淺談儲能電站安全生產隱患

（遼寧電力勘測設計院 遼寧沈陽 110179）

1． 前言

目前全國風電每年總的棄風量約占發電總量的30%左右。這其中，由于調度引起的棄電占一小部分，大部分是由風電不穩定因素造成的。解決這些問題的根本出路在于提高風電運行質量。目前比較一致的意見是發展儲能技術，建設儲能型風電場。儲能系統具有動態吸收能量并適時釋放的特點，能有效彌補風電的間歇性、波動性缺點，改善風電場輸出功率的可控性，提升穩定水平。此外，儲能系統的合理配置還能有效增強風電機組的低電壓穿越能力、增大電力系統的風電穿透功率極限、改善電能質量及優化系統經濟性。這樣，電網系統受風電并網沖擊降低，在不新增容量的情況下電網公司可以提高風電上網電量，甚至優先調度風電，可以大大的增加風能的利用率，符合國家的大力發展新能源戰略。因此，建設和完善儲能項目正逐漸成為發展新能源工程的又一趨勢。

安全生產一直是工程項目建設中強調的重點，面對正在日益壯大的新能源工程領域，更需要我們加強對新興工程建設細節的把握，從設計開始，并在建設、生產的全過程中認真做好防治工作，保證人身安全和工程的正常運行。

依據《中華人民共和國安全生產法》、《建設項目安全設施“三同時”監督管理暫行辦法》、《遼寧省建設項目安全設施監督管理辦法》等的有關要求，為貫徹“安全第一，預防為主、綜合治理”的安全生產方針，確保風力發電場儲能項目投產后符合有關法律法規要求，安全生產，本文對新能源儲能電站生產過程中的相關危險、有害因素進行分析和辨識，為在設計和建設中解決儲能電站安全生產問題提供途徑。

2． 儲能項目概況

2.1 儲能系統組成

儲能型風電場的儲能系統一般包括蓄電池儲能單元、電網接入系統、中央控制系統、環境控制單元等。其中，蓄電池儲能單元是由儲能電池組、電池管理系統（BMS）、儲能逆變器、升壓變壓器和就地監控系統及儲能電站監控系統等設備組成。

（1）電池部分：目前，蓄電池組多采用鋰電池或者全釩液流電池方案。將蓄電池組劃分成多個電池單元，每個單元與1臺儲能逆變器配套使用，行成一個獨立的單元電池儲能系統。每個單元電池儲能系統能夠獨立被儲能電站監控系統調度。

（2）變電部分：包括 35kV 出線設備、電氣二次部分包括中央控制系統、直流系統、消防系統。

（3）土建部分：電氣電池室或室外電池組基礎，及廠區有關工程。

2.2 儲能系統工藝流程

風電場風力發電機組借助風能所發電量經過機組箱式變壓器，將機端電壓由0.69kV升壓至35kV后經集電線路集電后送入升壓站35kV母線，經主變壓器升壓至高壓側電網電壓，通過高壓線路送出。蓄電池儲能系統通過35kV電纜與風電場35kV 母線相連，風力發電機組的發電量可以通過啟動儲能系統，對蓄電池進行充電，將多余的電能轉化成化學能；也可將系統儲存能量通過蓄電池放電，將化學能轉化成電能，整流后通過變壓器升壓至35kV，經35kV母線送到風電場主變壓器低壓側，經主變壓器升壓后送入電網。如圖2-1所示。

圖2 -1 生產工藝流程圖

3. 危險因素分析

根據《電力生產人身事故傷害分類與代碼》（DLT518-2012），將人身事故傷害共分18類：物體打擊、道路交通、機器工具傷害、起重傷害、觸電、淹溺、灼燙、火災、刺割、倒桿、高處墜落、坍塌、爆炸、受壓容器爆炸、中毒和窒息、凍傷、輻射和其他等。本文針對風電場儲能系統生產過程中的主要危險因素進行分析。

3.1 火災

3.1.1 變壓器火災

繞組絕緣損毀產生短路（如老化、變質、絕緣強度降低、焊渣或鐵磁物質進入變壓器、制造質量不良等）；變壓器主絕緣擊穿（如操作不當引起過電壓，壓器內部發生閃絡，密封不良，雨水漏入變壓器，引線對油箱內距離不夠等）；變壓器長期超負荷運行，引起線圈發熱，使絕緣逐漸老化，造成匝間短路、相間短路或對地短路；變壓器鐵芯疊裝不良、芯片間絕緣老化引起鐵損增加，從而造成變壓器過熱。如此時保護系統失靈或整定值調整過大，就會引起變壓器燃燒。

