對儲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，儲能作為新能源行業(yè)的新起之星，已在部分區(qū)域內建立儲能電站，為了確保其能夠安全穩(wěn)定地運行，運維人員需定期對其進行檢測解析。該文主要介紹了系列檢測的內容與方法，檢測對象可能會引起的危害和如何抑制其產生的解決方法。儲能電站作為多能源互補的重要角色之一，它主要應用于解決棄光棄風問題、實現(xiàn)調峰調頻的電網側服務和工商業(yè)峰谷套利等盈利模式，因此保持高效率及安全運行對系統(tǒng)的經濟性和穩(wěn)定性至關重要。

關鍵詞：儲能系統(tǒng);安全性;檢測

中圖分類號：TM91 ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

目前，全球能源緊缺，新能源產業(yè)的發(fā)展勢在必行，其中，光伏電站與風力電站是新能源電站中的新寵，但其發(fā)電具有時段性，無法提供穩(wěn)定的電力輸出，如果二者在局部區(qū)域建設規(guī)模過大，并網時會給電網的安全穩(wěn)定運行帶來巨大的影響，儲能電站能夠提升配電網對分布式電源的接納能力，穩(wěn)定電網末端節(jié)點電壓水平，并可作為電網故障或檢修時的備用電源，在智能電網建設的變用電環(huán)節(jié)中發(fā)揮巨大作用。在用戶側也能在作為備用電源的同時，實現(xiàn)峰谷套利的經濟使用價值，因此儲能電站的安全性穩(wěn)定性對系統(tǒng)的經濟性意義重大。

1 儲能電站檢測內容

此次對該公司一示范儲能電站系統(tǒng)項目進行多方面的檢測（該文統(tǒng)稱A項目），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。根據其檢測數據分析儲能系統(tǒng)的安全性，保證儲能系統(tǒng)能夠正常運行。

2 形式檢測

2.1 設備一致性及銘牌檢測

此項檢測內容主要是檢查PCS和EMS的型號規(guī)格、磷酸鐵鋰電池的容量及數量是否一致，檢查各個設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標識與更換，以確保安全運檢降低器件不可識別帶來的運維壓力。A項目經檢查均完好。

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系到運行人員及檢修人員的人身安全，但土壤會腐蝕接地裝置，增大接地電阻，因此需要定期檢測。

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

注意事項：

（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，測試線不能交錯在一起，會影響測試精度。

按照圖1連接好測試線后，在儀器上進行操作，進入接地電阻測試模式，按下“TEST”鍵，數據出現(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的連接是否完好或檢測接地點環(huán)境阻值是否變大。此時可通過排查修復接地點、增加接地極或者在接地極處更換土壤，填充降阻劑使其達到安全設計標準。接地阻值過大時，系統(tǒng)會在受直擊雷或感應雷影響時不能及時泄流，對電氣設備造成破壞引起系統(tǒng)不安全運行或系統(tǒng)出現(xiàn)漏電等故障是亦可能對運檢人員造成安全隱患。

此次A項目檢測接地電阻的數值為0.19Ω，變壓器集裝箱接地電阻的數值為0.4 Ω，遠遠小于國際標準。

3.2 應急系統(tǒng)及暖通系統(tǒng)檢測

檢查集裝箱內應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急狀態(tài)下正常工作。逃生門是否可以自動彈開，若不可則配合廠家運維檢修。應急系統(tǒng)在緊急狀況下確保運檢人員的人身安全至關重要。

A項目經檢查，應急燈與逃生門均可在應急狀態(tài)正常工作。

電氣設備艙排風系統(tǒng)性能檢測，系統(tǒng)停機在設備艙放置加熱器給設備艙升溫，檢測溫感與排風風機的聯(lián)動性。其可避免電氣設備在過高溫狀態(tài)下長期運行，可確保電氣設備安全運行并延長其壽命，降低過負荷運行造成安全隱患的風險。

電池艙空調系統(tǒng)性能檢測，斷開消防設備與電池簇，模擬電池高溫信號給BMS、環(huán)境高溫、低溫及環(huán)境高濕度，看空調是否能做出準確的動作。溫控系統(tǒng)對電池的安全運行提供至關重要的環(huán)境，若其不能在對應的環(huán)境測試中通過，則需先排查對應的傳感器再排查空調本身的性能是否正常。

暖通系統(tǒng)的正常運行，有利于系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)下安全運行，也可保證系統(tǒng)充放電效率達到最優(yōu)，同時降低安全風險。

3.3 電氣設備及線路異常溫升點檢查

電氣設備及線路異常溫升，易導致設備損壞，產生火災隱患。檢測電氣設備和線纜溫升，針對異常處進行器件（線纜）檢修或更換，消除項目隱患。圖2為該檢測項目使用的儀器。

通常我們使用的儀器是熱成像儀進行檢測，首先調整焦距，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)，獲得檢測數據并與器件（線纜）正常運行是的熱量計算值對比，驗證其是否存在異常溫升。A項目經檢測未發(fā)現(xiàn)異常。

3.4 消防聯(lián)動系統(tǒng)檢測

消防聯(lián)動系統(tǒng)在整個電站安全問題上有著至關重要的位置。

該項目消防系統(tǒng)的保護區(qū)均設兩路獨立探測回路，一路來自煙感，另一路來自溫感。當報警控制器收到煙感發(fā)出的報警信號時，報警控制器發(fā)出聲光報警，保護區(qū)現(xiàn)場警鈴報警（提醒人員確認火災真實性）;當溫感發(fā)出火災信號時，報警控制器進入延時階段，聲光報警器報警和聯(lián)動設備動作（切斷主回路）。延時過后，下達滅火指令，同時控制器收到反饋信號，控制面板噴放指示燈亮。當報警控制器處于自動狀態(tài)則自動噴灑;若處于手動狀態(tài)則只報警不動作，等待人員確認后，按下控制面板的應急啟動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，完成一個流程觀察是否正常即可，如果哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題則進行維修或更換。A項目經檢測，消防聯(lián)動系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。

