農(nóng)光互補電站建設與運維安全生產(chǎn)建議

摘要：對農(nóng)光互補電站在我國發(fā)展經(jīng)歷的三個階段進行了分析，其發(fā)展趨勢正由提升發(fā)電效率、增加農(nóng)作物產(chǎn)量向逐步豐富農(nóng)光種類、逐步綜合各類產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展的方向轉(zhuǎn)型。辨識和分析農(nóng)光互補電站在工程建設和運行階段的危險點，針對地質(zhì)災害、高影響天氣造成人員傷亡、建（構(gòu)）筑物坍塌，基建和安裝過程中發(fā)生高處墜落、物體打擊、觸電、機械傷害、爆炸中毒，運行維護期間發(fā)生火災、觸電、電網(wǎng)波動等安全風險，結(jié)合近年發(fā)生的相關(guān)事故案例開展分析總結(jié)，提出工程選址應充分考慮地質(zhì)災害、高影響天氣可能造成的后果、增強安全生產(chǎn)事故應急處置能力、重視教育培訓、提升巡檢效能、做實現(xiàn)場安全管控、提高設備本質(zhì)安全水平等安全生產(chǎn)措施和建議。

關(guān)鍵詞：農(nóng)光互補電站；危險點辨識；事故案例；安全生產(chǎn)措施

中圖分類號：TM615" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）08-0017-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.08.005

0" " 引言

自2009年起，隨著第一個薄膜硅光伏農(nóng)業(yè)大棚的建設和投產(chǎn)，農(nóng)光互補技術(shù)開始在中國落地生根。農(nóng)光互補技術(shù)能彌補不可再生能源的消耗，同時促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色化、發(fā)電成本節(jié)約化，是我國在光伏發(fā)電領(lǐng)域和農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域均得到政策扶持的潛力產(chǎn)業(yè)，其與旅游業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、科普教育業(yè)相結(jié)合可形成綜合性產(chǎn)業(yè)塊，具有廣闊的發(fā)展前景。

然而，高速發(fā)展的農(nóng)光互補電站建設也會帶來安全生產(chǎn)相關(guān)隱患和問題。光伏電站建設和運維，具有電子元件多、帶電設備多、建設地形復雜等特點，而農(nóng)光互補電站在常規(guī)光伏電站安全隱患基礎(chǔ)上還存在易引發(fā)叢林火災、活體植物導電性強等不利因素，加大了安全生產(chǎn)過程中的風險和事故嚴重性?；诖?，本文將結(jié)合農(nóng)光互補電站發(fā)展趨勢和危險點辨識及分析，提出農(nóng)光互補電站在工程建設和運行維護過程中的安全生產(chǎn)建議，盡可能避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，并降低事故損失。

1" " 農(nóng)光互補電站發(fā)展趨勢

農(nóng)光互補電站在國內(nèi)的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段[1]，從第一階段的光伏組件配合間隔玻璃到第二階段增加光伏養(yǎng)殖、光伏種植，更新晶體硅光伏組件，發(fā)展陰陽棚和架高敞開式等應用模式，再到第三階段將農(nóng)光光伏與其他產(chǎn)業(yè)結(jié)合，不只重視其發(fā)電屬性。在農(nóng)業(yè)大棚間距內(nèi)設計電站，降低了農(nóng)光互補電站對喜陰農(nóng)作物的限制，帶有追日系統(tǒng)的新型光伏電站可較一般光伏電站提高35%的發(fā)電效率[2]?？梢钥闯觯r(nóng)光互補電站正隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和社會生產(chǎn)力的需要而不斷自我更新完善，整體發(fā)展方向從重視發(fā)電效率、提高農(nóng)作物產(chǎn)量，到豐富農(nóng)光種類、結(jié)合其他產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展，是一個良性有序發(fā)展的進程。從具體數(shù)據(jù)上來講，我國新增并網(wǎng)發(fā)電農(nóng)光項目數(shù)量在2016年和2017年最多[3]，分別為78個和92個，2011年至2019年期間，我國新增的光伏養(yǎng)殖項目多于光伏種植項目，多于光伏溫室項目，分別為107個、92個和75個，總體裝機容量約為13.5 GW，但光伏養(yǎng)殖項目的相關(guān)科學研究較少，光資源的減少對水下生態(tài)系統(tǒng)影響的研究相對比較空白。