變壓器線圈受機械損傷或受潮引起層間、匝間或對地短路；硅鋼片之間絕緣老化或緊夾鐵芯的螺栓套管損壞，使鐵芯產生很大渦流，引起發熱而溫度升高，引發火災。變壓器油箱、套管等滲油、漏油、儲油坑內卵石粒度不滿足要求等，遇明火會導致燃燒事故。

3.1.2 電纜火災

外部起火引起電纜著火：如起火引燃電纜；變壓器、互感器等充油電器設備故障噴油引燃電纜；開關及電氣設備短路引火引燃電纜；施工、檢修的焊渣及可燃物燃燒引燃電纜等。

電纜本身故障引燃電纜：如電纜頭爆炸短路；電纜中間頭爆破；絕緣老化、強度降低，接地短路；質量不好；受腐蝕保護層破壞、絕緣降低；受潮或有氣泡使絕緣層擊穿短路；電纜制造時安裝時曲率半徑過小，絕緣受損鼠害，嚙齒小動物等對電纜危害防范不力引起電纜短路等。

電纜密集區域可能因電纜散熱或隔熱情況不好引起電纜燃燒火災；對電纜未采取隔離防火、阻燃措施；檢修、施工、運行未嚴格遵守質量標準和規程；對易引起電纜著火的場所沒有設置火災自動報警和滅火裝置。在挖掘施工中，疏于現場管理，野蠻施工等使電纜受到外力破壞，由于電纜絕緣損壞造成短路引燃電纜起火。

3.1.3 電池火災

蓄電池在充放電過程中外部遇明火、撞擊、雷電、短路、過充或過放等各種意外因素有發生火災爆炸的危險性；蓄電池因過壓或過流導致設備溫度過高，形成引燃源；電池電解液溫度上升，換熱系統故障導致設備高溫運行，如通風道堵塞、風扇損壞、安裝位置不當、環境溫度過高或距離外界熱源太近，均可能導致蓄電池系統散熱不良，影響設備安全運行，引發火災。

3.1.4 其他火災

斷路器連接部分接觸不良發熱、閃弧，引起弧光接地過電壓，使其相間、對地短路，甚至爆炸著火。配電裝置的容量較大，存在短路、接地的危險因素，一旦發生短路、接地故障，雖然有良好的電氣保護，如果保護失靈，事故的后果將十分嚴重，導致發生火災爆炸事故。

儲能系統有大量的電氣設備，如逆變器、互感器等電氣設備，如產品設計、制造工藝存在缺陷、隱患或操作、維護不當，可能引起明火最終導致爆炸或直接發生爆炸，爆炸產生的碎件可能會傷及周圍的設備或人員。庫房內存放的可燃物若接近開關、插座和照明燈具，并通風條件不好，都會引發火災危險。

儲能項目一般地處郊區，周邊植物意外失火可能引燃站內設備，造成設備損壞及人員傷亡。直擊雷放電的高溫電弧、二次放電、巨大的雷電流、雷球侵入可直接引起火災和爆炸，沖擊電壓擊穿電氣設備的絕緣等可間接引起火災和爆炸。另外，運行人員違章操作或誤操作、設備缺陷引起的短路、堆放物質雜亂和通風不良均有可能引起明火。

3.2 爆炸

蓄電池在充放電過程中會產生微量的氫氣，氫氣的爆炸極限4%～75.6%，范圍較大，若在局部的封閉空間聚集，有發生爆炸的危險性。儲能裝置室內，長期運行電解水產生氫氣，室內若通風不暢，氫氣排除管道堵塞，致使室內或局部密閉空間內的氫氣達到一定濃度，遇明火或靜電放電火花，可能造成爆炸事故。若室內屋頂不夠平整，造成氫氣累積，遇明火有發生爆炸的可能性。

