檢測接地點(diǎn)環(huán)境阻值是否變大。此時(shí)可通過排查修復(fù)接地點(diǎn)、增加接地極或者在接地極處更換土壤，填充降阻劑使其達(dá)到安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。接地阻值過大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在受直擊雷或感應(yīng)雷影響時(shí)不能及時(shí)泄流，對(duì)電氣設(shè)備造成破壞引起系統(tǒng)不安全運(yùn)行或系統(tǒng)出現(xiàn)漏電等故障是亦可能對(duì)運(yùn)檢人員造成安全隱患。

此次A項(xiàng)目檢測接地電阻的數(shù)值為0.19Ω，變壓器集裝箱接地電阻的數(shù)值為0.4 Ω，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國際標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 應(yīng)急系統(tǒng)及暖通系統(tǒng)檢測

檢查集裝箱內(nèi)應(yīng)急逃生燈是否能正常工作，若不能正常工作則更換蓄電池或更換燈具使其可在應(yīng)急狀態(tài)下正常工作。逃生門是否可以自動(dòng)彈開，若不可則配合廠家運(yùn)維檢修。應(yīng)急系統(tǒng)在緊急狀況下確保運(yùn)檢人員的人身安全至關(guān)重要。

A項(xiàng)目經(jīng)檢查，應(yīng)急燈與逃生門均可在應(yīng)急狀態(tài)正常工作。

電氣設(shè)備艙排風(fēng)系統(tǒng)性能檢測，系統(tǒng)停機(jī)在設(shè)備艙放置加熱器給設(shè)備艙升溫，檢測溫感與排風(fēng)風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)性。其可避免電氣設(shè)備在過高溫狀態(tài)下長期運(yùn)行，可確保電氣設(shè)備安全運(yùn)行并延長其壽命，降低過負(fù)荷運(yùn)行造成安全隱患的風(fēng)險(xiǎn)。

電池艙空調(diào)系統(tǒng)性能檢測，斷開消防設(shè)備與電池簇，模擬電池高溫信號(hào)給BMS、環(huán)境高溫、低溫及環(huán)境高濕度，看空調(diào)是否能做出準(zhǔn)確的動(dòng)作。溫控系統(tǒng)對(duì)電池的安全運(yùn)行提供至關(guān)重要的環(huán)境，若其不能在對(duì)應(yīng)的環(huán)境測試中通過，則需先排查對(duì)應(yīng)的傳感器再排查空調(diào)本身的性能是否正常。

暖通系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有利于系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)下安全運(yùn)行，也可保證系統(tǒng)充放電效率達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 電氣設(shè)備及線路異常溫升點(diǎn)檢查

電氣設(shè)備及線路異常溫升，易導(dǎo)致設(shè)備損壞，產(chǎn)生火災(zāi)隱患。檢測電氣設(shè)備和線纜溫升，針對(duì)異常處進(jìn)行器件（線纜）檢修或更換，消除項(xiàng)目隱患。圖2為該檢測項(xiàng)目使用的儀器。

通常我們使用的儀器是熱成像儀進(jìn)行檢測，首先調(diào)整焦距，然后選擇正確的測溫范圍，了解最大測量距離并保證測量過程中儀器平穩(wěn)，獲得檢測數(shù)據(jù)并與器件（線纜）正常運(yùn)行是的熱量計(jì)算值對(duì)比，驗(yàn)證其是否存在異常溫升。A項(xiàng)目經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)異常。

3.4 消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)檢測

消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)電站安全問題上有著至關(guān)重要的位置。

該項(xiàng)目消防系統(tǒng)的保護(hù)區(qū)均設(shè)兩路獨(dú)立探測回路，一路來自煙感，另一路來自溫感。當(dāng)報(bào)警控制器收到煙感發(fā)出的報(bào)警信號(hào)時(shí)，報(bào)警控制器發(fā)出聲光報(bào)警，保護(hù)區(qū)現(xiàn)場警鈴報(bào)警（提醒人員確認(rèn)火災(zāi)真實(shí)性）;當(dāng)溫感發(fā)出火災(zāi)信號(hào)時(shí)，報(bào)警控制器進(jìn)入延時(shí)階段，聲光報(bào)警器報(bào)警和聯(lián)動(dòng)設(shè)備動(dòng)作（切斷主回路）。延時(shí)過后，下達(dá)滅火指令，同時(shí)控制器收到反饋信號(hào)，控制面板噴放指示燈亮。當(dāng)報(bào)警控制器處于自動(dòng)狀態(tài)則自動(dòng)噴灑;若處于手動(dòng)狀態(tài)則只報(bào)警不動(dòng)作，等待人員確認(rèn)后，按下控制面板的應(yīng)急啟動(dòng)按鈕或者緊急啟停按鈕，即可噴灑。

