淺談儲(chǔ)能電站安全生產(chǎn)隱患

（遼寧電力勘測設(shè)計(jì)院 遼寧沈陽 110179）

1． 前言

目前全國風(fēng)電每年總的棄風(fēng)量約占發(fā)電總量的30%左右。這其中，由于調(diào)度引起的棄電占一小部分，大部分是由風(fēng)電不穩(wěn)定因素造成的。解決這些問題的根本出路在于提高風(fēng)電運(yùn)行質(zhì)量。目前比較一致的意見是發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)，建設(shè)儲(chǔ)能型風(fēng)電場。儲(chǔ)能系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)吸收能量并適時(shí)釋放的特點(diǎn)，能有效彌補(bǔ)風(fēng)電的間歇性、波動(dòng)性缺點(diǎn)，改善風(fēng)電場輸出功率的可控性，提升穩(wěn)定水平。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)的合理配置還能有效增強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力、增大電力系統(tǒng)的風(fēng)電穿透功率極限、改善電能質(zhì)量及優(yōu)化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。這樣，電網(wǎng)系統(tǒng)受風(fēng)電并網(wǎng)沖擊降低，在不新增容量的情況下電網(wǎng)公司可以提高風(fēng)電上網(wǎng)電量，甚至優(yōu)先調(diào)度風(fēng)電，可以大大的增加風(fēng)能的利用率，符合國家的大力發(fā)展新能源戰(zhàn)略。因此，建設(shè)和完善儲(chǔ)能項(xiàng)目正逐漸成為發(fā)展新能源工程的又一趨勢。

安全生產(chǎn)一直是工程項(xiàng)目建設(shè)中強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)，面對(duì)正在日益壯大的新能源工程領(lǐng)域，更需要我們加強(qiáng)對(duì)新興工程建設(shè)細(xì)節(jié)的把握，從設(shè)計(jì)開始，并在建設(shè)、生產(chǎn)的全過程中認(rèn)真做好防治工作，保證人身安全和工程的正常運(yùn)行。

依據(jù)《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施“三同時(shí)”監(jiān)督管理暫行辦法》、《遼寧省建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)施監(jiān)督管理辦法》等的有關(guān)要求，為貫徹“安全第一，預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針，確保風(fēng)力發(fā)電場儲(chǔ)能項(xiàng)目投產(chǎn)后符合有關(guān)法律法規(guī)要求，安全生產(chǎn)，本文對(duì)新能源儲(chǔ)能電站生產(chǎn)過程中的相關(guān)危險(xiǎn)、有害因素進(jìn)行分析和辨識(shí)，為在設(shè)計(jì)和建設(shè)中解決儲(chǔ)能電站安全生產(chǎn)問題提供途徑。

2． 儲(chǔ)能項(xiàng)目概況

2.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)組成

儲(chǔ)能型風(fēng)電場的儲(chǔ)能系統(tǒng)一般包括蓄電池儲(chǔ)能單元、電網(wǎng)接入系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、環(huán)境控制單元等。其中，蓄電池儲(chǔ)能單元是由儲(chǔ)能電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲(chǔ)能逆變器、升壓變壓器和就地監(jiān)控系統(tǒng)及儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)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(gè)電池單元，每個(gè)單元與1臺(tái)儲(chǔ)能逆變器配套使用，行成一個(gè)獨(dú)立的單元電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。每個(gè)單元電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠獨(dú)立被儲(chǔ)能電站監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度。

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

（3）土建部分：電氣電池室或室外電池組基礎(chǔ)，及廠區(qū)有關(guān)工程。

2.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)工藝流程

風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組借助風(fēng)能所發(fā)電量經(jīng)過機(jī)組箱式變壓器，將機(jī)端電壓由0.69kV升壓至35kV后經(jīng)集電線路集電后送入升壓站35kV母線，經(jīng)主變壓器升壓至高壓側(cè)電網(wǎng)電壓，通過高壓線路送出。蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通過35kV電纜與風(fēng)電場35kV 母線相連，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量可以通過啟動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，將多余的電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能；也可將系統(tǒng)儲(chǔ)存能量通過蓄電池放電，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，整流后通過變壓器升壓至35kV，經(jīng)35kV母線送到風(fēng)電場主變壓器低壓側(cè)，經(jīng)主變壓器升壓后送入電網(wǎng)。如圖2-1所示。

圖2 -1 生產(chǎn)工藝流程圖

3. 危險(xiǎn)因素分析

根據(jù)《電力生產(chǎn)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(jī)器工具傷害、起重傷害、觸電、淹溺、灼燙、火災(zāi)、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(duì)風(fēng)電場儲(chǔ)能系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的主要危險(xiǎn)因素進(jìn)行分析。