2" " 農(nóng)光互補電站工程危險點辨識及分析

2.1" " 工程建設階段

農(nóng)光互補電站在可研設計初期，需避免的安全風險主要是選址方面，應盡量避免因地質(zhì)災害和高影響天氣造成人員傷亡、建（構(gòu)）筑物坍塌、重要設備設施損壞等。農(nóng)光互補電站的選址一般要考慮地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、氣象水文和人類工程活動等因素，升壓站、光伏支架等建（構(gòu)）筑物應避開地基松軟和濕陷性黃土發(fā)育地段。此外，暴風雪、洪水、沙塵暴、破壞性地面大風等高影響天氣會導致光電轉(zhuǎn)換效率降低、光伏組件壽命縮短、運維和工作人員安全作業(yè)受影響等[4]，因此，在農(nóng)光互補電站選址時，應避免選擇易發(fā)生雷暴、沙塵暴、高溫、寒潮、連陰雨、強對流天氣的地點。若已建設工程的，可采用智能網(wǎng)格預報、及時根據(jù)檢修計劃清潔光伏組件、加強設備溫度監(jiān)測和防雷檢測等方式進行防范。

按照工程建設的一般順序，農(nóng)光互補電站建設工序一般包括土方工程、支架基礎(chǔ)、地下設施和建筑物施工、設備運輸、支架安裝、光伏組件安裝、匯流箱及逆變器安裝、電氣系統(tǒng)安裝這幾個部分[5]。無論是在土建施工還是電氣設備安裝施工時，高處墜落、物體打擊、觸電、機械傷害、爆炸中毒都是重點防范的危險點，若存在安全責任落實不到位、人員資質(zhì)和培訓不足、外包管理不到位或違章作業(yè)等任何情況，均容易引發(fā)安全生產(chǎn)事故。

常見的事故類型主要有：

（1）土建基坑作業(yè)和地下設施施工過程中發(fā)生的高處墜落、物體打擊、中毒窒息；

（2）起重吊裝、支架安裝和光伏組件安裝施工過程中發(fā)生的物體打擊、支架垮塌、光伏組件損壞；

（3）焊接切割等施工臨時用電不規(guī)范造成的觸電、火災等人身傷亡和設備損壞事故。

對山地農(nóng)光互補建設工程而言，因存在山地光伏支架較高、支架垂直度控制難度大、山地粉塵和橫風對光伏組件及其他電氣元件存在連接質(zhì)量影響[6]，其作業(yè)面較為分散且跨度大，進行安全施工組織和安全生產(chǎn)質(zhì)量把控的難度較高，在前述一般農(nóng)光互補建設期危險點辨識方面應更注重支架垮塌、高處墜落、物體打擊和觸電事故。目前，山地農(nóng)光互補工程建設的土建部分一般是以專業(yè)分包方式由具備土建資質(zhì)的施工企業(yè)在多個作業(yè)面同步開展作業(yè)，建設單位對其管理難度較大。

2.2" " 電站運行階段

農(nóng)光互補電站在運行維護期間，需主要避免的安全風險是火災、觸電和配電網(wǎng)波動造成的電力設備設施損壞。

光伏電站火災在廠區(qū)內(nèi)主要是由電纜線路、光伏組件、匯流箱、組件接頭、連接器等老化發(fā)熱而引發(fā)，在廠區(qū)外主要是祭祀活動和焚燒秸稈等行為引發(fā)[7]，農(nóng)光互補電站的農(nóng)作物容易借助風力迅速蔓延，燒毀組件、逆變器和匯流箱等電力設備設施。光伏電站直流側(cè)發(fā)生火災后光伏組件繼續(xù)工作，如果直流電纜絕緣失效或電纜斷線后接地，則會引發(fā)跨步電壓的觸電事故。

農(nóng)光互補電站運維期間對于火災防范主要存在以下幾項制約因素[8]：

（1）農(nóng)光互補電站缺少特異性消防規(guī)范或針對特定應用場景的安全防火要求，僅有針對傳統(tǒng)電站的消防條款；

（2）農(nóng)光互補電站日常運維工作消防措施流于形式，消防應急處置方案缺乏針對性；

（3）行業(yè)缺少針對性培訓機制，如針對農(nóng)光互補電站及其儲能場的火災防控專項培訓，造成運維人員的資質(zhì)和能力均存在不足。

光伏電站對配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行存在直接影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面[9]：

