光伏電站施工與發(fā)電風險分析及防范措施

尹國寶

(北京吉能新能源科技有限公司，北京 100071)

0 引言

眾所周知，我國是全球光伏發(fā)電安裝量增長最快的國家。2018-01-02，國家能源局對外公布統計數據顯示：2017年1—11月，我國光伏發(fā)電量達1?069億kWh，同比增長72?%，占全部發(fā)電量的比重同比增加0.7?%；光伏年發(fā)電量首超1?000億kWh，達到了歷史新高。截至2017年11月底，我國光伏累計投產容量達12?579萬kW，同比增長67?%；占總電力裝機的比重達7.5?%，同比增加2.7?%。

國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《能源生產和消費革命戰(zhàn)略(2016—2030)》(發(fā)改基礎〔2016〕2795號)提出：到2030年，非化石能源發(fā)電占總發(fā)電量的50?%；到2050年，要占總電量的70?%—80?%。

由此可以看出，中國能源需求非常大，市場潛力也非常大，為了滿足我國快速發(fā)展的需要，中國光伏產業(yè)發(fā)展仍有較大的發(fā)展空間。

1 光伏發(fā)電種類

按照光伏電站安裝區(qū)域分類，可分為集中式光伏和分布式光伏等；按照光伏與配套形式分類，可分為農光互補、漁光互補、牧光互補等；按照安裝位置分類，可分為屋頂光伏、水上光伏、田園光伏、山地光伏、戈壁光伏、沙漠光伏等。

2 光伏發(fā)電的工作原理

光伏發(fā)電的主要原理是半導體的光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光電轉換的基本裝置就是太陽能電池(簡稱光伏板)。光伏板是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能轉變成電能，產生電流。當許多個光伏板串聯或并聯起來，就可以成為輸出較大功率的光伏板方陣。光伏陣列將太陽能轉變成直流電能，經逆變器直、交流變換后至交流配電柜，根據需求經變壓器升壓后，經開關站接入中壓或高壓電網。

3 光伏發(fā)電存在的安全風險

3.1 施工期間

(1)?受到某些政策因素的影響，為趕限期電價，導致光伏電站建設質量難以保障，甚至會因搶工期而引發(fā)不安全事件。由于建設周期較短，各建設單位對光伏設備的需求相對集中，導致設備制造質量難以保障，也會引發(fā)質量和安全事件。

(2)?水上作業(yè)多在3?m以上，存在發(fā)生高處墜落溺水傷害事件的可能。蓄洪區(qū)光伏電站施工高度約為5?m，存在高處墜落風險和高處落物傷人風險。同時，還存在施工現場作業(yè)人員高處作業(yè)不系安全帶等違規(guī)行為。

(3)?山地作業(yè)不利于施工機械施工，也不易發(fā)現施工人員違章行為，如用鏟車當吊車、特種作業(yè)人員無證作業(yè)等。此外，施工現場還存在作業(yè)人員被毒蟲或動物傷害的風險。

(4)?因為工程費用較低，加之采取低價中標選擇施工單位，導致非正規(guī)電力建設施工隊伍混入，或電建單位中標后轉讓給合作單位，造成施工標準不高，安全監(jiān)管難以進行。

(5)?隱蔽工程監(jiān)督不到位，接地系統不完善。如施工單位違反“電氣設備每個接地部分應以單獨的接地線與接地母線相連接”的規(guī)定，為節(jié)省材料而將組與組串聯接地，留下安全隱患。

(6)?光伏電站施工區(qū)域點多面廣，區(qū)域難以隔離。業(yè)主和監(jiān)理單位安全監(jiān)督人員數量難以滿足現場監(jiān)督需求，同時監(jiān)理單位低價中標也會導致選擇的監(jiān)理人員技術水平難以滿足作業(yè)監(jiān)督需求。

3.2 發(fā)電期間

(1)?光伏發(fā)電投產后白天發(fā)電夜晚不發(fā)，發(fā)電多少與光照強度緊密相連，因此設備動作較頻繁，易導致設備壽命縮短或損壞。由于運行操作較少，自動程度較高，甚至可以采取集控中心管理而就地無人值班，易導致運行人員操作維護水平降低，誤操作可能性增加。

