新能源光伏電站安全技術(shù)應(yīng)用研究

彭少衛(wèi)，葛 仝

（廣西建工集團第二安裝建設(shè)有限公司，廣西 柳州 545001）

新能源光伏電站在能源領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。然而，光伏電站的安全問題也備受關(guān)注。為了保障光伏電站的安全運行，研究人員和工程師們積極探索新能源光伏電站安全技術(shù)的應(yīng)用。本文將重點研究新能源光伏電站在配電網(wǎng)和消防系統(tǒng)中的安全技術(shù)應(yīng)用。

1 新能源光伏電站對配電網(wǎng)安全效果的影響分析

1.1 引起保護誤動或者拒動

新能源光伏電站的接入會對配電網(wǎng)的保護裝置產(chǎn)生影響，可能引起保護誤動或者拒動，進(jìn)而影響電網(wǎng)的安全性和可靠性。在光伏電站并網(wǎng)發(fā)電時，電網(wǎng)保護裝置需要快速判斷電網(wǎng)的狀態(tài)并采取相應(yīng)的保護措施，以防止電網(wǎng)發(fā)生過電流、過電壓、短路等故障。然而，由于光伏電站與傳統(tǒng)發(fā)電方式存在差異，其電壓和頻率的變化幅度可能較大，與電網(wǎng)的正常運行狀態(tài)存在一定的偏差。這種電壓和頻率的變化可能會導(dǎo)致保護裝置的誤動或者拒動。誤動指保護裝置錯誤地判斷電網(wǎng)存在故障并采取過保護措施，例如關(guān)閉線路或切斷電源；拒動則是指保護裝置無法正確判斷電網(wǎng)的故障并未采取保護措施，從而導(dǎo)致故障無法及時得到隔離和修復(fù)。保護裝置的誤動或者拒動可能對電網(wǎng)運行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。誤動會導(dǎo)致無故障的線路或設(shè)備被切斷，造成供電中斷，影響用戶的正常用電。而拒動則可能導(dǎo)致故障持續(xù)存在，進(jìn)一步損壞線路和設(shè)備，增加電網(wǎng)的故障范圍和隱患[1]。

1.2 造成電壓波動和閃變

光伏電站的發(fā)電是依靠太陽能的變化而產(chǎn)生的，在日照條件變化或云量浮動時，光伏發(fā)電的功率也會出現(xiàn)相應(yīng)的變化。這種功率變化會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的波動和閃變現(xiàn)象。電壓波動是指電壓在短時間內(nèi)出現(xiàn)較大的波動，可能超出電壓穩(wěn)定范圍。而電壓閃變是指電壓瞬時性的變化，可能對敏感設(shè)備產(chǎn)生影響。這些電壓的變化可能對電網(wǎng)的負(fù)荷平衡造成挑戰(zhàn)，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。同時，對于一些對電壓變化敏感的設(shè)備，如計算機、醫(yī)療設(shè)備等，電壓閃變可能會導(dǎo)致設(shè)備故障或不穩(wěn)定運行[2]。

2 新能源光伏電站安全技術(shù)在消防系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

2.1 新能源光伏電站在消防系統(tǒng)中的安全隱患

光伏電站的高溫、干燥環(huán)境以及易燃材料的使用，使得光伏電站的火災(zāi)風(fēng)險較高。尤其當(dāng)電站發(fā)生故障或缺陷時，可能導(dǎo)致電纜短路，進(jìn)而發(fā)生火災(zāi)。光伏電站經(jīng)常處于戶外，其電纜線路、開關(guān)柜等故障部位暴露在外，容易受到外力撞擊或腐蝕。這些部位的故障可能造成火災(zāi)或短路，對電站的穩(wěn)定運行和人身安全造成威脅。光伏電站的電子設(shè)備對溫度和室內(nèi)環(huán)境有一定的要求。一旦室內(nèi)溫度過高或遭遇火災(zāi)等情況，這些設(shè)備可能在較短時間內(nèi)被損壞，造成重大損失。