（1）線路負載率和電壓的波動方面，農(nóng)光互補電站的輸出功率受季節(jié)、天氣因素的變化影響較大，電能輸送無法保證實時穩(wěn)態(tài)，在并入或退出配電網(wǎng)系統(tǒng)時使配電網(wǎng)電壓產(chǎn)生波動，配電網(wǎng)線路三相電流因逆變器并網(wǎng)的方式存在不平衡，負荷調(diào)整難度較大；

（2）配電網(wǎng)系統(tǒng)故障停電時，光伏電站容易發(fā)生孤島效應，即光伏電站孤島內(nèi)電壓和頻率突然降低，在配電網(wǎng)系統(tǒng)恢復供電時，因頻率和相位等匹配問題造成電網(wǎng)送電不暢，沖擊配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

3" " 農(nóng)光互補電站工程安全生產(chǎn)建議

3.1" " 工程建設階段

3.1.1" " 事故案例

案例1：2020年7月，安徽某村農(nóng)光互補電站光伏組件安裝階段，因遭遇長時間降雨，電站周邊缺乏綠色植被保護土壤，出現(xiàn)了大面積塌方險情，嚴重危及電站的建（構(gòu)）筑物。工程建設單位組織人員對現(xiàn)場塌方地段采取應急處理，在塌方地段鋪蓋彩虹塑料布，緊急關(guān)閉電站內(nèi)電閘，保護逆變器、發(fā)電板等設備。

案例2：2022年6月下旬，廣東省清遠市某農(nóng)光互補項目，總裝機容量為80 MW，因暴雨淹沒設備造成重大損失。

案例3：2022年11月，廣東省某新能源公司100 MW農(nóng)光互補光伏電站發(fā)生一起人身傷亡事故，系打樁機#5光伏陣施工過程中，一名扶樁作業(yè)人員違規(guī)進入打樁作業(yè)半徑造成頭部、胸部機械傷害和物體打擊，經(jīng)搶救無效后死亡。

3.1.2" " 安全生產(chǎn)建議

（1）農(nóng)光互補電站選址應充分考慮地質(zhì)災害、高影響天氣可能造成的后果。建設單位應委托具備地質(zhì)災害評估資質(zhì)的單位和工程建設勘測單位進行項目可研的前期工作，設計單位應充分收集工程建設所在地氣象資料、地質(zhì)災害報告等資料，進行有針對性的設計和高質(zhì)量的方案審查，對地質(zhì)災害高發(fā)區(qū)域、惡劣天氣頻發(fā)區(qū)域重點關(guān)注，調(diào)整工程建設地點或做好事故（事件）風險研判和安全防護措施，確保工程建設合規(guī)。上述案例1和案例2均是高密度和長時間降雨造成施工環(huán)境發(fā)生改變導致，工程建設和設計對惡劣天氣考慮不足，造成了較大的設備設施損壞和經(jīng)濟損失。

（2）農(nóng)光互補電站工程建設期應增強安全生產(chǎn)事故應急處置能力。工程建設單位應根據(jù)國家、行業(yè)相關(guān)法律法規(guī)要求構(gòu)建應急管理體系，建立事故應急管理組織機構(gòu)，將施工單位、監(jiān)理單位、設備廠家等相關(guān)方納入突發(fā)事故應急演練和應急能力培訓范圍，增強突發(fā)事故應急處置能力和安全生產(chǎn)意識。

（3）農(nóng)光互補電站建設施工應重視教育培訓。農(nóng)光互補電站建設施工人員需至少經(jīng)過施工資質(zhì)培訓、上崗培訓、班前班后會等各類培訓，且完成符合規(guī)定的施工方案交底及作業(yè)計劃管控才能進場施工。上述案例3，扶樁作業(yè)人員進入打樁作業(yè)半徑造成的機械傷害和物體打擊事故，反映出施工人員培訓不到位、作業(yè)計劃的落實和管控存在較大安全隱患。