(2)?屋頂光伏大多安裝在帶有采光板的彩鋼板屋頂上，長期使用過程中屋頂強度降低，或一旦安全措施不當，易造成運行和維護人員日常巡視或檢查修復時存在高空墜落風險。

(3)?水上光伏、蓄洪區(qū)光伏、農光或牧光發(fā)電現場日常巡視不方便，存在登高作業(yè)墜落風險。

(4)?光伏設備存在制造、施工或安裝質量問題，如接地不可靠、電氣接線不牢固、設備缺陷發(fā)現不及時等，易造成設備或元件火災事故風險。

(5)?由于光伏電站發(fā)展較快，作業(yè)人員生產技術和安全知識未能很好掌握，加之管理制度存在缺陷，新進人員安全防范意識淡薄，易發(fā)生誤入帶電間隔引起觸電風險。

(6)?自然災害，如臺風、颶風、地震、沙塵暴等，易導致光伏設備損壞，尤其是光伏板損壞。

4 案例分析和防范措施

4.1 防機械傷害

光伏電站施工現場比較復雜，所用機械也較為雜亂，主要有汽車吊、旱地和水上打樁機、山地鉆孔機、叉車、挖掘機和推土機等，若是管理不善或使用不當，均有可能造成機械傷害事件。

4.1.1 案例分析

2017年，某公司施工作業(yè)班班長吉某和作業(yè)人員楊某在山西盂縣100?MW光伏電站項目8號地塊WB001方陣倒運光伏組件。當日16:15，吉某安排楊某用叉車拆除圍欄及立柱，楊某用叉車左叉板3次撬動圍欄立柱根部未果，第4次撬動時立柱突然彈出，擊中2.8?m外的吉某頭部，造成其左側頭部受傷，經搶救無效死亡。

此案例的違章之處：施工人員吉某跨標段作業(yè)，違章指揮無證人員楊某操作叉車拆除圍欄立柱；作業(yè)人員楊某以危險方式使用叉車撬動立柱基礎(屬于地下埋件，重量不明)，因叉車用力過猛造成立柱突然飛出；同時，建設單位、總包單位、監(jiān)理單位對施工現場跨標段作業(yè)、野蠻作業(yè)監(jiān)管不力。

4.1.2 防范措施

(1)?使用施工機械前，應對作業(yè)人員進行安全技術交底。

(2)?不斷開展施工機械隱患排查工作，確保施工機械各種保護和限制裝置運行正常，絕不在無保護或無限制裝置的情況下使用施工機械。

(3)?分清各類特種設備的使用對象，嚴禁挪作他用。

(4)?叉車用作吊車作業(yè)就是違章行為，必須加強現場“三違”管理和治理工作，讓違章者無立足之地。

4.2 防人身觸電傷害

光伏電站現場有許多帶電體，如施工期間臨時用電或在調試投運階段光伏板方陣、逆變器、交流配電柜、變壓器、升壓站以及配套的光伏控制系統等設備已帶電，均有可能造成人員觸電傷害。

4.2.1 案例分析

2015年7月，廣東連降暴雨，中山市某光伏電站的1名施工人員未做好防觸電措施，在連接組件陣列時觸電身亡。

此案例的違章之處：作業(yè)人員沒有對現場作業(yè)進行危險源辨識，安全措施不到位；作業(yè)人員進行電氣檢查時，沒有正確使用安全防護用品；運行人員誤入帶電間隔，監(jiān)護工作不到位；管理者對員工安全教育與培訓工作流于形式。

4.2.2 防范措施

(1)?在電氣設備上作業(yè)時，應穿絕緣鞋、帶低壓絕緣手套、使用絕緣工具，不能在無防護情況下觸碰潮濕的光伏組件。

(2)?盡量減少在雨、雪、大風天作業(yè)，應采取有效措施防止人體潮濕或與帶電體直接接觸。

(3)?作業(yè)時，應切斷光伏組件的電源，可搬至無光環(huán)境或用不透光的材料蓋住組件表面，并使用絕緣工具作業(yè)；不能在有負載的情況下斷開電氣連接，防止產生電弧，發(fā)生觸電危險。

(4)?組件邊框以及其他非用于導電的金屬固定裝置，一定要連接接地裝置，防止電擊或雷擊時發(fā)生觸電傷害。

(5)?電氣設備在啟動和停止時，其終端和線纜會產生電壓，必須由具有資質的專業(yè)技術人員操作。注意斷開電源順序，先斷開交流電壓，再斷開直流電壓。高壓開關柜停送電應由2人進行，1人操作、1人監(jiān)護，待核對設備命名編號無誤后，方可按順序操作。

