基于泛能微網的電-氣-儲能互補分布式能源LPG加氣站安全評價

勞 敏，戴 澐

（1.上海市特種設備監督檢驗技術研究院，上海 200062；2.上海市安全生產科學研究所，上海 200233）

在節能減排、綠色發展理念的引導下，我國近幾年的新能源汽車得到了高速發展。但是新能源汽車基礎配套設施布局不足，限制了新能源汽車的大規模推廣和發展。對于電動汽車來說，現有建成的各類充電設施多基于電網供電方式，大部分依靠原有的燃煤發電供給的電網輸配電，與綠色環保發展要求不吻合。在加氣站布置充電樁，使傳統的加氣站既能給汽車加燃氣又能給電動車充電，同時在加氣站進行分布式光伏發電，采用泛能微網+可再生能源+清潔能源是最理想的解決方案。在加氣站設置充電設施和光伏發電設施的前提條件是確保安全，本文對泛能微網的電-氣-儲能互補分布式能源LPG加氣站進行安全評價，在對加氣站的危險源進行辨識的基礎上采用合適的方法來評價加氣站，提出針對性的安全對策措施，為泛能微網的電-氣-儲能互補分布式能源LPG加氣站的安全管理提供科學依據。

1 分布式能源加氣站基本情況

1.1 概況

泛能微網的電-氣-儲能互補分布式能源LPG加氣站的站區分為LPG工藝區、LPG加氣區、微燃機分布式供能工藝區、光伏發電系統布置區、電動汽車充電區、輔助生產區等區域。

LPG工藝區設1臺30m3的LPG埋地儲罐、1根放散管（儲罐上）、2臺LPG螺桿泵、1個LPG卸車點、1個LPG卸車停車位等、LPG水浴式氣化器1臺。

LPG加氣區設247.8m2加氣罩棚，罩棚下設一座加氣島，加氣島上設置1臺LPG加氣機。

微燃機分布式供能工藝區設置100kW的微燃機1臺、9m3熱水儲水箱1臺。

光伏發電系統布置區：在加氣作業區之外布置光伏組件。分別在站房屋面、電動汽車充電區車棚頂部、南側通道頂部安裝光伏組件，共布置290塊光伏組件，安裝容量101.5kW。所有的光伏發電板均布置在LPG加氣站加氣作業區以外的安全區域。

電動汽車充電區設置8個充電停車位，設置4臺功率為7kW的交流充電樁，2臺功率為60kW的直流一體式充電樁。

輔助生產區設置有站房，站房內布置儲能系統、泛能微網智慧管理平臺、配電間、值班室、控制室等。

1.2 工藝

（1）LPG工藝流程。液化石油氣槽車的卸液采用LPG雙螺桿泵卸液工藝，將槽車內的液態液化石油氣卸入儲罐。將儲存在儲罐內的液化石油氣通過LPG雙螺桿泵輸送至加氣機，通過加氣機向汽車加氣。設有微燃機1臺，自備發電供應加氣站需求，為保證微燃機用氣，從LPG儲罐引一路LPG氣化后給微燃機使用。

（2）微電網系統工藝。分布式能源作為與用戶端聯系密切的能源綜合利用系統，不僅能夠自主運行，而且能夠并網運行[1]。本項目中的微電網組成部分包括光伏發電系統、微燃機發電系統、儲能系統、充電系統和信息管理系統。在LPG加氣站進行光伏發電，向儲能電池充電和充電系統供電。微燃機系統利用LPG進行發電，作為光伏發電的備份和補充，安全穩定地提供充足的電力供應；儲能系統由儲能電池組、開關柜、變流器組成，儲能電池組所發電量經過電池控制柜、變流器逆變后接入微電網。分布式能源LPG加氣站微型電源工作形式有電壓源工作狀態或電流源工作狀態，調整兩種狀態的能量管理系統和分布式能源LPG加氣站電氣控制系統的功率輸出，能夠穩定微電網與配電網的功率。