當電站系統(tǒng)發(fā)生消防火情時，消防系統(tǒng)安全運行可及時抑制火情、減少設備損壞及人員傷亡，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：電池物理參數實時監(jiān)測;電池狀態(tài)估計;在線診斷與預警;充、放電與預充控制;均衡管理和熱管理等。

對A項目系統(tǒng)中六串電池組各抽查一個模組和相對應的從控進行模擬過壓、欠壓、過流和溫度異常實驗測試。

系統(tǒng)過壓模擬測試：首先給每個模組的三個采樣點施加3.2-3.7V的模擬電壓信號。當模擬信號電壓升至3.4V時BMS人機界面與EMS系統(tǒng)均產生一級過壓告警，當模擬信號電壓升至3.5V時BMS人機界面與EMS系統(tǒng)均產生二級過壓告警并且BMS做出對電池組禁充指令，當模擬信號電壓升至3.6V時BMS人機界面與EMS系統(tǒng)均產生三級過壓告警并EMS發(fā)出指令使高壓箱接觸器斷開。

系統(tǒng)欠壓模擬測試：首先給每個模組的3個采樣點施加2.7 V～3.2 V的模擬電壓信號。當模擬信號電壓降至3.0 V時BMS人機界面與EMS系統(tǒng)均產生一級欠壓告警，當模擬信號電壓降至2.9 V時BMS人機界面與EMS系統(tǒng)均產生二級欠壓告警并且BMS做出對電池組禁放指令。

系統(tǒng)過流模擬測試：首先給每個模組模擬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界面產生告警并且做出相應的動作，立馬斷開高壓箱中的接觸器，系統(tǒng)處于停機狀態(tài)。

系統(tǒng)溫度異常模擬測試：需先將消防控制器從自動切換成手動避免出現(xiàn)誤動作，設置初步溫度為25℃，可見風扇與空調并無動作;當溫度提高到30℃時，BMS傳遞信號使風扇開始運轉，在保持較高的經濟效益的前提下，使電池處于最優(yōu)的工作環(huán)境;當溫度提升至35℃時，EMS系統(tǒng)下達命令，空調開始運轉使箱內溫度迅速降低，當溫度慢慢上升至65℃時，發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)的電池組全部停止工作，這種運行機制能夠比較完好的保障整個電站的安全運行。

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

A項目該檢測內容經檢查后發(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)效率在整個電站的經濟效益中占據了主導地位，我們需要總結并優(yōu)化眾多因素，才能大幅度提高系統(tǒng)效率，達到節(jié)能降耗、提高經濟效益的目的。

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=電池直流轉換效率。

η線損=線路損耗百分比。

C站用電=箱內用電設備電量。

我們以影響系統(tǒng)效率的三個主要因素分析。

4.1 儲能變流器效率因素

給儲能變流器做一個模擬實驗，根據數據分析其效率，對比出產效率分析：1）半導體的開關損耗和導通損耗;2）磁性元器件的鐵損和磁損。可排結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，能夠較好地提升逆變器自身的效率。

A項目因運行時間僅1年，經檢測各項數據均正常。

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，對比產品手冊衰減，查看其衰減是否超出預期。反向排查起因，是否因運行策略、環(huán)境溫度、電池一致性等因素引起。

若因運行策略引起，則合理調整運行策略;若因環(huán)境溫度引起，則排查暖通系統(tǒng)運行策略，確保其在合理環(huán)境溫度下運行;最后整理電池一致性，對比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項目并網運行系統(tǒng)效率為88.50%，運行一年多后檢測系統(tǒng)效率為85.91%，經電池重組后測試系統(tǒng)效率為86.83%。若運行時間久則該整改措施效果會更加顯著。

4.3 能量管控

集裝箱內有空調、照明用電設備，調整合適的空調溫度以及進出隨手開關燈都會影響系統(tǒng)放電量的多少，在確保系統(tǒng)安全合理地運行過程中，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目經濟產出，如何確保系統(tǒng)高效率亦是項目管理的重中之重。

5 結論

通過完成對A儲能系統(tǒng)項目的形式、安全和系統(tǒng)性能三大模塊的檢測與整改，使該項目運行更為安全穩(wěn)定，系統(tǒng)效率也大大提高，在降低項目安全風險的同時提高了項目削峰填谷的收益。

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)更具安全性與經濟性。

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、應急系統(tǒng)及暖通系統(tǒng)檢測、電氣設備及線路異常溫升點檢測、消防聯(lián)動系統(tǒng)檢測和BMS系統(tǒng)檢測。上述性能均與消防安全息息相關，其中BMS性能還與電池壽命及系統(tǒng)效率有著直接關聯(lián)，因此排查上述性能故障，確保其完好性，對系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行至關重要。

5.3 系統(tǒng)性能檢測

系統(tǒng)性能檢測主要是對電池一致性的排查，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，做好該項檢測與整改，可以對項目經濟效益產生直接且顯著的效果。

在智能微網、多能互補等產業(yè)與解決棄光棄風等問題中，儲能扮演的角色越來越重要;電站的無人值守智能化對其安全穩(wěn)定性要求也必將日益嚴格，使儲能電站系統(tǒng)檢測更顯重要。因此如何檢測使系統(tǒng)能在日常運行中更為安全穩(wěn)定，更具經濟性是我們該去學習與總結的重要課題。

參考文獻

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