3.2" " 電站運行階段

3.2.1" " 事故案例

案例4：2017年12月，浙江南部某20 MW農(nóng)光互補光伏項目失火，火災由周邊村民遺留火種造成?；馂脑斐山? 000片組件受損，另有部分電纜、匯流箱設備受損，農(nóng)業(yè)大棚及農(nóng)作物焚毀嚴重，直接經(jīng)濟損失超150萬元。

案例5：2017年12月，廣東省湛江市某縣農(nóng)光互補項目電站運行維護人員王某因#12箱變的逆變器報警燈全亮，對逆變器進行檢查，發(fā)現(xiàn)逆變器箱變的高壓側(cè)開關(guān)跳閘。王某未取得進網(wǎng)作業(yè)許可證、未辦理任何手續(xù)即開展作業(yè)，胳膊肘誤碰35 kV箱變開關(guān)，發(fā)生觸電并倒向箱變內(nèi)造成人員觸電死亡。

案例6：新疆某地區(qū)光伏電站六區(qū)2號逆變起火，造成逆變器、直流斷路器、柜內(nèi)部分元器件和電纜全部燒毀，事故發(fā)生原因為逆變孤島效應保護失效造成孤島效應，設備損壞后短路引發(fā)火災。

3.2.2" " 安全生產(chǎn)建議

（1）農(nóng)光互補電站運行階段應提升巡檢效能。農(nóng)光互補電站運維單位應加強站點附近巡檢力度，提升巡檢數(shù)字化、可視化水平，如：增加巡檢頻次和人力資源，在重點防火區(qū)域設置監(jiān)控和火災自動報警裝置，部分重要區(qū)域可設置自動消防噴淋系統(tǒng)等設施。

（2）農(nóng)光互補電站運行階段應做實現(xiàn)場安全管控。農(nóng)光互補電站存在高處墜落、物體打擊、觸電、機械傷害、爆炸中毒等各類安全風險，運維期間應嚴格落實安全生產(chǎn)責任制，做實現(xiàn)場安全管控工作，堅決杜絕各類惡性違章，對不辦理作業(yè)票、擅自擴大工作范圍、無資質(zhì)施工、不設置監(jiān)護人員等行為進行嚴厲考核和追責，同時要加強運維人員技術(shù)水平和安全責任意識。上述案例4的事故屬于不辦理工作手續(xù)的無資質(zhì)作業(yè)人員惡性違章，現(xiàn)場安全管控力度不足和人員安全責任意識淡薄是發(fā)生事故的主要原因。

（3）農(nóng)光互補電站應提高設備本質(zhì)安全水平。農(nóng)光互補電站輸出功率受日照強度、晝夜和季節(jié)影響較大，提升設備本質(zhì)安全水平可以減少其對配電網(wǎng)的電壓波動和閃變。根據(jù)行業(yè)標準規(guī)范的要求，光伏并網(wǎng)逆變器需具備防孤島效應保護功能，但在防孤島效應保護方面的關(guān)鍵點是電網(wǎng)斷電的檢測，一旦發(fā)生逆變器損壞或檢測機構(gòu)出現(xiàn)功能缺陷，孤島區(qū)域內(nèi)則屬于防護盲區(qū)。因此，雖然逆變器具備孤島效應保護功能，仍應在并網(wǎng)點安裝孤島保護裝置，從而形成二次保護，提高設備的本質(zhì)安全水平。

4" " 結(jié)語

農(nóng)光互補電站在具備廣闊發(fā)展前景的同時，也存在工程建設期和運行期的各類安全生產(chǎn)風險隱患。辨識和防范各類安全風險，降低事故發(fā)生概率，減少事故造成的人身傷害和經(jīng)濟損失，從而保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定健康運行，既是安全工作者的使命，也是廣大人民群眾最基本的生活需求。工程建設運維單位、施工設計監(jiān)理單位、設備廠商等相關(guān)領(lǐng)域團隊凝心聚力，不斷提升安全生產(chǎn)管理和技術(shù)水平，將成為確保農(nóng)光互補電站長期安全穩(wěn)定運行、創(chuàng)造經(jīng)濟價值的不竭動力。

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收稿日期：2023-01-04

作者簡介：柏永昊（1988—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：電力安全。