2.2 光伏電站類型以及火災(zāi)風(fēng)險

2.2.1 光伏電站類型

光伏電站根據(jù)規(guī)模、布局和用途的不同可以分為以下幾種類型：

1.分布式光伏電站：分布式光伏電站通常安裝在建筑物的屋頂、停車棚或地面上，用于為建筑物自身供電或向附近的用電設(shè)施提供電能。這些電站規(guī)模相對較小，通常是以小型光伏組件或光伏陣列形式布置。由于規(guī)模較小，火災(zāi)風(fēng)險較低，但仍需進(jìn)行日常的消防安全管理和隱患排查[3]。

2.集中式光伏電站：集中式光伏電站一般是在大型場地（如荒漠或農(nóng)田）上建設(shè)，規(guī)模較大，主要以大型光伏組件或光伏陣列形式布置。這些電站由多個光伏陣列組成，集中供電給電網(wǎng)。由于規(guī)模較大，設(shè)備布局復(fù)雜，火災(zāi)風(fēng)險相對較高，需要加強故障排查、設(shè)備維護和消防設(shè)施設(shè)置。

3.屋頂光伏電站：屋頂光伏電站是一種常見的光伏電站類型，安裝在各種建筑物的屋頂上，如住宅、商業(yè)建筑和工業(yè)廠房等。這些電站往往規(guī)模較小，使用光伏組件或薄膜太陽能電池板作為發(fā)電設(shè)備，供給建筑物自身用電或饋入電網(wǎng)。火災(zāi)風(fēng)險由于規(guī)模較小而較低，但需要注意光伏組件和電纜的正常運行和防火措施。

2.2.2 火災(zāi)風(fēng)險

光伏電站作為新能源設(shè)施，盡管其整體火災(zāi)風(fēng)險相對傳統(tǒng)能源設(shè)施較低，但仍存在一定的火災(zāi)風(fēng)險。以下是光伏電站可能面臨的火災(zāi)風(fēng)險：

1.電池組件故障：光伏電站的核心部件是太陽能電池組件，如果存在質(zhì)量問題、設(shè)計缺陷或制造瑕疵，可能導(dǎo)致電池組件過載、短路或發(fā)熱，從而引發(fā)火災(zāi)。

2.電纜故障：光伏電站中的電纜是連接各個組件和逆變器的重要部分。如果電纜受到外力損壞、老化、短路或過載，可能導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

3.逆變器故障：光伏電站的逆變器負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電供電給電網(wǎng)。如果逆變器存在設(shè)計缺陷、過載或電氣故障，有可能引發(fā)火災(zāi)。

4.防火措施不足：光伏電站的設(shè)備和組件往往分布在廣闊的區(qū)域內(nèi)，消防設(shè)施可能不夠完備，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生后撲滅困難。

5.外界因素：光伏電站在戶外環(huán)境中運行，可能受到自然災(zāi)害（如雷擊、風(fēng)災(zāi)等）或惡劣天氣條件的影響，加劇火災(zāi)風(fēng)險。

為應(yīng)對光伏電站的火災(zāi)風(fēng)險，消防系統(tǒng)應(yīng)用了一系列技術(shù)和措施。其中包括：安裝火災(zāi)報警系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)跡象并觸發(fā)警報；配備自動滅火系統(tǒng)，如噴淋系統(tǒng)或氣體滅火系統(tǒng)；設(shè)置合理的消防通道和逃生通道，確保人員疏散安全；建立完善的災(zāi)后處理預(yù)案，包括火災(zāi)撲滅、應(yīng)急救援、設(shè)備維修等。同時，加強火災(zāi)風(fēng)險評估、定期的設(shè)備檢測和維護，以及對人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和消防演練，也是減少火災(zāi)風(fēng)險的重要手段。通過有效的火災(zāi)預(yù)防和控制措施，可以保障光伏電站的安全運行，同時最大限度地降低火災(zāi)對設(shè)施和人員的危害。

