淺析電站運(yùn)維技術(shù)失效列表：火災(zāi)隱患及自然災(zāi)害

據(jù)國家能源局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2018年前九個(gè)月，中國新增并網(wǎng)光伏裝機(jī)量為34．5GW，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量為165GW?！?31”光伏新政讓狂奔數(shù)年的中國光伏按下減速鍵，增量規(guī)模放緩，1．5億千瓦存量電站的運(yùn)維工作則備受關(guān)注。對于光伏電站持有者而言，追求電站的最大發(fā)電能效，達(dá)到電站的預(yù)期收益是最為核心的目標(biāo)，在光伏設(shè)備降本空間有限、效率提升難度加大的現(xiàn)實(shí)背景下，通過精細(xì)化運(yùn)維向電站要收益成為光伏系統(tǒng)持續(xù)降本增效的最快捷途徑，而達(dá)到預(yù)期收益的前提是光伏資產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。近年來，由于施工質(zhì)量缺陷、設(shè)備選型不當(dāng)、運(yùn)維管理不規(guī)范等，發(fā)生人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失的案例屢見不鮮，因此安全保障是運(yùn)維工作的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，需要通過預(yù)防性、周期性的維護(hù)、定期檢測等手段，科學(xué)合理地對運(yùn)行壽命中的電站進(jìn)行管理，以保障整個(gè)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

1、火災(zāi)隱患和防火措施

1．1 組件熱斑

熱斑現(xiàn)象是光伏發(fā)電系統(tǒng)的一種典型故障，如圖1所示，它不僅會降低系統(tǒng)的發(fā)電效率，也容易帶來安全問題，組件內(nèi)部原因形成的熱斑有組件的虛焊，它容易引起電阻增加，導(dǎo)致組件發(fā)熱。高溫下嚴(yán)重的熱斑會導(dǎo)致電池局部燒毀、焊點(diǎn)熔化、柵線毀壞、封裝材料老化等永久性損壞，局部過熱還可能導(dǎo)致玻璃破裂、背板燒穿，甚至組件自燃、發(fā)生火災(zāi)，所以熱斑一直是電站運(yùn)維過程中最受關(guān)注的問題。

電池片的漏電，會對電池的正常工作帶來影響，從而充當(dāng)負(fù)載，消耗其他正常電池的電量；二極管的可靠性差，得不到及時(shí)的旁通。另外組件其他因素，如外部遮擋和組件材料阻燃性差，都可能會引起光伏電站的起火。

預(yù)防措施可使用手持紅外熱像儀或無人機(jī)定期對光伏區(qū)的組件進(jìn)行掃描，通過測試結(jié)果對組件的質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，由于目前對熱斑溫度范圍沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，部分企業(yè)以夏季和非夏季進(jìn)行定義，如夏季，環(huán)境溫度大于35℃時(shí)，組件玻璃面的溫度大于90℃。非夏季時(shí)，玻璃面的溫度極差大于等于20℃作為熱斑判斷的標(biāo)準(zhǔn)。由于組件的正常工作溫度范圍一般在－40～＋85℃，因此，當(dāng)溫度持續(xù)超過85℃后，建議更換組件。

1．2 組件接線盒故障

接線盒承接來自組件的輸出能量，是載體和中間器，接線盒中的二極管擊穿、二極管的短路或失效、組件正負(fù)極引出線虛接、接線盒開裂是常見的問題點(diǎn)，若接線盒的密封性比較差，空氣和水汽易侵入，內(nèi)部的元器件電阻增加，加快腐蝕，最終也會導(dǎo)致燒毀。接線盒發(fā)熱可能是接觸不良或二極管失效，同時(shí)也埋下了安全隱患。二極管內(nèi)部存在反向電流，溫度每升高10℃，反向電流就會增大一倍，反向電流會減小組件產(chǎn)生的電流，影響組件的功率。所以，接線盒選型時(shí)必須具備優(yōu)良的散熱性，或作特殊的散熱設(shè)計(jì)。在日常運(yùn)維工作中，建議利用紅外熱像儀定期排查接線盒發(fā)熱問題，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)立即處理。