蓄電池在充放電過程中外部遇明火、撞擊、雷電、短路、過充或過放等各種意外因素有發生爆炸的危險性。

儲能系統箱式變壓器裝置若為帶油設備，變壓器裝置內部故障時會引起電弧加溫，有燃燒和爆炸的可能。

斷路器、CT、PT等設備連接部分接觸不良發熱、閃弧，使其對地短路，容易引起瓷瓶爆炸起火。

電壓互感器二次繞組短路，二次側的阻抗大大減小，會出現很大的短路電流，使線圈嚴重發熱甚至燒毀。嚴重時可能引起絕緣套管爆炸。

運行維修期間使用的可燃油料、乙炔等屬于易燃易爆物品，以上物品由于管理、使用不當，造成泄露，其蒸汽和空氣形成爆炸性混合物，一旦達到其爆炸極限，在遇到明火、高溫、高熱等熱源時，就會發生爆炸事故。

氣焊、切割用的氧氣鋼瓶和乙炔鋼瓶應使用檢驗合格且在允許使用期限內的鋼瓶，并且鋼瓶安全附件如：安全帽、墊圈等應齊全，否則，鋼瓶受到撞擊、壓力過高可能導致鋼瓶發生爆炸。

3.3 觸電

觸電分為電擊和電傷兩種傷害形式。

儲能系統電氣設備很多，若電氣線路、用電設備或手持移動式電氣設備等因腐蝕、接地或接零損壞、失效、操作不當等，可導致絕緣性能降低或失效，在作業過程中都有可能引起觸電傷害。

系統帶有危險的直流和交流電壓。而且，因為它是一種儲能裝置，即使當沒接通電源或在系統關閉時，部分部件可能仍然處在帶電狀態。在打開或接觸系統時，若沒有穿戴好相應護具，可能發生觸電危險。

電池模塊放置的平臺、基架之間的絕緣電阻較小，絕緣不良，可能發生漏電、觸電事故。

電氣系統產生過電壓，包括操作過電壓、雷電過電壓等，均有可能引起電力、電氣設備絕緣擊穿，發生短路故障，導致人員傷亡。

電纜、變壓器等電氣設備停電后，未充分放電或未掛地線就進行作業，有可能發生觸電傷害；電流互感器正常工作時，當二次側開路時可能會感應出很高的電壓，有造成觸電傷害的可能。

人為誤操作、違章操作。如帶負荷斷開隔離刀閘，將會引起兩相或三相弧光短路，造成設備損壞和人身傷害等事故。操作人員與帶電電氣設備的裸露部分安全距離不足，可造成觸電或短路弧光燒傷。

變壓器及電纜的防雷系統失效未及時檢修，在雷雨季節，風力發電機有遭受雷擊損壞的可能。廠房接地裝置布置不合理，雷雨季節可能導致廠房遭受雷擊，導致設備過電壓等。戶內的電氣設備以及高壓配電設備，管理維護不當，有可能造成觸電傷害。

3.4 中毒和窒息

電解液是儲能電池的重要組成部分。

若室內溫度控制不良，使電解液發生溶質析出現象，影響電池壽命。全釩液流電池電解液發生溶析現象時，理論上可能析出五氧化二釩、三氧化二釩、硫的氧釩三種鹽，其中析出晶體有劇毒，工作人員在不知道的情況下有可能接觸毒物，造成中毒。該析出晶體對呼吸系統和皮膚有損害作用。急性中毒可引起鼻、咽、肺部刺激癥狀，接觸者出現眼燒灼感、流淚、咽癢、干咳、胸悶、全身不適、倦怠等表現，重者出現支氣管炎或支氣管肺炎。皮膚高濃度接觸可致皮炎，劇烈瘙癢。慢性中毒長期接觸可引起慢性支氣管炎、腎損害、視力障礙等。此外，還可能對周圍水體造成污染。

常用的鋰離子電池電解液，一般是由有機溶劑和電解質（鋰鹽）組成。目前電解質有高氯酸鋰（LiClO4）、六氟磷酸鋰（LiPF6）、四氟硼酸鋰（LIBF4）等，其中六氟磷酸鋰具有良好的導電性和電化學穩定性，是目前主流的電解質?？赡墚a生有劇毒和腐蝕性的氟化氫（HF）氣體，對皮膚、眼睛、粘膜有強烈刺激作用，吸入后可引起呼吸道炎癥，肺水腫。