3.1 火災(zāi)

3.1.1 變壓器火災(zāi)

繞組絕緣損毀產(chǎn)生短路（如老化、變質(zhì)、絕緣強(qiáng)度降低、焊渣或鐵磁物質(zhì)進(jìn)入變壓器、制造質(zhì)量不良等）；變壓器主絕緣擊穿（如操作不當(dāng)引起過電壓，壓器內(nèi)部發(fā)生閃絡(luò)，密封不良，雨水漏入變壓器，引線對(duì)油箱內(nèi)距離不夠等）；變壓器長期超負(fù)荷運(yùn)行，引起線圈發(fā)熱，使絕緣逐漸老化，造成匝間短路、相間短路或?qū)Φ囟搪罚蛔儔浩麒F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(shí)保護(hù)系統(tǒng)失靈或整定值調(diào)整過大，就會(huì)引起變壓器燃燒。

變壓器線圈受機(jī)械損傷或受潮引起層間、匝間或?qū)Φ囟搪罚还桎撈g絕緣老化或緊夾鐵芯的螺栓套管損壞，使鐵芯產(chǎn)生很大渦流，引起發(fā)熱而溫度升高，引發(fā)火災(zāi)。變壓器油箱、套管等滲油、漏油、儲(chǔ)油坑內(nèi)卵石粒度不滿足要求等，遇明火會(huì)導(dǎo)致燃燒事故。

3.1.2 電纜火災(zāi)

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(shè)備故障噴油引燃電纜；開關(guān)及電氣設(shè)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(qiáng)度降低，接地短路；質(zhì)量不好；受腐蝕保護(hù)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(shí)安裝時(shí)曲率半徑過小，絕緣受損鼠害，嚙齒小動(dòng)物等對(duì)電纜危害防范不力引起電纜短路等。

電纜密集區(qū)域可能因電纜散熱或隔熱情況不好引起電纜燃燒火災(zāi)；對(duì)電纜未采取隔離防火、阻燃措施；檢修、施工、運(yùn)行未嚴(yán)格遵守質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程；對(duì)易引起電纜著火的場所沒有設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警和滅火裝置。在挖掘施工中，疏于現(xiàn)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(zāi)

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(fā)生火災(zāi)爆炸的危險(xiǎn)性；蓄電池因過壓或過流導(dǎo)致設(shè)備溫度過高，形成引燃源；電池電解液溫度上升，換熱系統(tǒng)故障導(dǎo)致設(shè)備高溫運(yùn)行，如通風(fēng)道堵塞、風(fēng)扇損壞、安裝位置不當(dāng)、環(huán)境溫度過高或距離外界熱源太近，均可能導(dǎo)致蓄電池系統(tǒng)散熱不良，影響設(shè)備安全運(yùn)行，引發(fā)火災(zāi)。

3.1.4 其他火災(zāi)

斷路器連接部分接觸不良發(fā)熱、閃弧，引起弧光接地過電壓，使其相間、對(duì)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(xiǎn)因素，一旦發(fā)生短路、接地故障，雖然有良好的電氣保護(hù)，如果保護(hù)失靈，事故的后果將十分嚴(yán)重，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。

儲(chǔ)能系統(tǒng)有大量的電氣設(shè)備，如逆變器、互感器等電氣設(shè)備，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝存在缺陷、隱患或操作、維護(hù)不當(dāng)，可能引起明火最終導(dǎo)致爆炸或直接發(fā)生爆炸，爆炸產(chǎn)生的碎件可能會(huì)傷及周圍的設(shè)備或人員。庫房內(nèi)存放的可燃物若接近開關(guān)、插座和照明燈具，并通風(fēng)條件不好，都會(huì)引發(fā)火災(zāi)危險(xiǎn)。

儲(chǔ)能項(xiàng)目一般地處郊區(qū)，周邊植物意外失火可能引燃站內(nèi)設(shè)備，造成設(shè)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(zāi)和爆炸，沖擊電壓擊穿電氣設(shè)備的絕緣等可間接引起火災(zāi)和爆炸。另外，運(yùn)行人員違章操作或誤操作、設(shè)備缺陷引起的短路、堆放物質(zhì)雜亂和通風(fēng)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(huì)產(chǎn)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(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性。儲(chǔ)能裝置室內(nèi)，長期運(yùn)行電解水產(chǎn)生氫氣，室內(nèi)若通風(fēng)不暢，氫氣排除管道堵塞，致使室內(nèi)或局部密閉空間內(nèi)的氫氣達(dá)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(nèi)屋頂不夠平整，造成氫氣累積，遇明火有發(fā)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(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性。