1．3 光伏連接器故障

光伏連接器在系統(tǒng)初始投資成本中的占比不足0．5％，但卻是光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，它確保著系統(tǒng)所發(fā)電量能夠從組件穩(wěn)定傳輸?shù)?span>逆變器和用戶端。歐盟Horizon 2020“Solar Bankability”項(xiàng)目組根據(jù)746座電站的現(xiàn)場運(yùn)維數(shù)據(jù)，給出了電站運(yùn)維TOP20技術(shù)失效的列表，若只考慮失效風(fēng)險(xiǎn)所造成的發(fā)電量收益損失，“光伏連接器損壞和燒毀”在失效列表中排在第2位。

連接器的失效主要是由于本身的質(zhì)量，如公母連接器對插之后的接觸電阻，一個(gè)優(yōu)質(zhì)的連接器必須具有很低的接觸電阻，并且能長期維持在低的接觸電阻。根據(jù)光伏連接器國際標(biāo)準(zhǔn)EN50521，接觸電阻需小于或等于5mΩ。失效的第2個(gè)原因是不同品牌之間的連接器互插，由于技術(shù)和產(chǎn)品材料存在差異、生產(chǎn)過程和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)存在差異、公差不一致和原材料不同等問題，因而無法保證100％匹配。倘若強(qiáng)行互插，會導(dǎo)致溫升、接觸電阻增高和IP等級無法保證的問題，進(jìn)而嚴(yán)重影響電站的發(fā)電效率和安全。TüV和UL都出過書面聲明，不支持不同廠家的連接器互插應(yīng)用。如果一定要使用的話，最好提前做匹配性測試。

如圖2所示為對某電站利用紅外熱成像儀對優(yōu)、劣質(zhì)光伏連接器工作時(shí)的溫度進(jìn)行熱成像，顯然劣質(zhì)光伏連接器工作時(shí)溫度更高［1］。因此，在連接器選型時(shí)，要選擇優(yōu)質(zhì)的連接器。

1．4 直流電弧

據(jù)第三方機(jī)構(gòu)調(diào)查，光伏電站40％以上的起火事故因直流電弧故障所致，國際標(biāo)準(zhǔn)如NEC 690．11要求對于光伏系統(tǒng)中任意2個(gè)帶電部件間的電壓超過80V以上的，必須具備直流電弧檢測和保護(hù)能力。

組串正負(fù)極性之間的高壓之間產(chǎn)生電弧，組串不發(fā)電時(shí)，電壓表現(xiàn)為開路電壓，一般最高可達(dá)700V以上。光伏電池系統(tǒng)是一種直流電的發(fā)電裝置，其造成的故障電弧稱之為“直流故障電弧”，此與一般交流故障電弧最大不同處在于其沒有相位改變所造成的閑歇性周期現(xiàn)象。換句話說，一旦發(fā)生了直流故障電弧，高熱現(xiàn)象將會維持直至電源來源消失。由于故障電弧產(chǎn)生的高熱可達(dá)攝氏1，000度以上，因此不僅會造成周遭的絕緣物質(zhì)分解或碳化而失去絕緣的功效，同時(shí)也容易導(dǎo)致鄰近的物質(zhì)達(dá)到燃點(diǎn)而被點(diǎn)燃起火，如圖4左為某電站匯流箱起火燒毀，從燒毀照片觀察，主要集中在斷路器上的輸入和輸出端，端子上溫度最高，而熔斷器和光伏電纜未見燃燒痕跡，可以排除線纜接觸不良或短路等引起熔斷器上的拉弧現(xiàn)象。圖4右為組串與匯流箱內(nèi)的接線不牢固，存在虛接現(xiàn)象，在運(yùn)行過程中不良接觸引起電流拉弧，高溫把熔斷絲座融掉引起短路，燒掉匯流箱。

1．5 其他原因

一般來說直流電弧、大自然的野火、人為的明火源都可能造成火災(zāi)。

圖5為某山地光伏電站發(fā)生火災(zāi)，地表有一定的植被，光伏區(qū)雜草過多，因冬季天干物噪，植被易燃，有明火即可發(fā)生火災(zāi)。另外區(qū)內(nèi)區(qū)外未做有效的防護(hù)隔離，導(dǎo)致火情蔓延至光伏區(qū)。

防范措施

1）對光伏廠區(qū)的每個(gè)角落做到全面監(jiān)控。

2）參照《DL 5027－2015電力設(shè)備典型消防規(guī)程》中的要求，檢查站內(nèi)消防設(shè)施的配備、安全情況，確保其完備可用。

3）要做好突發(fā)火情的應(yīng)急處置措施，組織員工進(jìn)行一次實(shí)戰(zhàn)演練，提高員工的應(yīng)對火災(zāi)的能力和防火救護(hù)能力。

