李立强 李春阳 罗易 周承军

摘  要：分布式光伏电站一般建设在工业园、大型企业的厂房屋顶上，周边人员密集，工业设备多，一旦电站发生火災等危险情况，后果将极其严重，且光伏电站安全措施和人员管理不如地面电站等级高。为此，文章通过大量的项目质量检测，阐述其中常见的火宅，易起火点。并针对性地通过设计、施工、后期等多方面做好电站的电气消防安全措施。

关键词：电气消防;安全措施;光伏分布式电站

中图分类号：TM615        文献标志码：A

0 引言

太阳能源作为21世纪的清洁能源，拥有可再生、环保无污染和发展潜力巨大等优点。而光伏电站是目前世界上最主要应用太阳能资源的形式，其中分布式光伏电站在我国光伏发电领域中发展迅猛。根据国家能源局的统计数据，截至2016 年底，我国光伏电站累计装机容量 7 742 万kW，为全球光伏发电装机容量最大的国家。其中，集中式光伏电站 6 710 万kW，分布式光伏电站 1 032 万kW; 2016 年新增装机容量 3 424 万kW，同比增长 79.30%，其中集中式光伏电站新增 2 998 万kW，分布式光伏电站新增 426 万kW，呈迅速发展的趋势。

由于分布式光伏电站广泛应用于密集工业地区、人群地区，其消防安全更需着重关注防范。近年来，各种电站火灾的事例都深深警告着光伏电站消防安全的重要性，迫使我们寻找更安全，经济有效的防范措施。

1 光伏分布式电站系统

分布式光伏发电为采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能。为了有效解决电力在升压及长途运输中的损耗问题，电站一般遵循近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则。

光伏分布式电站主要由光伏组件、汇流箱、逆变器、升压变压器、汇集站（开关柜）和电力电缆等主要设备组成。

1.1 光伏组件

光伏组件是光伏分布式电站的核心部分，是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能。组件主要分为晶硅组件和非晶硅组件，目前组件主流产品为晶硅组件，又分为单晶和多晶。

1.2 汇流箱

汇流箱是保证光伏组件有序连接和汇流功能的接线装置，能够保证光伏系统在后期维护、运营时识别组串线路，切断故障电流，减小光伏系统停电的时间和范围。

1.3 逆变器

并网逆变器是光伏发电系统中的关键设备，是将直流电转换为交流电设备，对于光伏系统的转换效率和可靠性具有举足轻重的地位，主要分为组串式逆变器和集中式逆变器。

1.4 升压变压器

升压变压器一般在光伏分布式电站中就地升压，安装于逆变器交流输出测和并网电网侧之间，将逆变器逆变交流电升压至公共电网电压等级要求的交流电。

1.5 汇集站

汇集站为光伏系统中并网侧部分，用于开合闸光伏输出电流，监测光伏电站运行数据，保证对光伏分布式电站和公共电网安全。

1.6 电力电缆

电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，用于各个设备间的电气连接。

2 项目常见火灾隐患

光伏分布式常见火灾隐患主要分为内因和外因两大因素，外因主要为极端天气变化、雷击、业主工厂内易燃品等不可控因素，内因主要是受电气设备、人员操作失误、后续运维不到位等影响，为此我们将其分为电气设备、后期运维、环境因素3大类分析。

2.1 电气设备

据不完全统计，光伏分布式电站火灾约40%是由直流电弧引起的，这也就表明光伏电站的火灾起点大多是在低压侧，主要为组件组串、汇流箱、逆变器、电力电缆等设备的连接处。

2.1.1 组件组串

组件组串部分主要在于组件热斑和组串MC4接头不规范影响，。

2.1.1.1 组件热斑

组件热斑主要为组件中的一串电流被阴影遮挡（障碍物），使电流通过阴影部分产生热量，为组件带来局部温升，最终烧毁组件，甚至可能引起火灾发生。

光伏组件是由恒流电源Iph、PN结二极管、电极等组成的串联电阻Rs和并联电阻Rsh组成的电路图，如图1所示。

若光伏组件被阴影遮挡，组件内部的电池片就变成了负载，就会发热消耗电源，生产了热斑。由于光伏电站面积大，任何细微的遮挡都会导致组件热斑效应的发生，是组件中最难以防范的潜在危险，如图2 所示的被鸟粪遮挡造成的热斑效应烧穿组件板。

2.1.1.2 组串影响

组件间的连接没有采用MC4专用工具，安装的MC4接头绝缘层被破坏、效果折损存有隐患，图3为MC4接头因不正当操作被烧毁情况。

组件连接的MC4接头裸露在外，跨线连接没有串管保护，容易被阳光长时间直射，加速线缆绝缘层老化，且易被雨水入侵，造成电路短路导致烧毁组件，图4为不重视跨接保护措施的现场情况。