3 新能源光伏電站在消防系統(tǒng)中的安全技術(shù)措施

3.1 建立健全的監(jiān)管機制

政府需要制定具體的監(jiān)管政策，加強對光伏電站的事故應(yīng)急預(yù)案、防火限高制度、防范外部因素等方面的監(jiān)管，對違規(guī)單位和個人依法進(jìn)行嚴(yán)格的懲處。在政策制定方面，政府還需要借鑒其他國家和區(qū)域的經(jīng)驗，不斷完善監(jiān)管機制。生產(chǎn)單位需要建立健全的消防安全管理體系，采取必要的技術(shù)和措施，規(guī)范生產(chǎn)和施工過程，包括加強對電池組件、逆變器、電纜及其附件的檢測和質(zhì)量監(jiān)督管理，確保配置符合規(guī)范的消防設(shè)施、消防設(shè)備和安全設(shè)備，以及加強員工的消防安全培訓(xùn)等。施工單位需要根據(jù)詳細(xì)的設(shè)計文件和安全監(jiān)理要求，進(jìn)行施工方案的制定和實施，配備專業(yè)的施工人員和工具設(shè)備，嚴(yán)格按照規(guī)范組織施工作業(yè)，確保消防設(shè)施和安全裝置安裝合理、穩(wěn)固、牢固。檢驗機構(gòu)作為第三方評估單位，應(yīng)加強對光伏電站的消防安全檢測和評估工作，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性、客觀性和可行性，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)[4]。

3.2 建立安全事故防范系統(tǒng)

針對光伏電站可能發(fā)生的安全事故，建立完善的預(yù)防和應(yīng)急處理機制。光伏電站引入智能監(jiān)測系統(tǒng)，利用先進(jìn)的傳感器和監(jiān)控設(shè)備實時監(jiān)測關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。通過建立自動化滅火系統(tǒng)，中心區(qū)域和關(guān)鍵設(shè)備可自動觸發(fā)噴淋或氣體滅火裝置，以迅速撲滅火災(zāi)并避免火勢蔓延。此外，光伏電站還建立了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，以便及時響應(yīng)和處理事故情況。同時，電氣火災(zāi)防護也被強化，采用阻燃材料和電弧保護裝置，有效防止電氣設(shè)備引發(fā)火災(zāi)。定期維護機制確保設(shè)備的正常運行，并開展安全培訓(xùn)與演練提升員工的安全意識和應(yīng)急處理能力。光伏電站還制定詳細(xì)的災(zāi)害事故應(yīng)急預(yù)案，確保在發(fā)生火災(zāi)等緊急情況時能迅速、有效地進(jìn)行救援和處理。通過建立全面的安全事故防范系統(tǒng)，光伏電站能夠提高監(jiān)測、預(yù)警和處理能力，有效降低火災(zāi)風(fēng)險，保障設(shè)施、設(shè)備和人員的安全。

3.3 加強光伏電站的消防安全管理和培訓(xùn)

光伏電站需要建立完善的消防管理制度，明確消防安全責(zé)任分工和操作規(guī)程，確保各級人員的消防安全意識和責(zé)任意識。要加強消防設(shè)備的日常檢查和維護工作，確保消防設(shè)備處于正常工作狀態(tài)，并定期進(jìn)行消防設(shè)備的演練和實踐操作，提高員工對消防設(shè)備的熟悉程度和操作能力[5]。同時，還要定期組織針對消防安全的培訓(xùn)和教育活動，包括消防知識的普及、消防逃生演練和應(yīng)急處理技能的培訓(xùn)，提高員工的消防安全意識和應(yīng)對能力。此外，建立安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化體系，制定詳細(xì)的消防安全操作規(guī)程和操作流程，對設(shè)備的布局、通道的設(shè)置、材料的儲存等方面進(jìn)行規(guī)范要求，確保消防安全管理的全面實施。通過加強光伏電站的消防安全管理和培訓(xùn)，能夠提高員工的消防安全意識、技能和應(yīng)對能力，確保光伏電站的消防安全措施得到有效執(zhí)行，最大程度地預(yù)防和減少火災(zāi)事故的發(fā)生，保障人員和設(shè)施的安全。

