分布式光伏發電系統火災風險評估與消防應急預案研究

摘要：近年來，隨著可再生能源的快速發展，分布式光伏發電系統得到了廣泛應用。然而，由于系統設計、安裝、維護不當以及設備質量問題，光伏系統火災的風險逐漸顯現。本文從火災發生的主要原因入手，構建火災風險評估模型，并通過風險評估結果分析系統的火災隱患。本文提出了一套分布式光伏發電系統的消防應急預案，并對系統火災風險控制提出了具體建議。本文的研究旨在提高光伏系統的安全性，減少火災風險，保障光伏發電系統的長期穩定運行。

關鍵詞：分布式光伏發電系統；火災風險評估；消防應急預案

引言

分布式光伏發電系統作為一種清潔能源技術，具有能量來源豐富、應用靈活等特點，已廣泛應用于工商業及住宅領域。然而，隨著其規模的擴大和應用的普及，光伏發電系統的火災風險日益突出。光伏系統的火災主要源于設備故障、設計缺陷、安裝不當以及系統維護不足，給安全生產和財產安全帶來了巨大威脅。因此，科學評估光伏系統的火災風險并制定相應的消防應急預案對于確保光伏系統的安全運行至關重要。

一、分布式光伏發電系統火災風險評估

（一）光伏系統火災的主要原因

1.組件質量問題

若在光伏組件的生產與安裝環節缺失嚴苛的質量監管，可能出現材料老化、密封失效、電氣連接不穩固等缺陷。這些缺陷會導致電氣故障，并有可能觸發火災事故。

2.接線故障

在光伏系統中，隨著時間的推移，電纜可能會發生老化現象，進而導致電氣連接出現松動情況。當系統在運行過程中，若電流超出額定容量或者電纜的絕緣層出現破損，便可能產生電弧或者短路，進而可能誘發火災。

3.逆變器故障

逆變器是實現直流至交流電能轉換的關鍵裝置，若其設計存在缺陷、安裝不規范或長期運行導致內部組件老化，可能出現短路或過熱的風險，從而誘發火災事故。

4.外部環境因素

高溫環境會加速設備老化，雷擊等極端天氣可能直接損壞組件或逆變器，增加火災風險。

（二）火災風險評估模型

火災風險評估模型是一種用于量化光伏發電系統中火災隱患的工具，通常結合定性和定量分析方法，幫助識別和評估可能的風險源。常用的火災風險評估模型基于風險公式：

R=P×C

其中，R表示火災風險，P表示火災發生的概率，C表示火災導致的后果（包括經濟損失、人員傷亡、環境破壞等）。該模型可以幫助工程師和管理者根據不同火災場景的可能性和潛在損害程度來衡量系統的總體風險。

在光伏系統的風險評估過程中，需考慮多個因素，如光伏組件的質量、系統設計、安裝質量、維護頻率、外部環境因素等。通過對各個子系統（如光伏組件、逆變器、電纜）進行分項評估，確定其發生故障的概率P及故障后的影響程度C。火災風險評估模型還可以通過歷史數據、故障記錄和環境影響分析等進行校正，形成更為精確的火災預測工具^[1]。

（三）火災風險評估結果

通過對某光伏發電系統進行火災風險評估，分析其各子系統的火災發生概率和潛在后果。結果顯示，接線故障和組件質量問題是導致火災的主要風險源，其風險值相對較高。逆變器故障次之，而外部環境因素雖然影響較大，但發生概率較低。評估結果為后續消防應急預案的制定提供了依據，如表1。

二、分布式光伏發電系統的消防應急預案

（一）火災監控系統建設

在光伏發電系統中，火災監控機制扮演著至關重要的角色，它是應對緊急情況的關鍵技術。為了及時識別火災風險，必須構建一個綜合監控平臺，整合煙霧、溫度、電弧以及故障電流的檢測技術。在光伏發電系統中，關鍵位置如逆變器房和電氣柜周圍應安裝煙霧探測器。為了確保能在火災初期及時啟動報警機制，必須確保煙霧濃度變化的檢測閾值被設定在003%/m，以達到對反應靈敏度的精確控制。在光伏組件與逆變器的關鍵區域，應優先部署溫度傳感設備，以確保溫度監控的閾值設定為85℃，一旦溫度超過此界限，即刻激活報警機制。

