高原地区光伏发电站火灾危险因素分析及防控措施探讨
高琳
（青海省公安消防总队，青海 西宁）
摘要：本文基于光伏发电站的分类、工艺构成，通过对高原光伏电站部分火灾案例的分析，进一步明确导致其火灾发生的危险因素，有针对性提出涉及光伏电站工程建设消防设计等一系列问题，提出依据现行规范，进一步优化完善光伏电站火灾自动报警系统的设计以及加强此类场所火灾防控的若干技术管理措施，为做好此类场所的消防工作提供了参考。
关键词：光伏电站；案例；火灾危险；防控措施
1 青海高原光伏电站发展状况
青海省地处青藏高原东北部中高纬度地带，地势海拔高，平均海拔高度3000m，空气稀薄，干旱少雨，太阳辐射强度大，光照时间长，日射强烈充足，发展光伏发电有着得天独厚的条件。尤其是近年来在太阳能资源特别丰富的地区柴达木盆地、唐古拉山南部，据最新《柴达木盆地千万千瓦级太阳能光伏发电规划》，仅在柴达木盆地规划建设光伏电站38个，总规模达2000万千瓦，装机容量50MW以上装机容量的中大型光伏电站陆续建成投入使用，初步形成了较为完整的光伏产业链，已建成光伏电站规模位居全国前列，已成为当地特色优势产业。
2 高原地区光伏发电站火灾案例分析
近年来随着高原地区光伏发电产业的蓬勃发展，光伏发电站（以下简称光伏电站）消防安全问题也日益突出，相关从业人员主动防范意识和能力尚有欠缺，相应配套技术保障管理措施落实不到位，致使此类场所火灾时有发生。
青海省果洛地区2014年接连发生两起光伏电站火灾，2014年6月2日9：00，果洛藏族自治州达日县特合土乡光伏电站（仅供当地牧民用电）发生火灾，导致彩钢板搭建的机房及机房内蓄电池及控制柜完全烧毁，直接财产损失近20万元，过火面积500m2，造成当地牧民生产生活用电中断，损失惨重，11月15日14:50青海省玛沁县雪山乡政府南侧小型光伏发电站（当地称之为“太阳储电房”供乡政府办公生活用电）发生火灾，火灾烧毁彩钢板搭建的机房及机房内蓄电池及控制柜，过火面积近百平方米，造成当地供电中断，损失严重，两起火灾起火原因经查，均为太阳能蓄电池组、逆变器电气线路故障引燃周围可燃物引发的火灾，分析两起案例，造成火灾发生且在极短的时间内蔓延成灾的重要共同因素：一是过火建筑采用耐火等级极限不符合规范要求的彩钢板搭建，彩钢板夹层中的塑料泡沫属可燃材料，火灾发生极易蔓延成灾，燃烧后释放有毒气体，人员无法靠近采取灭火措施；二是蓄电池、逆变器、控制器、配电柜等设施设备安装在一个彩钢板搭建的房间内，电站机房内部无防火分隔，电池瓶组之间的间距只有不到1m，火灾负荷相对集中，发生火灾损失大；三是场所配置消防设施不全，火灾隐患长期存在，无法做到火灾的早期预警，加之两个电站均为野外独立式建造，地处草原深处，远离城镇无任何火灾扑救力量，值守人员消防安全意识不强，发现火灾报警晚，仅靠当地牧民使用现场配备的几具手提灭火器自行组织扑救，难以扑救失控火灾。
3 高原光伏电站的分类和工艺构成，火灾危险因素
3.1 光伏电站工作原理
太阳能光伏发电指利用太阳电池将太阳辐射能直接转换成电能，利用半导体（单晶硅或多晶硅等材料）界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪控制系统等设备组成。并网光伏发电站一般由光伏方阵、平衡系统、升压站（或开关站）、就地逆变升压站和场内集电线路组成，主要有综合控制室、变配电站、水泵房、汽车库、警卫室等站房建筑。独立光伏电站相对简单，建构筑物较少，仅设置太阳能电池方阵、蓄电、汇流逆变、配电装置等设备，直接供给用户用电。
3.2 高原光伏电站的分类和特点，火灾危险因素分析
根据当地地域经济发展特点，青海省发展光伏发电多以集中并网和独立分布光伏发电两种形式，西部柴达木地区多发展建设兆瓦级并网光伏电站，以分块发电、集中并网的方式建设，主要任务是发电，以330kV出线系统接入附近主干电网，南部玉树、果洛、黄南等无电草原牧区建设千瓦级独立分布光伏电站或发电系统，住要解决偏远乡镇单独用户用电需求。
