光伏电站火灾危险性分析及防火对策

2013 年第 8 期 消 防 技 术 与 产 品 信 息

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光伏电站火灾危险性分析及防火对策

苏明涛

( 青岛市消防支队，山东 青岛 266071)

摘要: 随着全球能源短缺和环境污染问题日益突出，太阳能光伏产业发展迅速，由于光伏电站是近几年发展的新兴产 业，工程建设涉及消防设计等一系列问题。本文介绍了光伏电站的分类、组成、火灾危险性，并有针对性的提出了安全措 施和消防设施等设计要求，为此类建筑的消防设计和安全管理提供了参考。 关键词: 消防; 光伏电站; 火灾危险性; 防火对策

世界常规能源供应日益短缺，石化能源的大量开 发利用已成为环境污染和人类生存环境恶化的主要原 因之一。太阳能资源丰富、分布广泛，是最具发展潜力 的可再生能源。太阳能光伏发电因其清洁、安全、便 利、高效等特点，成为世界各国普遍关注和重点发展的 新兴产业。近年来，我国太阳能光伏发电技术得到了 快速发展，截 止 2010 年，我国累计光伏 装机量达到 800 MW，当年新增装机容量达到 500 MW。

伏系统和独立光伏系统。

( 2) 光伏系统按是否具有储能装置，分为带有储 能装置系统和不带储能装置系统。

( 3) 并网光伏系统按是否允许通过供电区变压器 向主电网馈电，分为逆流光伏系统和非逆流光伏系统。

( 4) 光伏发电系统按是否与建筑结合，分为与建 筑结合的光伏发电系统和地面光伏发电系统。 1. 2 光伏系统构成

光伏发电站一般由光伏方阵、平衡系统、升压站 ( 或开关站〉、就地逆变升压站和场内集电线路组成， 主要有综合控制室、变配电站、水泵房、汽车库、警卫室 等站房。

( 1) 光伏方阵。光伏方阵是将光伏组件安装在支 架结构上，通过对光伏组件适当的串联然后并联，形成 含一个或若干个光伏发电单元的阵列。

光伏组件是将多个电气连接的太阳电池经封装形 成在光照下具有额定的电压、电流输出的单元，是光伏 发电系统中可独立应用的最小发电单元。光伏组件分 为晶体硅光伏组件、薄膜光伏组件和聚光光伏组件三

1 太阳能发电的类型及构成

太阳能发电分为光热发电和光伏发电。光热发电 是将太阳能转换为热能，然后按常规方式发电，光热发 电在西班牙等国家得到了广泛应用。太阳能光伏发电 指利用太阳电池将太阳辐射能直接转换成电能，目前 我国主要采用太阳能光伏发电。 1. 1 光伏系统分类

光伏系统除了按照发电容量划分外，还按照以下 方式分类:

( 1) 光伏系统按是否接入当地电网，分为并网光 ( 5) 建立完善的消防安全管理制度，制定灭火和 应急疏散电子化可视预案。加强对员工“四个能力” 的培养和提高。

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪

天性隐患。水能载舟亦能覆舟，性能化论证方法也是 如此，只有采取正确的方法，灵活运用，才能使性能化 论证方法达到其最大功效。 参考文献:

［1 ］ GB 50045 － 95 ( 2005 年版) ，高层民用建筑设计防火规

S ］． 范［

［2 ］ GB 50084 － 2001 ( 2005 年版) ，自动喷水灭火系统设计

S ］． 规范［

收稿日期: 2013-05-16; 修回日期: 2013-07-16 作者地址: 西安市高新区科技七路 10 号 电话: [1**********]

5 结束语

通过上述案例可以看到，性能化论证的方法为解 决城市商业综合体建筑的快速发展与滞后的技术规范 之间的矛盾提供了一条有效途径，使得两者能够在动 态变化中达到一种平衡，但同时也应该清醒地认识到， 商家在进行项目建设时，为了实现利益最大化，将性能 化论证的方法作为规避规范的一种手段，埋下许多先

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苏明涛: 光伏电站火灾危险性分析及防火对策 2013 年第 8 期

种类型。

表 1 建( 构) 筑物火灾危险性分类及耐火等级

( 2) 平衡系统。在光伏发电系统中，除光伏组件、 变压器以外的其他设备和系统，如汇流箱、逆变器、蓄 电池、连接器、配电柜及所有的其他光伏系统配件等， 均属平衡系统。

汇流箱指将一定数量规格相同的光伏组件串联起 来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并 联汇流后接入的装置。

逆变器指将光伏阵列的直流电转化为交流电，同时 又

3 防火措施

根据《火力发电规范》，结合光伏电站的电气设备

特性，光伏电站应采取以下防火措施:

具备各种保护功能并在满足特定的条件下能够实现自 动并3. 1 总平面布置 网的装置。目前单个逆变器容量一般不超过 1 MW 。 ( 3) 光伏发电站的站址选择应根据国家可再生能源中 长

变压器。光伏电站的变压器可分为两部分， 期发展规划、太阳能资源、接入电网、环境保护等因 素全

一是升压站主变压器，二是就地升压变压器。就地升 面考虑，电站内的建( 构) 筑物与电站外的建( 构) 筑物、压变压器装于逆变器交流输出端和公共电网 ( 或负 荷) 间，将逆变器输出的交流电升压为符合公共电网 或负荷要求的交流电。例如，位于青海省格尔木市的 光伏电站升压站设有 110 kV ，330 kV 主变压器，通过 330 kV 出线系统接入附近主干电网。

( 4) 集电线路。集电线路指在分散逆变、集中并 网的光伏发电系统中，将各个逆变器后输出的交流电 能汇集到并网站点的输电线路。

综上所述，光伏发电是将一定数量的光伏组件成 串，通过直流汇流箱多串汇集，经逆变器逆变与升压变 压器升压成符合电网频率和电压要求的电源。由一定 数量的光伏组件———直流汇流箱———逆变器———就地 升压变压器的集合体构成为一个发电单元，光伏发电 站就是由多个发电单元组合而成的。

堆场、储罐之间的防火间距应符合《建规》的规 定。大、中型光伏发电站内的消防车道宜布置成环形， 当为尽端式车道时，应设回车场地或回车道。

3. 2 变压器及其他带油电气设备防火措施

( 1) 由于带油电气设备在使用过程中容易引发火 灾，为了防止火势蔓延到贴邻建( 构) 筑物，在与其他 建( 构) 筑物贴邻侧应设置防火墙

［1］

。

( 2) 屋内单台总油量为 100 kg 以上的电气设备， 屋外单台油量为 1 000 kg 以上的电气设备，应设置贮 油或挡油设施，贮油设施内应铺设卵石层。 3. 3 电缆防火措施

由于光伏电站占地面积大，电缆分布广，无法针对 电缆设置固定的灭火装置，在电缆沟道内应采用防火 分隔和阻燃电缆作为应对电缆火灾的主要措施，集中 敷设于沟道、槽盒中的电缆宜选用 C 类或 C 类以上的 阻燃电缆。

［1］

2 火灾危险性分析

光伏电站火灾危险性较大的设备有汇流箱、逆变 器、3. 4 光伏电站运行和维护安全

( 1) 运行和维护人员应具备相应的专业技能。维 蓄电池、连接器、配电柜及变压器，易发生电气火灾。 光伏电站内的主要建筑为综合控制室、变配电站，对于 电压为 35 kV 以上，单台变压器容量为 5 000 kV ·A 及以 上的变电站，变压器规模属于 GB 50229 － 2006《火力 发电厂与变电站设计防火规范》

［1］

护前必须做好安全准备，断开所有应断开开关，确保电 容、电感放电完全，必要时应穿绝缘鞋，带低压绝缘手 套，使用绝缘工具，工作完毕后应排除系统可能存在的 事故隐患。

( 2) 由于组件的特殊性，在接收辐射时，就会产生 电压。光伏阵列串联后形成高压直流电，如不慎与人 体形成环路，将会造成重大安全事故。一般在将光伏 阵列接入系统前应保持组串处于断路状态，接入系统 后在汇流箱( 盒) 开关关断的情况下进行连接。在施 工过程中，应用遮挡物将光伏组件进行遮挡，遮挡有困 难时，施工人员应配备好安全防护用品，确保安全。

( 3) 为防止设备过热、短路等事故，光伏电站主要 部件周围不得堆积易燃易爆物品。

( 以下简称《火力发 电规范》)

的适用范围，其消防设计可参照该 规范执 行，其他变电站的消防设计应当执行 GB 50016 － 2006

［2］

《建筑设计防火规范》( 以下简称《建规》) 。

结合光伏发电站内建筑物的特性，参照《火力发电 规范》，光伏电站的建( 构) 筑物火灾危险性分类及耐火 等级如表 1

［1］

。当电缆夹层电缆采用 A 类阻燃电缆时， 其火

灾危险性可为丁类; 当综合控制室未采取防止电缆 着火后延伸的措施时，火灾危险性应为丙类; 配电装置 楼和屋外配电装置根据设备含油量确定火灾危险性。

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3. 5 消防设施

3. 5. 1 消防给水 电站的规划和设计，应同时设计消防

给水系统，消

防水源应有可靠的保证，消防给水量应按火灾时一次 最大消防用水量的室内和室外消防用水量之和计算。 以下情况可不设置:

( 1) 光伏方阵区( 含逆变器升压室) 宜不设置消 防水系统。光伏阵列区主要由电气设备构成，白天直 流侧始终带电，不适合用水灭火。

( 2) 参照《火力发电规范》，变电站户外配电装置 区域( 采用水喷雾的主变压器消火栓除外) 可不设消

火

［1］ 栓。

( 3) 根据《建规》的规定，电站内建筑物满足耐火 等级不低于二级，体积不超过 3 000 m，且火灾危险性 为戊类时，可不设室内外消防结水

3

［2］

3

菏泽消防发明多功能水枪

消防水枪是消防官兵灭火作战不可或缺的伙伴。 但随着近年来各种大型工业、建筑企业发展迅速，火灾 形势多种多样，原来的水枪已经有些难以胜任，暴露出 种种缺点。为此菏泽市消防支队单县消防大队徐畅结 合火灾特点和日常灭火战术需求，研发设计了既能提 升灭火效率，又可保护官兵免受伤害的多功能实用型 消防水枪。

据介绍，徐畅发明的新型消防水枪，区别于现在通 用的消防水枪。其改变了水枪的单一功能，实现了多 种功能之间简便灵活地转换: 在灭火救援时，不用减水 压就可以根据火场需求快速更换水枪长度和喷头射水 方式，得到水幕、开花、直流、消烟等最佳灭火效果的射 流。既减少了水渍流失和灭火时间，还大大提升了部 队战斗力和攻坚打赢能力。目前该水枪已被菏泽市消 防部门全面推广。

徐畅发明的多功能水枪，其工作原理是通过伸缩 杆的伸缩从而达到快速更换水枪长度和调节水枪喷头 改变射流方式的目的，无须频繁更换枪头，方便实用。 目前，这种新型多功能水枪已申请国家专利。 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 3. 5. 4

消防供电、应急照明及灭火器

为保证消防供电的安全性和消防系统的正常运 行，消防水泵、火灾报警、火灾应急照明应按Ⅱ类负荷 供电，电站主控室、配电装置室应设置火灾应急照明和 疏散标志，电站应按 GB 50140 － 2005《建筑灭火器配 置设计规范》的要求设置灭火器。

。

地面光伏电站的单体建筑物体积一般都小于 3 000 m ，监控系统功能完备，值班人员少，建筑物分 散。大型地面光伏电站一般多建于西北荒漠地区，干 旱缺水，生活用水多采用汽车运输方式，水的使用成本 髙，难以设置水消防系统。

3. 5. 2 自动灭火设施 参照《火力发电规范》，单台容

量为 125 MV·A 及

以上的主变压器应设置水喷雾灭火系统、合成型泡沫 喷雾系统或其他固定式灭火装置。其他带油电气设 备，宜采用于粉灭火器

［1］

。

油浸变压器的油具有良好的绝缘性和导热性，变 压器油的闪点一般为 130℃ ，是可燃液体，当变压器内 部故障发生电弧闪络，油受热分解产生蒸气形成火灾， 需设置水喷雾等自动灭火系统，在缺水、寒冷、风沙大、 运行条件恶劣的地区，可以选用排油注氮灭火装置和 合成泡沫喷淋灭火系统，对于户内封闭空间内的变压 器也可采用气体灭火系统。对于中、小型变电站，自动 灭火系统费用相对较高，可选用灭火器。 3. 5. 3 火灾自动报警系统

光伏发电站火灾危险源主要是电缆及电气类设 备，因光伏电站发电量由太阳辐射大小决定，其电气设 备负荷及电缆载流量也随太阳辐射量的变化而变化， 早 晚为零，中午接近设计值，因此光伏发电站火灾发生 概率较常规火电厂小许多。参照《火力发电规范》，结 合光伏发电站特性，可在大型光伏发电站或无人值守 电站设置火灾报警系统。主控室、继电器设备室、无功 补偿室、配电装置室可选用感烟火灾探测器，主变压器 ( 室内) 、电缆层和电缆竖井可选用线型感温火灾探 测器。

4 结束语

光伏发电是近年来发展的新兴产业，是解决未来 能源需求的重要途径。由于目前尚没有制定专门的光 伏发电站防火设计规范，本文结合《建规》和《火力发 电规范》的 有关规定对电站从分类、组成、火 灾危险 性、总平面布置、安全措施和消防设施等方面进行了阐 述，为设计人员和消防审核人员提供了参考。 参考文献:

［1 ］ GB 50229 － 2006，火 力发电厂与变电站设计防火规范

［S ］．

［2 ］ GB 50016 － 2006，S ］． 建筑设计防火规范 ［收稿日期: 2013-04-23; 修回日期: 2013-07-16 作者地址: 山东省青岛市市南区金湖路 16 号 电话: [1**********]