因此我們只需給煙感溫感模擬信號(hào)，完成一個(gè)流程觀察是否正常即可，如果哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題則進(jìn)行維修或更換。A項(xiàng)目經(jīng)檢測，消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。

當(dāng)電站系統(tǒng)發(fā)生消防火情時(shí)，消防系統(tǒng)安全運(yùn)行可及時(shí)抑制火情、減少設(shè)備損壞及人員傷亡，可極大程度地確保系統(tǒng)的安全性。

3.5 BMS系統(tǒng)檢測

BMS系統(tǒng)俗稱電池管理系統(tǒng)，主要功能包括：電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測;電池狀態(tài)估計(jì);在線診斷與預(yù)警;充、放電與預(yù)充控制;均衡管理和熱管理等。

對(duì)A項(xiàng)目系統(tǒng)中六串電池組各抽查一個(gè)模組和相對(duì)應(yīng)的從控進(jìn)行模擬過壓、欠壓、過流和溫度異常實(shí)驗(yàn)測試。

系統(tǒng)過壓模擬測試：首先給每個(gè)模組的三個(gè)采樣點(diǎn)施加3.2-3.7V的模擬電壓信號(hào)。當(dāng)模擬信號(hào)電壓升至3.4V時(shí)BMS人機(jī)界面與EMS系統(tǒng)均產(chǎn)生一級(jí)過壓告警，當(dāng)模擬信號(hào)電壓升至3.5V時(shí)BMS人機(jī)界面與EMS系統(tǒng)均產(chǎn)生二級(jí)過壓告警并且BMS做出對(duì)電池組禁充指令，當(dāng)模擬信號(hào)電壓升至3.6V時(shí)BMS人機(jī)界面與EMS系統(tǒng)均產(chǎn)生三級(jí)過壓告警并EMS發(fā)出指令使高壓箱接觸器斷開。

系統(tǒng)欠壓模擬測試：首先給每個(gè)模組的3個(gè)采樣點(diǎn)施加2.7 V～3.2 V的模擬電壓信號(hào)。當(dāng)模擬信號(hào)電壓降至3.0 V時(shí)BMS人機(jī)界面與EMS系統(tǒng)均產(chǎn)生一級(jí)欠壓告警，當(dāng)模擬信號(hào)電壓降至2.9 V時(shí)BMS人機(jī)界面與EMS系統(tǒng)均產(chǎn)生二級(jí)欠壓告警并且BMS做出對(duì)電池組禁放指令。

系統(tǒng)過流模擬測試：首先給每個(gè)模組模擬100 A的電流，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)并無異常;再模擬200 A的電流，發(fā)現(xiàn)BMS和EMS界面產(chǎn)生告警并且做出相應(yīng)的動(dòng)作，立馬斷開高壓箱中的接觸器，系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。

系統(tǒng)溫度異常模擬測試：需先將消防控制器從自動(dòng)切換成手動(dòng)避免出現(xiàn)誤動(dòng)作，設(shè)置初步溫度為25℃，可見風(fēng)扇與空調(diào)并無動(dòng)作;當(dāng)溫度提高到30℃時(shí)，BMS傳遞信號(hào)使風(fēng)扇開始運(yùn)轉(zhuǎn)，在保持較高的經(jīng)濟(jì)效益的前提下，使電池處于最優(yōu)的工作環(huán)境;當(dāng)溫度提升至35℃時(shí)，EMS系統(tǒng)下達(dá)命令，空調(diào)開始運(yùn)轉(zhuǎn)使箱內(nèi)溫度迅速降低，當(dāng)溫度慢慢上升至65℃時(shí)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的電池組全部停止工作，這種運(yùn)行機(jī)制能夠比較完好的保障整個(gè)電站的安全運(yùn)行。

以上講述的檢測方法都是在保護(hù)設(shè)備能夠正確動(dòng)作的前提下，若過壓欠壓過流檢測時(shí)，BMS和EMS系統(tǒng)未能產(chǎn)生告警提示，我們可從通信線束上尋找原因;若未能正確動(dòng)作，我們可從BMS的從控中查找是否是元器件的原因;若同時(shí)產(chǎn)生過欠壓的現(xiàn)象，我們可從電池模組和采樣點(diǎn)處發(fā)現(xiàn)問題。在電池溫度異常檢測上，我們需要尋找是否因?yàn)锽MS和EMS沒有與風(fēng)扇和空調(diào)保持完好的聯(lián)動(dòng)性或者干接點(diǎn)處出現(xiàn)了接觸不良的現(xiàn)象。

A項(xiàng)目該檢測內(nèi)容經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)并無異常，處于正常工作狀態(tài)。

4 系統(tǒng)性能檢測分析

系統(tǒng)效率在整個(gè)電站的經(jīng)濟(jì)效益中占據(jù)了主導(dǎo)地位，我們需要總結(jié)并優(yōu)化眾多因素，才能大幅度提高系統(tǒng)效率，達(dá)到節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