目前高原地区光伏电站基本按“无人值班”（少人值守）的原则进行设计和运行管理，自动化程度较高，日常免维护可长期运行，分析电站火灾危险因素，一是电站电气设备多，布置有大量的动力电缆和控制电缆，电缆密集，电压等级多，因未考虑高原气候地域特点，设备设计选型缺陷、安装技术等因素，电气设备、线路故障、操作维护不当，如逆变器不具备低电压穿越功能、绝缘不符合要求，热斑效应处理不当等造成蓄电池组电气线路一旦发生短路等故障，缺少自动切断装置，导致大电流烧毁蓄电池外壳，引发电气火灾；二是建（构）筑物太阳能蓄电池室、逆变器室、35kV开关站等建（构）筑物建筑防火等级不够、消防设施配置维护不到位，缺乏火灾的早期预警；三是消防安全管理制度和责任不落实，存在不安全用电用火行为等，均可能引发火灾事故，受选址地域影响火灾扑救困难。
4 火灾防控措施
目前光伏电站消防设计主要遵循《光伏发电站设计规范》GB 50797—2012（以下简称《光规》）有关条款，《建筑设计防火规范》GB 50016—2014（以下简称《建规》）有关规定，结合工程实践，针对高原气候干燥、缺水寒冷的特点，火灾扑救困难，有必要提出更为切合实际的落实措施。
按照“早期预警、综合防治”的原则，采取“技防、阻断、控制”的综合消防技术措施，综合考虑电站建筑防火、消防车道、防火间距、火灾预警等各项消防要求，提高电站本质消防安全水平，力争做到防患于未“燃”，减少火灾发生的可能，一旦发生也能在短时间内予以预警处置，使火灾损失减少到最低程度。
4.1 总平面布置
光伏发电站内的建（构）筑物的平面布置及防火间距应符合《光规》的规定。大、中型光伏发电站区应设置两个出入口，其位置应方便内外联系，主要进站道路且应与站外公共交通道路相接，站内各建筑物之间行车通道应满足消防车通行要求；单独建设的小型独立光伏电站的选址出入口的设置应与现有城镇公共道路相通，满足生产、消防要求。道路路面可采用泥结碎石、混凝土或沥青路面，路面宽度应满足消防车辆通行，不小于4m。
4.2 建筑消防措施
光伏电站综合控制楼、35kV汇集站、巡检平台、35kV配电开关柜室、继电器室、逆变器室、屋外油浸变压器等建筑物屋面、墙体耐火等级、防火间距应满足《光规》规定，同时外墙墙面、屋面保温材料燃烧性能等级不低于B2级保温板，屋面、外墙还应按照《建规》规定设置A级的防火隔离带，从已有火灾案例教训看，独立建造光伏电站，光伏蓄电池、配电装置、逆变器设置在一个机房内的，建筑物包括墙体、屋面不应采用彩钢板建造，各装置之间应结合生产布局要求建造实体墙进行分隔，开口设置乙级防火门，并设置独立出入口，以便检修和应急处理。
并网光伏电站屋外油量2500kg及以上的变压器之间应有防火间距或设置防火墙，35kV以上屋内配电装置必须安装在不燃烧实体墙间隔内。在高原荒漠地区光伏电站电缆防火相比《光规》规定电缆沟道内电缆从室外进入室内的入口处、穿越控制室、配电装置室、分支引接处等应采用防火封堵材料进行填充分隔防火措施，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。宜采用地下直埋方式敷设，更有利于防止火灾蔓延和减少投资。
并网光伏电站依据《光规》要求规定设置消防给水，但由于高原光伏电站地处荒漠缺水地区，干旱缺水，生活用水多采用汽车运输方式，水的使用成本高，难以设置水消防系统。针对高原气候特点因地制宜选择灭火设施，例如，位于青海省格尔木市的光伏电站升压站设有110kV、330kV主变压器，通过330kV出线系统接人附近主干电网。电站主变压器消防宜采用排油充氮灭火装置，在主变压器底部设有贮油坑，容积不小于主变压器油量的20％，贮油坑的四周设挡油坎，高出地面100mm。坑内铺设厚度为250mm的卵石，卵石粒径为50～80mm，坑底设有排油管，能将漏油排至事故油池中。主变压器设有防直击雷保护及完善的继电保护装置。主变压器场设有消防车环形通道，消防车可以到达变压器附近停靠灭火。根据GB 50140—2005《建筑灭火器配置设计规范》的相关规定，在配电装置室、蓄电池室等重点部位配置手提式磷酸铵盐干粉灭火器和推车式磷酸铵盐干粉灭火器。
4.3 完善光伏电站火灾自动报警防控系统设计
《光规》仅对光伏电站火灾报警探测类型和设置部位做了规定，光伏电站火灾危险源主要是电缆及电气类设备，从实际火灾案例看，光伏发电系统的起火点一般发生于逆变器、光伏组件、电缆和汇流箱等处的电气设备，高原光伏电站大多地处偏僻，无人值守，小型电站火灾发生之前难以做到火灾早期预警，往往造成火灾发现晚、损失大，根据《光规》、《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116—2013（以下简称《报警规范》）相关规定，应强化完善其火灾自动报警系统的设置，进一步明确系统形式、火灾探测器等的设置要求。