2.1.2 汇流箱

汇流箱是将光伏场区各个阵列的组串电流汇集一起，是光伏电站安全主要的监测单元，其中汇流箱电气绝缘、开关质量的好坏、防雷击能力、雨水的入侵、断开电弧等都将可能导致汇流箱内电路短路，引起火灾。此外，如果汇流箱内部的断路器、熔断器耐压等级较低，在北方地区的项目，低温比较低，组件的输出电压要比标称电压大许多，元器件选型不当会造成器件击穿，电流短路，引发火灾。

其中汇流箱内部的接线不牢靠、安放位置不当、箱体进水、暴晒等问题都普遍在各电站中存在，是影响电站安全的巨大隐患，汇流箱不正当操作。

2.1.3 电力电缆

电力电缆火灾隐患主要是电缆绝缘层被破坏，导致电缆绝缘层被击穿。在电缆制作工艺和施工期间，电缆绝缘层收到轻微的破损买下了安全隐患，且电缆在室内电缆沟内施工中的弯曲角度过大时，弯曲部分会产生密集的电磁场，形成强大的环流，不仅消耗电源而且还会发热，这将进一步降低电缆绝缘层的保护，加大安全隐患。

该类隐患平时运营检修不易发现问题，爆发问题造成损失巨大，必须得在设计施工阶段重点做好防范措施，图5为电缆因不正当操作被烧毁的现场。

目前光伏电站建设最求降本增效，建设成本进一步下降，铝合金电缆逐渐应用起来。但由于铜铝的导热性不一样，周边环境温度发生变化时，铜铝连接处容易出现松动，大电流节点的松动容易导致电气故障引发起火。

2.2 后期运维

光伏分布式电站后续运维的人员造成的影响也不容忽视，光伏分布式电站都是敞开露天的，设备大多也是在户外裸露，设备或是零部件经过风吹雨打性能下降、位置出现松动等都是电站的潜在威胁。

人工操作不规范，不按要求顺序开合闸在断口处产生高压，击穿空气绝缘产生电弧，不仅伤及自身安全也带来电站财产损失，甚至设备产生爆炸等严重后果，图6为电站运维操作不当导致严重的后果现场图。

2.3 环境因素

光伏分布式电站大都是与业主合作的关系，建设在业主厂房屋顶上。光伏分布式电站不可避免地会受到业主公司的影响，在电站附近安置易燃易爆等物品，非专业人员进出电站光伏阵列区等。

近年来，我国极端天气气候出现愈加频繁，南方的雨雪、风压等参数均超过50年一遇的标准。雷电的影响与光伏电站长期一致的影响光伏电站安全重要因素之一。

3 消防安全措施

3.1 提高项目消防安全设计要求

在项目前期考察、设计时，充分考虑项目特点及周边情况，排除具有危险性的易燃易爆、污染性区域。在设计中严格遵守国家相关规定要求，在细节详细阐述防火施工措施，提高消防安全要求，从源头上降低光伏电站的火灾隐患。

3.1.1 前期把关项目建设的风险

在项目建设前期现场考察时，需要着重关注项目所在地的风压、雪灾、雷电等情况，评估在该项目地建设额外的安全措施成本和周期。前期选择项目地需远离有自然灾害（雷电、泥石流、水土流失等）、污染区域、易燃易爆车间工厂等具有危险性地方。项目前期的严格评估把关是是降低项目危险性最为理想、经济、有效措施。

3.1.2 组件组串

组件MC4接头必须使用专用工具安装，施工人员施工前要经过培训使用，MC4需带有防反接标识，最大程度防止组串反接和误接。

组串MC4连接处不能裸露于组件间的空隙处，防止雨水侵入导致短路起火，图7为MC4接头专用工具。

组串MC4连接处一般安置于组件板北面的支架槽内，不得裸露于组件间的空隙处，跨线连接也必须穿管连接，且钢管固定为支架两端。

3.1.3 汇流箱

汇流箱采购需考虑当地最低气温对组件电压和设备的影响，需具备防拉弧、防雷、监测模块功能。为防止雨水的倒灌，汇流箱低压进线侧需位于最低侧，并采用镀锌钢管引线进来。

将汇流箱尽可能地安置于通风散热处，且避免被太阳长时间直射。汇流箱内高温不仅容易产生明火，而且也会给运维人员检查带来麻烦，若屋顶不可避免地被长时间直射，则汇流箱需加装遮阳板防护，如图8所示。

3.1.4 电力电缆

电力电缆是光伏分布式系统中最常用的电气连接器件，如果施工不规范，很容易产生火灾隐患，而且电缆多数是直埋在地下，伏电站占地面积大，电纜分布广，平常运维人员难以及时检查出问题，无法针对电缆设置固定的灭火装置。为此，电力电缆部分采购，现场试验都必须严格遵循国家相关规定要求，采用一流品牌的电缆接头，铜电缆和铝电缆必须采用专用的电缆连接头，并在电缆沟道内应采用防火分隔和阻燃电缆作为应对电缆火灾的主要措施，集中敷设于沟道、槽盒中的电缆宜选用C类或C类以上的阻燃电缆。

低压侧屋顶上的直流电缆进入桥架利口时候需保护，防止电缆绝缘层被刮伤。电缆跨接均需穿管，钢管需两端固定.