其中η總=系統(tǒng)總效率。

C充=系統(tǒng)充電量。

η變=流器自身效率。

η直流=電池直流轉(zhuǎn)換效率。

η線損=線路損耗百分比。

C站用電=箱內(nèi)用電設(shè)備電量。

我們以影響系統(tǒng)效率的三個(gè)主要因素分析。

4.1 儲(chǔ)能變流器效率因素

給儲(chǔ)能變流器做一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析其效率，對(duì)比出產(chǎn)效率分析：1）半導(dǎo)體的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗;2）磁性元器件的鐵損和磁損?？膳沤Y(jié)合廠家意見排查原因。亦可通過直流電壓合理配置，使電池電壓盡可能處于MPPT的工作范圍內(nèi)，能夠較好地提升逆變器自身的效率。

A項(xiàng)目因運(yùn)行時(shí)間僅1年，經(jīng)檢測各項(xiàng)數(shù)據(jù)均正常。

4.2 電池因素

電池衰減為系統(tǒng)效率影響最大因素，檢測電池系統(tǒng)衰減情況，對(duì)比產(chǎn)品手冊(cè)衰減，查看其衰減是否超出預(yù)期。反向排查起因，是否因運(yùn)行策略、環(huán)境溫度、電池一致性等因素引起。

若因運(yùn)行策略引起，則合理調(diào)整運(yùn)行策略;若因環(huán)境溫度引起，則排查暖通系統(tǒng)運(yùn)行策略，確保其在合理環(huán)境溫度下運(yùn)行;最后整理電池一致性，對(duì)比BMS采集的各電池性能，將電池重新分類、并串，確保單簇電池一致性較高，其重新分類建議1年-2年完成一次。

A項(xiàng)目并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)效率為88.50%，運(yùn)行一年多后檢測系統(tǒng)效率為85.91%，經(jīng)電池重組后測試系統(tǒng)效率為86.83%。若運(yùn)行時(shí)間久則該整改措施效果會(huì)更加顯著。

4.3 能量管控

集裝箱內(nèi)有空調(diào)、照明用電設(shè)備，調(diào)整合適的空調(diào)溫度以及進(jìn)出隨手開關(guān)燈都會(huì)影響系統(tǒng)放電量的多少，在確保系統(tǒng)安全合理地運(yùn)行過程中，節(jié)能也是提高系統(tǒng)效率的重要因素之一。

系統(tǒng)效率的高低直接涉及項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，如何確保系統(tǒng)高效率亦是項(xiàng)目管理的重中之重。

5 結(jié)論

通過完成對(duì)A儲(chǔ)能系統(tǒng)項(xiàng)目的形式、安全和系統(tǒng)性能三大模塊的檢測與整改，使該項(xiàng)目運(yùn)行更為安全穩(wěn)定，系統(tǒng)效率也大大提高，在降低項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)提高了項(xiàng)目削峰填谷的收益。

5.1形式檢測

確保系統(tǒng)的完整性，降低因設(shè)備銘牌模糊丟失等原因日常檢修壓力，提高日常排查故障效率，使系統(tǒng)更具安全性與經(jīng)濟(jì)性。

5.2 安全性能檢測

安全性能檢測主要包括接地系統(tǒng)檢測、應(yīng)急系統(tǒng)及暖通系統(tǒng)檢測、電氣設(shè)備及線路異常溫升點(diǎn)檢測、消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)檢測和BMS系統(tǒng)檢測。上述性能均與消防安全息息相關(guān)，其中BMS性能還與電池壽命及系統(tǒng)效率有著直接關(guān)聯(lián)，因此排查上述性能故障，確保其完好性，對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行至關(guān)重要。

5.3 系統(tǒng)性能檢測

系統(tǒng)性能檢測主要是對(duì)電池一致性的排查，也包括變流器等主要元器件的性能檢測，其中通過重組或更替一致性差的電池模組，對(duì)系統(tǒng)效率的提升極為顯著，也能提高系統(tǒng)電池的壽命，做好該項(xiàng)檢測與整改，可以對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接且顯著的效果。

在智能微網(wǎng)、多能互補(bǔ)等產(chǎn)業(yè)與解決棄光棄風(fēng)等問題中，儲(chǔ)能扮演的角色越來越重要;電站的無人值守智能化對(duì)其安全穩(wěn)定性要求也必將日益嚴(yán)格，使儲(chǔ)能電站系統(tǒng)檢測更顯重要。因此如何檢測使系統(tǒng)能在日常運(yùn)行中更為安全穩(wěn)定，更具經(jīng)濟(jì)性是我們?cè)撊W(xué)習(xí)與總結(jié)的重要課題。

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