(6)?設備停電后裝設接地線時，應先驗明無電，并由2人進行，1人監(jiān)護、1人操作，先接接地端，后接導體端且由近而遠，拆除時順序相反。

4.3 防高處墜落傷害

屋頂光伏、水上光伏和蓄洪區(qū)光伏作業(yè)均存在高處作業(yè)風險，若作業(yè)時沒有采取可靠的防墜落措施，就有可能發(fā)生人身傷害。

4.3.1 案例分析

2017年9月，某公司開展某屋頂光伏電站清洗水系統檢查工作。作業(yè)人員檢查完第4棟屋頂水管準備去第5棟屋頂檢查時，圖省事走4，5棟樓之間的遮雨棚(離地約11?m)；遮雨棚有機玻璃采光瓦碎裂，人員墜落受傷，經現場搶救無效死亡。

此案例的違章之處：嚴重違反高處作業(yè)安全規(guī)定，未按要求通過爬梯上下樓；玻璃鋼采光板不具有承受人體重量的強度，在未落實安全措施的情況下盲目作業(yè)；沒有制定清潔作業(yè)安全管理制度和操作規(guī)程；未按規(guī)定發(fā)放勞動防護用品；安排無高處作業(yè)特種作業(yè)操作證的人員從事高處作業(yè)；沒有對現場作業(yè)用具進行外觀安全檢查或使用不合格安全用具；高處作業(yè)人員沒有正確佩戴安全帽。

4.3.2 防范措施

(1)?嚴格執(zhí)行安全作業(yè)規(guī)程，在可能發(fā)生墜落危險的屋面采光帶邊從事高處清洗作業(yè)時，應采取搭設跳板、架設安全網、設置警示標志等安全措施。

(2)?建立健全安全生產管理制度和操作規(guī)程，按規(guī)定發(fā)放勞動防護用品，嚴格執(zhí)行特種作業(yè)人員持證上崗制度，按規(guī)定對作業(yè)人員進行3級安全教育，提高其安全防護意識。

(3)?加強外包項目安全管理，不得發(fā)包給不具備安全生產條件或者無相應資質的單位或個人。

(4)?加強對安全工器具的外觀檢查和定期試驗管理，云梯作業(yè)必須實行1人1梯，且加強安全保護繩使用管理。

(5)?凡離地2?m及以上的作業(yè)，均應考慮使用安全繩將成排的光伏架連接起來，便于作業(yè)人員在行走過程中懸掛安全帶，同時作業(yè)人員也應使用雙掛鉤安全帶。

4.4 防害蟲和動物傷害

山地光伏電站施工現場存在毒蛇、毒蜂和有害動物，易造成人員傷害，甚至會造成傷亡事故。

(1)?在害蟲和有害動物出沒的地區(qū)施工或外出時，應攜帶必要的防身器械、防護用品。

(2)?在山區(qū)施工時，施工人員不得單獨遠離作業(yè)現場。每日作業(yè)完畢時，施工負責人應清點人數。

(3)?注意加強與當地人員的配合，了解和掌握害蟲和有害動物的活動規(guī)律，采取必要的應對措施。

(4)?現場配備必要的防止相關毒蛇、毒峰咬傷和叮傷的施救藥品，并與當地醫(yī)療機構建立聯系，以便能及時救治傷員。

4.5 防溺水傷害

水上光伏電站是漁光互補的重要形式，蓄洪區(qū)光伏板離地面在5?m以上，屬于高處作業(yè)區(qū)，可能發(fā)生墜水溺亡事件。

(1)?施工現場應隨時與當地氣象、水文站等部門保持聯系，了解和掌握天氣變化和水情動態(tài)，以便及時采取應對措施。

(2)?現場各種船舶應符合安全要求，操控人員應持證上崗，按規(guī)定配齊各類合格船員，船機、通信、消防、救生等各類設備必須安全有效。

(3)?只要現場有作業(yè)，施工船舶就必須與調度室保持通信暢通。

(4)?水上施工應設專用救生船，并有專人值班，各施工作業(yè)點應配備救生圈、救生衣等救生設備。在艙面作業(yè)時，必須穿好救生衣，人員上下通道下方應掛設安全網，跳板要固定牢靠，水上工作平臺四周要安裝符合標準的欄桿和安全網，同時做好防凍防滑工作。