在接線和電纜密集的場所，電弧檢測設備的正確安裝顯得尤為關鍵。必須確保裝置能夠實時監測到1ms以內產生的電弧現象，并能夠即刻實施相應的動作。系統運行的優化依賴監控更新頻率的控制在每秒一次以內，這確保了數據的及時搜集與迅速處理，顯著提升了火災預防與控制的時間效率，如表2。

（二）人員培訓和演練

在光伏發電系統火災應對中，人員的消防意識和應急處理能力是確保有效性的關鍵因素之一。針對從事光伏系統相關工作的人員，開展的系統化訓練應全面涉及操作、維護及管理層面。涉及培訓的項目涵蓋了火災監控系統的辨識與應用、緊急斷電開關的準確操作以及應急疏散路徑的熟知。每次進行的培訓課程，連續時間須不少于四小時，以保證各關鍵職能人員能夠精確、熟練地控制緊急設備的操作。至少每半年應舉行一次模擬演練，涉及各類火災事件，如組件火災和逆變器短路等情況，以確保應對措施的實效性。在緊急狀況下，從接到火警通知到執行斷電措施，參與人員需要在30秒內完成任務，確保疏散演練中所有人員撤離完畢不超過3分鐘，以保障安全^[2]。

（三）緊急斷電措施

在火災發生過程中，光伏發電系統的電流持續流動特性，顯著提升了火災救援的復雜性，并可能促進火勢快速擴散。控制火災蔓延，關鍵在于實施緊急的斷電作業。針對光伏系統，應配備自動及手動斷電設施，以達成既定目標。自動斷電系統中裝備有煙霧探測和溫度傳感等裝置，這些裝置負責實時監控運行狀態，一旦發現火情或設備故障，即刻執行斷電程序。在火災警報觸發時，要求該系統能在5秒內完成斷電操作，確保光伏裝置與電網快速分離，以防火勢進一步蔓延。

自動斷電系統的高效聯動依賴多種傳感器的協同工作，其目的在于對火災的早期征兆進行快速識別并作出響應。手動斷電機制作為自動系統的后備方案，常設置于逆變器室及控制中心，以便人員在緊急狀況下執行手動操作。設計應使手動斷電裝置易于理解和迅捷操作，以便在緊急情況下，操作人員能夠及時地切斷電力供應。

（四）應急疏散方案

在火災發生時，制定并實施人員迅速安全轉移的計劃至關重要。在設計光伏電站的疏散計劃時，必須考慮其龐大的地面面積和設備間的布局，確保方案與站點的具體位置相吻合。在規劃緊急撤離路徑時，需兼顧太陽能板與逆變器室的布局，保障各分區至少具備兩條寬度不小于12m的逃生通道，并配備醒目的逃生指引標識。依據《建筑設計防火規范》（GB50016-2014）的要求，建筑的疏散通道需設計合理，以保障在緊急狀況下，所有人員能夠在3分鐘之內撤離至安全地帶。

三、光伏發電系統火災風險控制的建議

（一）強化火災隱患排查

對光伏發電系統而言，日常安全管理至關重要，其中火災隱患排查扮演著不可或缺的角色。火災潛在風險通常由光伏組件老化、電氣連接松弛、設備超負荷作業等因素引起。為排查潛在的火災風險，要確立周期性的審查與保養流程，特別針對光伏板、逆變器、電纜等關鍵設施，實施細致審查。對季度性的光伏系統安全進行深入排查，尤其是利用紅外線技術對電氣連接點的溫度進行監測，以確認電纜接頭無異常熱量增加。研究數據表明，溫度上升超過20%，往往預示著火災隱患的初步跡象，應對溫度波動異常區域實施重點監控與維護。采用電弧檢測設備對運行中的電纜系統進行實時監控，以便及時發現并處理電弧現象。在光伏系統廣泛部署背景下，電纜使用增多，電弧現象成為觸發電氣火災的關鍵因素之一，開展針對性的電弧隱患檢查，對于預防火災發生具有至關重要的意義。