儲(chǔ)能系統(tǒng)箱式變壓器裝置若為帶油設(shè)備，變壓器裝置內(nèi)部故障時(shí)會(huì)引起電弧加溫，有燃燒和爆炸的可能。

斷路器、CT、PT等設(shè)備連接部分接觸不良發(fā)熱、閃弧，使其對(duì)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(cè)的阻抗大大減小，會(huì)出現(xiàn)很大的短路電流，使線圈嚴(yán)重發(fā)熱甚至燒毀。嚴(yán)重時(shí)可能引起絕緣套管爆炸。

運(yùn)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(dāng)，造成泄露，其蒸汽和空氣形成爆炸性混合物，一旦達(dá)到其爆炸極限，在遇到明火、高溫、高熱等熱源時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆炸事故。

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

3.3 觸電

觸電分為電擊和電傷兩種傷害形式。

儲(chǔ)能系統(tǒng)電氣設(shè)備很多，若電氣線路、用電設(shè)備或手持移動(dòng)式電氣設(shè)備等因腐蝕、接地或接零損壞、失效、操作不當(dāng)?shù)龋蓪?dǎo)致絕緣性能降低或失效，在作業(yè)過程中都有可能引起觸電傷害。

系統(tǒng)帶有危險(xiǎn)的直流和交流電壓。而且，因?yàn)樗且环N儲(chǔ)能裝置，即使當(dāng)沒接通電源或在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，部分部件可能仍然處在帶電狀態(tài)。在打開或接觸系統(tǒng)時(shí)，若沒有穿戴好相應(yīng)護(hù)具，可能發(fā)生觸電危險(xiǎn)。

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

電氣系統(tǒng)產(chǎn)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(shè)備絕緣擊穿，發(fā)生短路故障，導(dǎo)致人員傷亡。

電纜、變壓器等電氣設(shè)備停電后，未充分放電或未掛地線就進(jìn)行作業(yè)，有可能發(fā)生觸電傷害；電流互感器正常工作時(shí)，當(dāng)二次側(cè)開路時(shí)可能會(huì)感應(yīng)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(fù)荷斷開隔離刀閘，將會(huì)引起兩相或三相弧光短路，造成設(shè)備損壞和人身傷害等事故。操作人員與帶電電氣設(shè)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(tǒng)失效未及時(shí)檢修，在雷雨季節(jié)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jié)可能導(dǎo)致廠房遭受雷擊，導(dǎo)致設(shè)備過電壓等。戶內(nèi)的電氣設(shè)備以及高壓配電設(shè)備，管理維護(hù)不當(dāng)，有可能造成觸電傷害。

3.4 中毒和窒息

電解液是儲(chǔ)能電池的重要組成部分。

若室內(nèi)溫度控制不良，使電解液發(fā)生溶質(zhì)析出現(xiàn)象，影響電池壽命。全釩液流電池電解液發(fā)生溶析現(xiàn)象時(shí)，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(duì)呼吸系統(tǒng)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(xiàn)眼燒灼感、流淚、咽癢、干咳、胸悶、全身不適、倦怠等表現(xiàn)，重者出現(xiàn)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(duì)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(jī)溶劑和電解質(zhì)（鋰鹽）組成。目前電解質(zhì)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(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性，是目前主流的電解質(zhì)。可能產(chǎn)生有劇毒和腐蝕性的氟化氫（HF）氣體，對(duì)皮膚、眼睛、粘膜有強(qiáng)烈刺激作用，吸入后可引起呼吸道炎癥，肺水腫。

儲(chǔ)能裝置室可能采用制氮機(jī)對(duì)室內(nèi)產(chǎn)生氫氣進(jìn)行吹掃。吹掃系統(tǒng)主要危險(xiǎn)有害因素體現(xiàn)在的使用和維護(hù)上：在制氮機(jī)的運(yùn)行過程中，會(huì)從設(shè)備外側(cè)的氣體排放口釋放出氮?dú)狻⒁约案邼舛鹊难鯕狻Ｈ绻肓说獨(dú)庖院罂赡軙?huì)導(dǎo)致窒息，甚至?xí)?dǎo)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(huì)發(fā)生爆炸性的火災(zāi)。

在制氮機(jī)的運(yùn)行以及停止的過程中，設(shè)備（包括計(jì)測室設(shè)備）內(nèi)可能會(huì)充滿濃度非常高的氮?dú)狻Ｈ粼谥频獧C(jī)的運(yùn)行過程中沒有開通排風(fēng)扇，進(jìn)行換氣，進(jìn)入內(nèi)部以后可能會(huì)吸入氮?dú)鈱?dǎo)致窒息，甚至?xí)?dǎo)致死亡。