(5)?不得擅自擴大水上施工安全作業(yè)區(qū)（施工水域）的范圍。

(6)?各作業(yè)面應有水上救護經驗豐富、責任心強的人員負責水上作業(yè)安全監(jiān)督管理。

(7)?在各施工作業(yè)點，夜間應按規(guī)定裝設警燈或采用燈光照明，避免航行船舶碰撞水中樁墩。

4.6 防雷電損壞或傷害

發(fā)生在光伏電站區(qū)域的雷電，不僅會對現場作業(yè)或檢查維護人員產生傷害，也會對光伏設備或元件產生破壞性損壞。

4.6.1 案例分析

2017年，某光伏電站2號進線PSL641UC過流Ⅱ段保護動作，集電Ⅱ線320開關跳閘，接地變動作跳閘，站用電源自動切換為備用電源供電。運維人員立即對現場設備進行檢查并匯報調度。當時有雷雨，初步判斷為雷電導致保護動作。經調度同意后，對接地變361開關和集電Ⅱ線320開關進行試送電，361開關合閘成功；320開關再次跳閘，判斷為雷電造成集電Ⅱ線320線路永久接地故障。

此案例的違章之處：戶外電子設備外殼接地不可靠，或施工時沒有按要求進行接地；接地系統接地電阻超過規(guī)定值；有的串接接地，當發(fā)生銹蝕或接觸不良時引起接地系統不可靠；雷電流超過設計值；配電線路防雷線布置不符合要求，或雷電繞擊線路；沒有按照要求采取防止雷電波侵入措施，如沒有在關鍵部位安裝避雷裝置等。

4.6.2 防范措施

(1)?光伏電站為三級防雷建筑物，應盡量避免建設在雷電易發(fā)生地和易遭受雷擊的位置。

(2)?采取有效措施防止感應雷電對光伏設備的影響，將控制機房內的全部金屬物，包括設備、機架、金屬管道、電纜的金屬外皮等可靠接地，每件金屬物品都要單獨接到接地干線上，不允許串聯后再接到接地干線上，等電位連接措施必須可靠。

(3)?要加強光伏設備防止雷電波侵入管理，采取有效措施，如在出線桿上安裝閥型避雷器；對于低壓220/380?V可以采用低壓閥型避雷器，且要在每條回路的出線和零線上裝設。架空引入室內的金屬管道和電纜的金屬外皮在入口處可靠接地，沖擊電阻不宜大于30?Ω。

(4)?光伏電站對接地電阻值的要求較嚴格，因此要實測數據，建議采用復合接地體，接地體根數以滿足實測接地電阻為準。光伏電站接地、接零的要求：電氣設備的接地電阻R≤4?Ω，滿足屏蔽接地和工作接地的要求；在中性點直接接地的系統中，要重復接地，R≤10?Ω；防雷接地應該獨立設置，要求R≤30?Ω，且和主接地裝置在地下的距離保持在3?m以上。

(5)?要制定雷雨季節(jié)現場作業(yè)安全管理制度，嚴格接地系統檢查和定期檢驗。雷電發(fā)生期間嚴禁進入現場進行施工、檢查、維護。

4.7 防高處落物事件

由于水上、蓄洪區(qū)或屋頂光伏作業(yè)涉及高處作業(yè)，應采取措施防止在作業(yè)或檢查期間發(fā)生高處落物對人員造成傷害。

(1)?高處交叉作業(yè)上下時必須采取有效隔離措施，如使用隔板或分時作業(yè)，不允許同時開展超過2層以上的作業(yè)面。

(2)?作業(yè)人員上下傳遞用具或小型物件時，必須使用工具袋，嚴禁拋物；較大物件應用繩系牢后進行傳遞，接物人員不得站在物件下方。

(3)?認真開好班前會，細致布置安全防范措施，作業(yè)人員必須悉數到場，并認真聽取。

(4)?現場起吊設備時，必須采取區(qū)域隔離，防止無關人員進入，嚴禁吊物下方站人或通過。

(5)?高處施工作業(yè)面必要采取防落物措施，如搭設平臺、加裝擋腳板等。

(6)?作業(yè)人員必須正確佩戴安全帽。

(7)?加強作業(yè)現場安全監(jiān)督工作。

4.8 防設備傾倒事件

設備傾倒事件的發(fā)生，除受自然災害影響，如臺風、沙塵暴或地震外，也受設計、施工質量的影響。

4.8.1 案例分析

某年，11級臺風“天鴿”過境。某公司廠區(qū)部分光伏設備受損，其中光伏板件損毀1?000多塊(在裝數量9?000多塊)，光伏支架、橋架、電纜等存在不同程度損毀。