4）加強(qiáng)電纜溝、豎井、橋架穿墻處的防火封堵，電纜溝內(nèi)禁止存放易燃、可燃、助燃物品，雜物要清理干凈。

5）冬季風(fēng)大草干，燒山、祭祀等習(xí)俗極易引發(fā)火災(zāi)，需要廠區(qū)植被進(jìn)行清理，具備條件的電站要做好與外界區(qū)域的防火消防隔離；重點(diǎn)防火部位在明顯位置懸掛禁煙、禁火警示牌。做好外來人員的安全教育和監(jiān)督管理。

6）電站要在特殊季節(jié)、時(shí)段，開展特巡、專巡，時(shí)刻保持火災(zāi)警戒狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)火情及時(shí)處置、處理。

2、自然災(zāi)害隱患和防范措施

2．1 洪水

光伏電站遭受洪澇災(zāi)害影響的源頭是由于其在電站設(shè)計(jì)之初未依照正確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在光伏電站設(shè)計(jì)、施工過程中，應(yīng)對洪澇災(zāi)害時(shí)通常采用結(jié)構(gòu)性防洪和人工防洪兩種方式。結(jié)構(gòu)性防洪通常體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)時(shí)參照洪水評價(jià)影響報(bào)告。

對于處于不同區(qū)域的光伏電站，防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)區(qū)別對待，不同地理位置防洪等級與標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，對于鄰江、鄰海地區(qū)通常會采用＋0．5m的安全超高，對于山區(qū)部分還要另外考慮山洪帶來的影響增設(shè)樁基高程。

目前對于大多數(shù)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)單位通?？紤]以50年一遇的最高內(nèi)澇水位作為參考標(biāo)準(zhǔn)增設(shè)超高，實(shí)際情況會根據(jù)地理位置和防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)而有所調(diào)整。

【防范措施】

謹(jǐn)慎選址在水文條件方面要多方考慮短時(shí)最大降水雨量、積水深度、洪水水位、排水條件等，上述因素將直接影響光伏系統(tǒng)的支架系統(tǒng)、支架基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)以及電氣設(shè)備的安裝高度。積水深度高，則組件以及其他電氣設(shè)備的安裝高度就要高。洪水水位影響支架基礎(chǔ)的安全。排水條件差，則導(dǎo)致基礎(chǔ)甚至金屬支架長期浸水。

增設(shè)排水系統(tǒng)等防護(hù)系統(tǒng)強(qiáng)降水對電站的影響主要是雨水浸泡，地面電站、漁光互補(bǔ)電站及水面電站都應(yīng)根據(jù)所在地的氣象和水文條件設(shè)置相應(yīng)的排水設(shè)施，或者在強(qiáng)降水來臨前增設(shè)臨時(shí)排水設(shè)施。

升壓站、配電室、水泵房、箱變、電纜溝等設(shè)施設(shè)備易發(fā)生淹蓋地點(diǎn)，應(yīng)提前做好疏堵措施。

小面積或電站處理能力范圍內(nèi)的水土流失、塌陷問題，電站發(fā)現(xiàn)后應(yīng)積極組織回填，防止隱患進(jìn)一步擴(kuò)大。

制定應(yīng)急預(yù)案電站安全生產(chǎn)第一責(zé)任人要結(jié)合本單位的防汛工作特點(diǎn)，制定合理的防汛措施和應(yīng)急預(yù)案，對可能引發(fā)電站設(shè)備損失、影響電站安全的事項(xiàng)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)膽?yīng)急處置和安全評估；有效預(yù)防、降低強(qiáng)降雨導(dǎo)致的山體滑坡、泥石流、塌方等自然災(zāi)害及電站設(shè)備基礎(chǔ)塌陷、道路沖毀等造成的不利影響，密切關(guān)注天氣預(yù)報(bào)及變化過程，對雨情、水情、汛情要有足夠的敏感性，并及時(shí)掌握發(fā)展趨勢，提前做好應(yīng)急物資儲備（如沙袋、排水泵、電源盤等），一旦設(shè)備停電要盡快查找原因，盡早恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行。

2．2 暴風(fēng)