制氮機(jī)運(yùn)行過程中用到液態(tài)氮，若液態(tài)氮使用或保存不良，可能導(dǎo)致液氮儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏事故，并由此可能引發(fā)的低溫凍傷、中毒窒息事故。根據(jù)泄漏的程度不同，分別設(shè)定為二種情況：1）小量泄漏事故：低溫液體儲(chǔ)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(chǔ)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(fā)中毒或窒息。

3.5 灼燙

蓄電池的電解液具有酸性，對(duì)設(shè)備具有腐蝕性。若電池外殼、電解液輸送管道、儲(chǔ)液罐的材料工藝耐腐蝕性達(dá)不到要求，導(dǎo)致設(shè)備腐蝕，若長期腐蝕嚴(yán)重而使電解液發(fā)生泄漏事故，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生電解液噴濺，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，酸霧揮發(fā)導(dǎo)致整個(gè)廠房內(nèi)腐蝕性氣體擴(kuò)散，腐蝕設(shè)備；若不能及時(shí)有效的處理，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。

若運(yùn)行維護(hù)人員在正常檢修或事故情況下，未能穿防護(hù)服，帶防護(hù)手套，可能造成對(duì)人體皮膚的腐蝕，造成人員傷害。電解液若沾到皮膚上，經(jīng)過揮發(fā)由稀溶液變成濃溶液，其腐蝕性會(huì)增強(qiáng)。若不慎沾到皮膚或眼睛等，沒有及時(shí)處理，可能導(dǎo)致嚴(yán)重?zé)齻Ｆつw灼傷輕者出現(xiàn)紅斑、重者形成潰瘍，愈后癍痕收縮影響功能。濺入眼內(nèi)可造成灼傷，甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。

儲(chǔ)液罐及電解液輸送管道因外力破壞情況下發(fā)生溶液的滲漏、噴濺或涌出現(xiàn)象，可能引發(fā)環(huán)境污染，設(shè)備腐蝕，人員灼燙等。

蓄電池正常運(yùn)行，電解液長期流動(dòng)也會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，應(yīng)定期對(duì)電解液儲(chǔ)罐及輸送管道進(jìn)行維護(hù)，若維護(hù)不善可能導(dǎo)致設(shè)備因腐蝕嚴(yán)重而發(fā)生事故。

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

3.6 其他

電池系統(tǒng)測量溫度、液面等數(shù)據(jù)的傳輸線受電磁干擾等影響可能產(chǎn)生測量誤差，造成儲(chǔ)能系統(tǒng)工作不正常。

在制氮機(jī)運(yùn)行過程中，機(jī)械的周圍以及有降壓閥的周圍會(huì)產(chǎn)生噪音，可能對(duì)健康產(chǎn)生危害。

電池管理系統(tǒng)故障，如模擬量測量功能失效、電池管理系統(tǒng)報(bào)警功能失效、電池管理系統(tǒng)保護(hù)功能失效、本地運(yùn)行狀態(tài)顯示功能失效等，都有可能引發(fā)電池管理系統(tǒng)保護(hù)功能，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池或系統(tǒng)故障，引發(fā)更大的事故，導(dǎo)致電池組設(shè)備損壞等。

儲(chǔ)能電站廠房內(nèi)，應(yīng)保證環(huán)境濕度不能超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，防止電子設(shè)備因空氣濕度過大發(fā)生故障，從而造成安全生產(chǎn)事故。

除上述危險(xiǎn)因素以外，與普通風(fēng)力發(fā)電場升壓站一樣，新能源儲(chǔ)能電站在生產(chǎn)過程中，在各個(gè)相應(yīng)的生產(chǎn)場所還存在坍塌、物體打擊、高處墜落以及機(jī)器工具傷害等危險(xiǎn)因素，這里不做贅述。

4. 結(jié)論

開展風(fēng)力發(fā)電場儲(chǔ)能電站項(xiàng)目，并推動(dòng)實(shí)際工程的應(yīng)用，對(duì)提高間歇式電源接入能力的研究、提高電網(wǎng)效率、解決風(fēng)電棄風(fēng)、推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)等有重要意義。本文通過分析新能源儲(chǔ)能電站可能存在的安全生產(chǎn)隱患，可以使得項(xiàng)目在建設(shè)和生產(chǎn)過程中有的放矢采取相應(yīng)的安全措施和設(shè)計(jì)方案，保證儲(chǔ)能電站的安全生產(chǎn)，對(duì)建設(shè)和發(fā)展儲(chǔ)能電站項(xiàng)目具有一定指導(dǎo)作用。