3.4 加強對設(shè)備的安全檢查

在日常運營過程中，光伏電站設(shè)備的故障和損壞情況可能會給消防安全帶來潛在危險，因此，必須加強對設(shè)備的安全檢查。為了確保安全，可以定期對電站內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備，如電池組件、逆變器、電纜等進(jìn)行安全檢查，包括檢查設(shè)備的外觀、內(nèi)部構(gòu)造、電氣連接是否穩(wěn)固可靠等。同時，還可以設(shè)置自動化監(jiān)控系統(tǒng)，對設(shè)備的運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常狀況，以確保設(shè)備的安全可靠運行。此外，還需要建立設(shè)備檔案，記錄設(shè)備的基本信息、保養(yǎng)運行狀況及維護保養(yǎng)記錄，對設(shè)備進(jìn)行全面的評估和分析，采取有針對性的維護保養(yǎng)措施。通過加強對設(shè)備的安全檢查，能夠及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備的問題，有效地預(yù)防和減少火災(zāi)事故的發(fā)生，確保光伏電站的消防安全。

4 新能源光伏電站的智能化運維的管理機制和系統(tǒng)部署

4.1 光伏發(fā)電站智能化運行和維護的管理核心內(nèi)容

光伏電站需要建立完善的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，實時采集光伏發(fā)電設(shè)備的運行數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)和氣象數(shù)據(jù)等，通過數(shù)據(jù)分析和算法模型，準(zhǔn)確判斷設(shè)備運行狀態(tài)和性能，發(fā)現(xiàn)潛在問題和異常情況。光伏電站要建立遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對發(fā)電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測、遙控和調(diào)度，能夠快速響應(yīng)異常情況和故障，并進(jìn)行遠(yuǎn)程處理，提高運維效率和減少維修時間。同時，在管理方面，光伏電站需要制定維護保養(yǎng)計劃和標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，確保設(shè)備的定期維護和檢修，減少故障發(fā)生。此外，還應(yīng)建立設(shè)備檔案和故障數(shù)據(jù)庫，記錄設(shè)備的歷史維護記錄和故障信息，為運維決策和問題解決提供依據(jù)。通過光伏電站智能化運行和維護的管理核心內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)對光伏發(fā)電設(shè)備的精準(zhǔn)管理和高效運維，提高發(fā)電效率和可靠性，降低運維成本和風(fēng)險[6]。

4.2 新能源光伏發(fā)電站智能運行和維護管理的系統(tǒng)構(gòu)成

在光伏發(fā)電站的智能運行和維護管理中，系統(tǒng)構(gòu)成包括以下幾個方面。首先，數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測系統(tǒng)，用于實時采集光伏電站的運行數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)和氣象數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)是智能運維系統(tǒng)的基礎(chǔ)，用于監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)異常情況和優(yōu)化發(fā)電效率。其次，數(shù)據(jù)分析和算法模型系統(tǒng)，通過對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，建立算法模型，進(jìn)行故障預(yù)警、性能評估和優(yōu)化等工作，提高光伏發(fā)電設(shè)備的運行效率和可靠性。再次，遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制系統(tǒng)，通過云平臺和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對光伏發(fā)電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遙控和調(diào)度，實時響應(yīng)異常情況和故障，提高運維效率。此外，還包括設(shè)備檔案和故障數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于記錄設(shè)備的維護保養(yǎng)情況和故障信息，為運維決策和問題解決提供參考。最后，智能化運維管理系統(tǒng)，集成上述各個系統(tǒng)的功能，提供統(tǒng)一的操作界面和管理平臺，實現(xiàn)對光伏電站的全面管理和監(jiān)控。通過系統(tǒng)構(gòu)成的完善，新能源光伏發(fā)電站能夠?qū)崿F(xiàn)智能運行和維護管理，提高發(fā)電效率、降低運維成本，并確保設(shè)備的可靠運行。

5 結(jié)語

智能化運維對于提高光伏電站的發(fā)電效率和可靠性，降低運維成本和風(fēng)險具有關(guān)鍵意義。在當(dāng)前新能源發(fā)展的背景下，采用智能化運維管理機制和系統(tǒng)部署，可以有效提高光伏電站的運行效率和監(jiān)控能力，縮短設(shè)備維護時間，降低人為因素對設(shè)備性能的影響，并最終實現(xiàn)光伏產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，不斷探索和推廣光伏電站的智能化運維管理機制，引入新技術(shù)、新思路，提升運維管理水平和運維效率，已成為當(dāng)前光伏企業(yè)的重要發(fā)展方向。