2017年某光伏電站遭遇大風(fēng)及沙塵暴襲擊，直到16點(diǎn)分大風(fēng)才停止。期間平均風(fēng)速16m／s，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)30m／s，瞬間風(fēng)力達(dá)到9級，并出現(xiàn)沙塵暴約半小時(shí)，最小能見度為299米，大風(fēng)共持續(xù)近6小時(shí)，暴風(fēng)過后，多個(gè)支架單元的光伏組件被吹落。

防范措施

1）提高光伏支架、組件壓塊等的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，合理選擇具有更優(yōu)抗風(fēng)能力的組件傾角。對于風(fēng)抗較大的地方應(yīng)加強(qiáng)支架強(qiáng)度設(shè)計(jì)，盡量采用強(qiáng)度較高的鍍鋅鋼材支架。

2）為了將暴風(fēng)造成的損失減到最低，應(yīng)“先在預(yù)防，重在管理”，建設(shè)和運(yùn)營期都要建立防臺風(fēng)應(yīng)急預(yù)案，建立防臺風(fēng)工作程序化、規(guī)范化、制度化的響應(yīng)機(jī)制，采取有效措施。

3）對光伏區(qū)組件壓塊及其螺栓、支架立柱緊固件進(jìn)行抽驗(yàn)工作，特別春季、秋季大風(fēng)來臨之前制定專項(xiàng)抽檢計(jì)劃，根據(jù)螺栓滾動檢修的執(zhí)行和日常巡視時(shí)的實(shí)際松動情況，確定螺栓的抽檢緊固比例，判斷評估螺栓的緊固程度，確保大風(fēng)期間組件不受損失。由于人工操作因個(gè)人力道不同，松緊程度不一，施工時(shí)需采用專業(yè)的安裝工具，如電動力矩扳手。

4）在日常運(yùn)維時(shí)，加強(qiáng)陣列巡檢力度，及時(shí)緊固松動壓塊。

3、光伏保險(xiǎn)

中國人保財(cái)險(xiǎn)按照產(chǎn)業(yè)鏈分布推出了多種形式的光伏保險(xiǎn)，包括面向組件制造商推出的25年功率保障險(xiǎn)，面向電站建造商的職業(yè)責(zé)任險(xiǎn)，面向已建成電站的財(cái)產(chǎn)險(xiǎn)及機(jī)器損壞險(xiǎn)、利潤損失險(xiǎn)、公眾責(zé)任險(xiǎn)，以及電站并網(wǎng)運(yùn)行后的發(fā)電收入損失補(bǔ)償險(xiǎn)。

財(cái)產(chǎn)一切險(xiǎn)的保障范圍承保自然災(zāi)害、意外事故等導(dǎo)致的光伏電站的直接財(cái)產(chǎn)損失。

1）自然災(zāi)害指雷擊、暴雨、洪水、暴風(fēng)、龍卷風(fēng)、冰雹、臺風(fēng)、颶風(fēng)、沙塵暴、暴雪、冰凌、地震、突發(fā)性滑坡、崩塌、泥石流、地面突然下陷下沉等其他人力不可抗拒的破壞力強(qiáng)大的自然現(xiàn)象。

2）意外事故指不可預(yù)料的、被保險(xiǎn)人無法控制并造成物質(zhì)損失的突發(fā)性事件，如火災(zāi)、爆炸。

間接損失保險(xiǎn)運(yùn)營中斷與額外費(fèi)用保險(xiǎn)，承保自然災(zāi)害、意外事故等導(dǎo)致光伏電站運(yùn)營中斷的間接損失，包括預(yù)期發(fā)電量和補(bǔ)貼的減損以及固定成本的增加。

電站可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的保險(xiǎn)，盡可能的減少財(cái)產(chǎn)損失。

4、小結(jié)

安全保障是分布式光伏系統(tǒng)運(yùn)維的一項(xiàng)重要工作，本文詳細(xì)說明了光伏系統(tǒng)的運(yùn)維工作有可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，包括火災(zāi)隱患、自然災(zāi)害隱患等等，光伏發(fā)電作為一個(gè)快速發(fā)展中的行業(yè)，在設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備質(zhì)量控制等各個(gè)環(huán)節(jié)都容易發(fā)生漏洞，運(yùn)維工作應(yīng)該多管齊下，加強(qiáng)管理，防患于未然，才能減少工作中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

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