3.1.5 逆变升压箱房

逆变升压箱房作为光伏系统中的重要组成部分，一旦出现问题，对电站照成的损失也是相当大。为此，逆变升压箱房的监控设备均需配齐，带有烟感探测器，手提式灭火器、UPS不间断电源等应急功能。

为了防止高压设备对无关人员造成不必要的伤害，在逆变升压箱房周边设置一道围栏，醒目表示高压危险图识.

3.1.6 装设手提式干粉灭火器

光伏分布式电站一般大都是在屋顶光伏阵列去起火，即使立即断开电源，火灾一时半会也不会熄灭。为此，在屋顶上预先安置灭火器也十分有必要，主要安置在屋顶上人处位置。

3.2 加强项目施工安全管控要求

光伏分布式电站由区别其他的施工工程，光伏电站特殊的设备和性能要求施工人员需要有专业知识和专用工具安装施工，针对电站的消防电气安全主要是组件的安装和电缆分火封堵部分。

施工过程中，严禁踩踏组件，不规范对方组件等破坏行为，这些将会对组件带来隐裂，破损影响，且组件数量多，没有专用工具难以检查出问题。在逆变升压箱房和汇集站的进出线口，均需要防火封堵，进出线口需要有保护措施，防止电缆刮伤破坏绝缘层，如图9所示。

在逆变升压箱房和汇集站的进出线口，均需要防火封堵，进出线口需要有保护措施，防止电缆刮伤破坏绝缘层，如图9所示的电缆不规范施工情况。

3.3 提高运维人员消防安全意识

运行和维护人员培养训练相应的专业技能，熟悉各种消防灭火器的操作，牢记各个电气设备开关操作。设备维护前必须做好安全准备，断开所有应断开开关，确保电容、电感放电完全，必要时应穿绝缘鞋，带低压绝缘手套，使用绝缘工具，工作完毕后应排除系统可能存在的事故隐患。

日常巡视组件光伏阵列区域和进行设备维护，主要检查组件是否有热斑、阴影遮挡、破损，汇流箱是否温度过高，电缆是否有异样等。

由于组件的特殊性，在接收辐射时，就会产生电压。光伏阵列串联后形成高压直流电，如不慎与人体形成环路，将会造成重大安全事故。一般在将光伏阵列接入系统前应保持组串处于断路状态，接入系统后在汇流箱（盒）开关关断的情况下进行连接。在施工过程中，应用遮挡物将光伏组件进行遮挡，遮挡有困难时，施工人员应配备好安全防护用品，确保安全。

为防止设备过热、短路等事故，光伏电站主要部件周围不得堆积易燃易爆物品。

3.4 落实安全管理制度

光伏分布式电站建立“以预防为主”的管理理念方针，建立电气设备安全才做流程、消防安全管理组织，培训员工安全意识和专业能力制度，落实消防安全责任制度，遵守各项安全管理规定，有效减少火灾危害。

3.4.1 建立完善的消防安全组织

电站以站长为第一安全责任人，制定电站的消防安全巡检、维护、培训制度。落实每个组员的责任负责人。

3.4.2 制定遵循规章制度

制定并遵循建筑消防设施维护保养规定，定期组织人员巡查消防设施及设备设施，每年至少一次电站停电全面大检查。

3.4.3 提高员工素质

积极培养电站员工的安全意识和能力，定期举行相关知识讲座，组织人员熟悉各种消防设备安放位置和使用方法，熟悉电站系统运行和电气设备操作。

4 结语

通过对上述几种光伏分布式电站容易发生的火灾隐患细节进行分析，并对已建项目发生过火灾情况以及发现火灾隐患进行整合分析，并针对电站在设计、施工、运维等方面提供防范建议。光伏分布式电站一旦发生火宅，不仅造成电站财产损失严重，更可能会危及人身安全，更会影响新能源企业在行业内的名誉，无论如何，电站的消防安全都是项目头等大事，必须高度重视，加强防范，吸取经验，强化意识，才能保证光伏分布式电站行业健康持续发展。

参考文献

[1]朱亚平.电池储能电站消防灭火措施探讨[J].上海节能，2017（1）：33-36.

[2]王春力，贡丽秒.锂离子电池储能电站早期预警系统研究[J].储能科学与技术，2018（6）：1153-1158.