（3）自動控制和儀表工藝。自控控制和儀表系統包括：LPG雙螺桿泵控制系統、加氣機收費管理系統、工藝管道控制系統、可燃氣體報警控制系統。工藝管道控制系統實現LPG工藝所需參數的實時檢測、采集、顯示、報警和控制功能，并對重要設備進行連鎖控制。可燃氣體報警控制系統對站內的LPG泄漏進行實時檢測，并實現必要的連鎖控制，主要由可燃氣體報警控制器和探測器組成。可燃氣體報警探測器安裝在用氣設備附近、法蘭連接處、閥門組和泄漏源處。泵撬、加氣機、卸車點設置探測器，且保證探測器周圍不小于0.3m的凈空。

1.3 危險性分析

LPG是一種低碳烴類化合物的混合物，其成分主要包括丁烯、丙烯、丙烷、丁烷，具有閃點低、點火能量小的特點，爆炸范圍在1.5%～9.5%左右，如泄漏在空氣中容易氣化，形成爆炸性混合氣體，一旦遇到點火源則會產生燃燒爆炸事故。

直流熔斷器如果接線時不符合規范要求，則不能有效保護其他的電氣元件，當電路中發生異常電流時，直流熔斷器會起火。逆變器設計的是負極接地，在電池組件正極和接地系統中將存在高壓，進而增加觸電事故發生的概率；如果存在接地故障，則將通過接地線產生故障電流或者電弧放電，進而導致火災。直流匯流箱到直流配電柜的高壓電纜，若絕緣層破損或電流過載，會造成火災事故。使用鉛碳電池進行儲能，在充放電過程中會釋放氫氣，有一定危險性。

2 安全評價

根據危險性分析，泛能微網的電-氣-儲能互補分布式能源LPG加氣站的主要風險是火災、爆炸和觸電。對于火災、爆炸事故后果，采用危險度評價法對分布式能源LPG加氣站儲罐進行定量評價，判斷加氣站的危險等級；對于觸電事故的評價，選擇預先危險性分析方法來對分布式能源LPG加氣站的微電網系統觸電事故進行定性評價。

2.1 危險度評價

危險度評價法是分析評價系統或者單元中的“介質、容量、溫度、壓力和操作”等5個方面對系統或者單元進行危險度的取值（表1），由累計分值來確定系統或者單元的評價危險度。

表1 危險度評價取值表

如果分數超過16分，被判定為Ⅰ等級，即高度危險；如果分數處于11～15分范圍，被判定為Ⅱ等級，即中度危險；如果分數在10分以內，則被判定為Ⅲ等級，即低度危險。

泛能微網的電-氣-儲能互補分布式能源LPG加氣站的介質LPG為液化烴液體，物質評分為10；LPG儲罐的容積為30m3，容量評分為2；加氣站的LPG在低于250℃時使用，溫度評分0；LPG儲罐的使用壓力1.6MPa，壓力評分2；對汽車進行LPG加氣操作有一定危險性操作，評分為2；總分16，等級為Ⅰ級，高度危險。

3.2 預先危險性評價

所謂預先危險性分析，具體來說是當某項工程活動或生產活動開始前，針對系統中的危險有害因素、出現條件、造成的后果開展預先性分析，從而制定出有效的安全策略，以及判定危險性等級。將系統劃分成若干子系統（單元），按照單元使用的物質、工藝和設備，對能造成人員傷亡、物質損失和生產裝置不能正常運行的各種危險進行分析、評價危險等級，提出整改措施。