此案例的違章之處：沒有預計到光伏板安裝區(qū)域風力會超過設計值，或施工方降低了防風等級；臺風前防范措施沒有考慮周全，沒有對光伏薄弱環(huán)節(jié)進行加固處理等。

4.8.2 防范措施

(1)?光伏板是露天布置的，在設計時就應考慮光伏板安裝區(qū)域可能遇到的最大風力。

(2)?開展日常安全檢查和維護，對現場光伏固件螺帽進行緊力檢查；對于處于風口區(qū)的光伏板，要采取特別加固措施。

(3)?特殊天氣情況下要采取必要的加固措施。

(4)?積極參加設備投保，獲取損失補助。

4.9 防設備火災事件

光伏項目火災事件多發(fā)生在調試和投運期間，通常由自然災害、設備質量問題、人為因素等引起。

4.9.1 案例分析

2016年，某電站運行值班人員在主控視頻監(jiān)控機時，發(fā)現71區(qū)?1號逆變器附近?1臺匯流箱冒煙，有起火跡象?，F場檢查起火點位于直流輸出斷路器上口正母線處，正母線、電源模塊、數據采集模塊、防雷器燒毀。匯流箱起火后，內部氣體積聚，匯流箱柜門被彈開，燃燒物跌落點燃地面干草，火勢沿組件背板地面燃燒，向東竄燒約30?m。

此案例的違章之處：光伏系統接地失效，遭受雷擊引起火災；光伏電子電氣設備絕緣失效，引起電氣短路或打弧，產生火災；匯流箱內器件較多，輸出電壓較高，容易引起火災；運行維護人員現場檢查不及時或不全面，沒有及時發(fā)現火災隱患。

4.9.2 防范措施

(1)?采購過程中，應確保設備質量和規(guī)格符合國家光伏設計規(guī)定。

(2)?在各光伏電站要建立對光伏電子電氣設備的連續(xù)性巡檢及維護計劃。

(3)?光伏接地系統應按照 GB?50057—2010《建筑防雷設計規(guī)范》進行設計，并開展正常的接地電阻檢測工作。

(4)?加強光伏電站電氣設備技術監(jiān)督管理工作，開展常規(guī)檢驗，確保檢測工作有效安全。

(5)?光伏電站消防設計應符合國家有關規(guī)定。

5 光伏安全管理的關注點

5.1 解決補貼電價時限與光伏電站施工期的矛盾

此類問題得不到解決，將會對光伏電站的施工和運行帶來質量問題，甚至會導致安全事件發(fā)生。

5.2 加強安全教育和安全監(jiān)督工作

為了更好地管理施工現場，業(yè)主單位要認真開展施工隊伍人員入場前的安全教育培訓，確保施工人員全部參加。

在日常施工中，業(yè)主還應加強對監(jiān)理單位人員的管理工作，督促其深入現場開展安全監(jiān)督、嚴抓違章，并抽查安全監(jiān)督工作是否到位，確保一級對一級的安全監(jiān)督管理。

5.3 開展光伏人員安全知識培訓

由于我國光伏電站的快速發(fā)展，造成光伏管理和生產人員緊張，應盡快培養(yǎng)光伏管理和生產人員。同時，對現有光伏人員開展定期輪訓，不斷提高其光伏技術管理和安全知識水平，杜絕發(fā)生因知識缺乏而引起的安全事件。

6 結束語

光伏電站是清潔能源的重要組成部分，具有非常好的發(fā)展前景。在光伏電站建設和生產中存在許多安全生產隱患，亟待建立、完善安全和質量監(jiān)管體系和相應的管理制度，以規(guī)范光伏電站的設計、施工、建設和生產等各個環(huán)節(jié)，從而有效降低和控制光伏電站潛在的安全和質量風險。