4.3.1 系统形式的选择
对于的并网大、中型光伏电站，因其配套升压变压器设置有自动灭火装置，火灾自动报警系统应采用集中报警系统，实施火灾自动报警消防联动，并宜与电站主控制室合并设置，避免周围设置有具有强电磁干扰的设备及其用房，满足《报警规范》有关规定。对于小型独立光伏电站，选择设置区域报警系统，即设置一台火灾自动报警器，且应设置在值班室等有人值守的部位，值班室还应与其他部位设置必要的实体墙防火分隔。
4.3.2 合理选择火灾报警探测方式
高原光伏电站运行环境 寒冷、风沙大、条件恶劣，配电设备及电缆易发生接触不良、短路等电气故障，光伏发电系统火灾监测的难点在于对大面积或分散安装的光伏组件、电缆、汇流箱、逆变器、配电装置潜在着火点监控，有必要对这些部位采取技术措施，合理选择设置火灾探测器，实现火灾早期预警。
电站主控室、继电器设备室、无功补偿室、配电装置室可选用感烟火灾探测器，主变压器（室内）、电缆层和电缆竖井可选用线型感温火灾探测器。针对目前高原光伏电站“无人值守、少人值班”的管理模式，尤其是小型独立式光伏电站的技术特点，应扩大火灾探测器设置范围，尤其是加大线型感温火灾探测器（感温电缆）的应用范围，感温电缆具有沿全线长连续监测保护对象温度的能力，保护面积大，定位准确，适应性强，安装布线简单，非常适合光伏组件、电缆、汇流箱的监测，与光伏组件和汇流箱连接电缆同步并行铺设，例如汇流箱温度全年都在60℃以下，所以选择88℃等级的感温电缆实现火灾预测报警比较合适。对于其他地方，可利用类似方法依据工作环境因素合理选择感温电缆。
根据《报警规范》设置电气火灾监控系统，光伏电站的配电控制装置的配电线路、电缆接头、端子等易于发热的部位设置测温式火灾探测器，独立式光伏电站太阳能蓄电池组、逆变器交流低压开关柜等处电气线路等处考虑设置剩余电流式火灾探测器，通过对电气线路和设备漏电电流、温度等参数的检测，在被监控的电气线路发生火灾之前，就能有效地检测到异常情况，对隐患部位实施早期定位监测报警，从而防止电气火灾的发生。感温电缆可合并接入电气火灾监控器，以减少设备投资和便于维护管理。探索借助物联网嵌入技术将电气火灾监控信号（探测信号）接入已有电站网络视频监控系统，借助视频服务器联动进行火灾预警、报警的方法，实现视频监控终端快速视频定位，并声光报警，及时发现消除事故隐患，避免火灾发生。
完善光伏电站配电装置、主变压器设有防直击雷保护及的继电保护装置，并采取安全接地等措施，预防因雷击引发火灾事故。
5 落实消防安全职责，改善光伏电站消防监管
按照《消防法》建设运行单位作为电站消防安全责任人，督促施工单位在施工期间建立现场消防安全责任管理制度，确定消防安全责任人，制定用火、用电、使用易燃易爆材料等各项消防安全管理制度和操作规程，配备消防设施和灭火器材，并在施工现场入口处设置明显标志，对施工人员进行岗前安全培训，增强消防安全意识。投入运行，应进一步明确消防安全管理人，建立健全消防安全管理责任制度，制定火灾扑救应急预案，定人定岗定责，落实值班人员消防技能培训和消防设施定期维护保养检测和电气设备消防检测制度，做到会处置火灾报警和扑救初期火灾。
公安消防机构依法履行消防监管职责，重点督促运行单位依法落实消防安全职责，检查消防设施是否运行正常，整治电站建筑采用彩钢板修建，消防设施瘫痪等突出违法行为。
光伏电站作为一个新兴绿色能源产业，在我国已处在一个全面发展阶段，对其生产运行当中所面临的消防安全问题的研究认识还存在一定的不足，特别是针对高原地区的地域气候特点，对其相关的消防安全防护措施还需要进一步深入研究，需要结合火灾案例去进一步分析引发火灾事故的隐患和原因，提出更为有效的技术保障和安全管理措施，逐步提高光伏电站安全生产和运行的消防防范工作。
参考文献
［1］ GB 50229—2006.
［2］ GB 50016—2006.
［3］ GB 50797—2012.
［4］ GB 50116—2013.
［5］ 王哲，刘莉敏，刘璇璇，等.基于感温电缆光伏电站火灾预警方法研究，太阳能，2014，（1）.
［6］ 苏明涛.光伏电站火灾危险性分析及防火对策.消防技术与产品信息，2013，（8）.