儲能裝置室可能采用制氮機對室內產生氫氣進行吹掃。吹掃系統主要危險有害因素體現在的使用和維護上：在制氮機的運行過程中，會從設備外側的氣體排放口釋放出氮氣、以及高濃度的氧氣。如果吸入了氮氣以后可能會導致窒息，甚至會導致死亡，如果在氧氣濃度非常高的氣體氛圍中使用煙火，則會發生爆炸性的火災。

在制氮機的運行以及停止的過程中，設備（包括計測室設備）內可能會充滿濃度非常高的氮氣。若在制氮機的運行過程中沒有開通排風扇，進行換氣，進入內部以后可能會吸入氮氣導致窒息，甚至會導致死亡。

制氮機運行過程中用到液態氮，若液態氮使用或保存不良，可能導致液氮儲罐發生泄漏事故，并由此可能引發的低溫凍傷、中毒窒息事故。根據泄漏的程度不同，分別設定為二種情況：1）小量泄漏事故：低溫液體儲罐、管道、閥門或安全閥等安全附件由于各種原因，造成氣體輕微和少量泄漏，并且采取措施可以得到有效控制和消除。2）大量泄漏事故：低溫液體儲罐、管道、閥門或安全閥等安全附件由于各種原因，造成氣體大量泄漏，可能引發中毒或窒息。

3.5 灼燙

蓄電池的電解液具有酸性，對設備具有腐蝕性。若電池外殼、電解液輸送管道、儲液罐的材料工藝耐腐蝕性達不到要求，導致設備腐蝕，若長期腐蝕嚴重而使電解液發生泄漏事故，嚴重時發生電解液噴濺，不能及時發現，酸霧揮發導致整個廠房內腐蝕性氣體擴散，腐蝕設備；若不能及時有效的處理，導致事故擴大。

若運行維護人員在正常檢修或事故情況下，未能穿防護服，帶防護手套，可能造成對人體皮膚的腐蝕，造成人員傷害。電解液若沾到皮膚上，經過揮發由稀溶液變成濃溶液，其腐蝕性會增強。若不慎沾到皮膚或眼睛等，沒有及時處理，可能導致嚴重燒傷。皮膚灼傷輕者出現紅斑、重者形成潰瘍，愈后癍痕收縮影響功能。濺入眼內可造成灼傷，甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。

儲液罐及電解液輸送管道因外力破壞情況下發生溶液的滲漏、噴濺或涌出現象，可能引發環境污染，設備腐蝕，人員灼燙等。

蓄電池正常運行，電解液長期流動也會對設備造成腐蝕，應定期對電解液儲罐及輸送管道進行維護，若維護不善可能導致設備因腐蝕嚴重而發生事故。

在制氮機的空氣壓縮機、MS 吸附器、加熱器的周圍有高溫的部分。用手接觸可能發生燙傷。

3.6 其他

電池系統測量溫度、液面等數據的傳輸線受電磁干擾等影響可能產生測量誤差，造成儲能系統工作不正常。

在制氮機運行過程中，機械的周圍以及有降壓閥的周圍會產生噪音，可能對健康產生危害。

電池管理系統故障，如模擬量測量功能失效、電池管理系統報警功能失效、電池管理系統保護功能失效、本地運行狀態顯示功能失效等，都有可能引發電池管理系統保護功能，不能及時發現電池或系統故障，引發更大的事故，導致電池組設備損壞等。

儲能電站廠房內，應保證環境濕度不能超過國家標準規范要求，防止電子設備因空氣濕度過大發生故障，從而造成安全生產事故。

除上述危險因素以外，與普通風力發電場升壓站一樣，新能源儲能電站在生產過程中，在各個相應的生產場所還存在坍塌、物體打擊、高處墜落以及機器工具傷害等危險因素，這里不做贅述。

4. 結論

開展風力發電場儲能電站項目，并推動實際工程的應用，對提高間歇式電源接入能力的研究、提高電網效率、解決風電棄風、推進智能電網建設等有重要意義。本文通過分析新能源儲能電站可能存在的安全生產隱患，可以使得項目在建設和生產過程中有的放矢采取相應的安全措施和設計方案，保證儲能電站的安全生產，對建設和發展儲能電站項目具有一定指導作用。