（1）為了在采取措施時有先后次序和輕重緩急，對識別出的危險因素，按可能導致后果的嚴重程度劃分四個等級：

①危險等級1（安全的）：即可以忽略不去考慮的。

②危險等級2（臨界的）：系統內存在事故隱患，不會馬上引起人員傷亡和設備損失，應采取預防或整改措施。

③危險等級3（危險的）：可能會發生事故，使周圍的人員受傷或死亡以及設備破壞，應立即停產進行整改，采取本職安全的控制措施。

④危險等級4（破壞的）：會導致災難性事故，應馬上排除。

（2）微電網系統的預先危險性評價為潛在觸電事故，主要的危險有害因素有：逆變器、微燃機、配電柜、充電設備、儲能變流器、直流熔斷器等電氣設備。形成事故的原因事件有：

①電氣設備漏電、絕緣損壞、老化。

②用電設備未設置漏電保護裝置。

③臨時用電線路不符安全要求。

④保護接地、接零不當。

⑤設備外殼帶電。

⑥電氣設備設計不合理、安裝工藝不規范。

⑦電氣安全凈距離不夠。

⑧配電室缺少安全標志和警示標志，非專業人員進入配電室進行電工作業。

（3）觸發事件為：

①操作、維修人員未采取個體防護措施直接接觸帶電體。

②局部放電發生電擊穿。

③通過人體的電流超過50mA。

④檢修設備時未使用安全用具。

⑤人員觸電后采取的措施和醫療救護不當。可能會造成人員傷亡的事故后果，一次你危險等級屬于Ⅲ級（危險的）。

（4）對此，需考慮以下安全技術手段：

①根據電氣設備的使用環境選擇相應的設備電氣絕緣等級，安裝使用后應定期維保和檢查、使電氣設備能夠正常使用。

②對帶電的電氣元件設置密閉隔離安全防護措施，防止人體接觸帶電體。

③設置漏電保護裝置；電氣設備做好保護接地和接零。

④檢修設備時須使用低壓安全電壓燈具，并有專人安全監護。

⑤健全并嚴格執行電氣安全規章制度和電氣操作規程。

⑥加強對作業現場電氣線路、設備等的安全巡視檢查、定期檢查和梅雨季節等特殊天氣的專項安全檢查。

⑦配電室設置安全標志和警示標志。采取安全措施后預計危險等級屬于Ⅱ級（臨界的）。

4 安全對策措施

分布式能源LPG加氣站的平面布置、建構筑物、工藝及設施、消防設施等應符合《汽車加油加氣加氫站技術標準》GB 50156—2021的要求。充電裝置和光伏發電裝置的電氣設備不應布置在爆炸危險區域內，與LPG加氣站的儲罐、加氣機應保持一定的安全間距。分布式能源LPG加氣站劃分爆炸危險區域，區域內的電氣設備型號的選擇、裝配、埋設等施工安裝應按照《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB 50058和《危險場所電氣防爆安全規范》AQ 3009的要求進行，安裝完畢后滿足整體防爆的要求，并定期進行防爆檢查。站內需要配備完善的設備儀器，包括可燃氣體檢測器、儲罐需設置液位計、壓力表和溫度計和液位上、下限報警裝置。

光伏發電板應位于爆炸危險區域加3m以外的范圍，凈空高度為5.5m以上；鉛碳電池間頂部采取措施防止氫氣積聚的措施；微燃機的泄爆方向應為向上；光伏系統設備的布置和安裝位置不能不留間隙，應保持一定的安全間距。暴露的帶電部位應采取必需的隔離或者防護安全技術措施來確保操作者的安全。

5 結束語

綜上所述，得出以下幾點結論：

1）基于泛能微網的電-氣-儲能互補分布式能源LPG加氣站危險有害因素是火災、其他爆炸、觸電等。主要危險因素存在于LPG儲罐、卸液裝置、加氣中儲存、輸送易燃、易爆物品的部位以及光伏板和充電樁等部位。

2）應重視的安全對策措施為爆炸危險區域內的電氣設備，應采用符合要求的防爆電器設備；站內嚴禁明火和可能產生火花的操作。

3）基于泛能微網的電-氣-儲能互補分布式能源LPG加氣站的總平面布置、設備設施的布置、微電網系統布置應考慮與外部周邊環境的安全距離以及站內建構筑物只見的防火間距；安全對策措施應考慮發生事故后的影響區域。