（二）提高設備質量與安裝標準

在光伏發電系統的安全領域，設備品質是構筑火災預防機制的根本，優選設備可有效降低故障頻發率，同時將火災發生概率降至最低。對光伏系統設備的質量控制，應在采購環節嚴格把關。在選擇光伏模塊和電氣裝備時，需滿足國際與國內的規范要求，保證其具備高溫耐受性、抗腐蝕能力及優秀的電性能。為了保證光伏組件在高溫環境下能夠持續穩定地運行，必須對其耐高溫特性進行權威認證。在實施安裝程序時，嚴格依照預設的標準化指導原則和條例進行操作。在進行系統設計時，應依據負載需求來合理挑選電纜規格，選用不當的較小截面，可能引發電流負荷過高的問題，而過大規格的電纜可能造成不必要的成本增加。

逆變器作為關鍵系統組件，其安裝位置及散熱設計對整個設備的穩定運行至關重要。長時間工作會生成大量熱量，若散熱不充分，可能導致設備發生過熱問題。在安裝過程中，應保證逆變器附近擁有充分的散熱區域，同時防止陽光直接照射，確保通風狀況良好。在系統運行過程中，安裝于各處的設備須接受定期的審查。對于存在缺陷的機械設施，進行及時的檢修作業，是有效降低火災發生概率的決定性因素。

（三）消防應急技術的應用

光伏發電系統的廣泛應用使傳統消防技術難以全面應對其特有的火災安全隱患。在消防領域，對尖端應急技術的普及顯得至關重要。首先，安裝自動化的消防監督裝置，該系統采用煙霧識別、溫度感應和電弧偵測等高新技術，達成對潛在火災風險的持續監控。當檢測到火災的初步征兆時，系統能夠自動執行報警并啟動對應的滅火行動。自動滅火系統融合了氣體滅火和水基滅火裝置兩種技術，能夠在檢測到高溫或電弧時，迅速啟動相應的滅火機制，從而有效地遏制火災擴散。

在光伏系統領域，無人機技術的發展對消防監控起到了至關重要的作用。它能夠對廣袤的光伏電站進行定期巡查，利用紅外攝像機監測設備溫度變化，從而及時識別出潛在的火災風險。無人機能夠抵達人工難以到達的區域，其巡檢速度快、效率高，從而顯著提高消防應急響應效率。推廣數字化管理系統，可顯著增強消防應急技術應用效果。通過建立智能監控平臺，實時監控光伏系統運行數據，并對設備狀態進行大數據分析，以便及時發現異常趨勢并提前預警^[3]。

結語

分布式光伏發電系統作為綠色能源的代表，其安全問題日益引起人們的關注。本文通過火災風險評估模型，深入分析了光伏系統的火災隱患，并提出了相應的消防應急預案。通過加強設備質量控制、強化隱患排查和推廣消防應急技術，可以有效減少光伏發電系統的火災風險，保障系統長期穩定運行。

參考文獻

[1]譚濤.化工園區分布式光伏發電全生命周期安全體系研究[J].江蘇科技信息，2023，40（06）：61-65.

[2]熊楠.加油站分布式光伏發電系統的安全風險及防范[J].石油庫與加油站，2022，31（02）：26-29.

[3]高成.分布式光伏發電項目建設中的安全管理研究[J].自動化應用，2017（01）：1-2.

作者簡介：李虎（1986— ），男，漢族，甘肅敦煌人，專科，助理工程師，研究方向：光伏發電。