浅谈储能电站安全生产隐患

（辽宁电力勘测设计院 辽宁沈阳 110179）

1． 前言

目前全国风电每年总的弃风量约占发电总量的30%左右。这其中，由于调度引起的弃电占一小部分，大部分是由风电不稳定因素造成的。解决这些问题的根本出路在于提高风电运行质量。目前比较一致的意见是发展储能技术，建设储能型风电场。储能系统具有动态吸收能量并适时释放的特点，能有效弥补风电的间歇性、波动性缺点，改善风电场输出功率的可控性，提升稳定水平。此外，储能系统的合理配置还能有效增强风电机组的低电压穿越能力、增大电力系统的风电穿透功率极限、改善电能质量及优化系统经济性。这样，电网系统受风电并网冲击降低，在不新增容量的情况下电网公司可以提高风电上网电量，甚至优先调度风电，可以大大的增加风能的利用率，符合国家的大力发展新能源战略。因此，建设和完善储能项目正逐渐成为发展新能源工程的又一趋势。

安全生产一直是工程项目建设中强调的重点，面对正在日益壮大的新能源工程领域，更需要我们加强对新兴工程建设细节的把握，从设计开始，并在建设、生产的全过程中认真做好防治工作，保证人身安全和工程的正常运行。

依据《中华人民共和国安全生产法》、《建设项目安全设施“三同时”监督管理暂行办法》、《辽宁省建设项目安全设施监督管理办法》等的有关要求，为贯彻“安全第一，预防为主、综合治理”的安全生产方针，确保风力发电场储能项目投产后符合有关法律法规要求，安全生产，本文对新能源储能电站生产过程中的相关危险、有害因素进行分析和辨识，为在设计和建设中解决储能电站安全生产问题提供途径。

2． 储能项目概况

2.1 储能系统组成

储能型风电场的储能系统一般包括蓄电池储能单元、电网接入系统、中央控制系统、环境控制单元等。其中，蓄电池储能单元是由储能电池组、电池管理系统（BMS）、储能逆变器、升压变压器和就地监控系统及储能电站监控系统等设备组成。

（1）电池部分：目前，蓄电池组多采用锂电池或者全钒液流电池方案。将蓄电池组划分成多个电池单元，每个单元与1台储能逆变器配套使用，行成一个独立的单元电池储能系统。每个单元电池储能系统能够独立被储能电站监控系统调度。

（2）变电部分：包括 35kV 出线设备、电气二次部分包括中央控制系统、直流系统、消防系统。

（3）土建部分：电气电池室或室外电池组基础，及厂区有关工程。

2.2 储能系统工艺流程

风电场风力发电机组借助风能所发电量经过机组箱式变压器，将机端电压由0.69kV升压至35kV后经集电线路集电后送入升压站35kV母线，经主变压器升压至高压侧电网电压，通过高压线路送出。蓄电池储能系统通过35kV电缆与风电场35kV 母线相连，风力发电机组的发电量可以通过启动储能系统，对蓄电池进行充电，将多余的电能转化成化学能；也可将系统储存能量通过蓄电池放电，将化学能转化成电能，整流后通过变压器升压至35kV，经35kV母线送到风电场主变压器低压侧，经主变压器升压后送入电网。如图2-1所示。

图2 -1 生产工艺流程图

3. 危险因素分析

根据《电力生产人身事故伤害分类与代码》（DLT518-2012），将人身事故伤害共分18类：物体打击、道路交通、机器工具伤害、起重伤害、触电、淹溺、灼烫、火灾、刺割、倒杆、高处坠落、坍塌、爆炸、受压容器爆炸、中毒和窒息、冻伤、辐射和其他等。本文针对风电场储能系统生产过程中的主要危险因素进行分析。

3.1 火灾

3.1.1 变压器火灾

绕组绝缘损毁产生短路（如老化、变质、绝缘强度降低、焊渣或铁磁物质进入变压器、制造质量不良等）；变压器主绝缘击穿（如操作不当引起过电压，压器内部发生闪络，密封不良，雨水漏入变压器，引线对油箱内距离不够等）；变压器长期超负荷运行，引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，造成匝间短路、相间短路或对地短路；变压器铁芯叠装不良、芯片间绝缘老化引起铁损增加，从而造成变压器过热。如此时保护系统失灵或整定值调整过大，就会引起变压器燃烧。

变压器线圈受机械损伤或受潮引起层间、匝间或对地短路；硅钢片之间绝缘老化或紧夹铁芯的螺栓套管损坏，使铁芯产生很大涡流，引起发热而温度升高，引发火灾。变压器油箱、套管等渗油、漏油、储油坑内卵石粒度不满足要求等，遇明火会导致燃烧事故。

3.1.2 电缆火灾

外部起火引起电缆着火：如起火引燃电缆；变压器、互感器等充油电器设备故障喷油引燃电缆；开关及电气设备短路引火引燃电缆；施工、检修的焊渣及可燃物燃烧引燃电缆等。

电缆本身故障引燃电缆：如电缆头爆炸短路；电缆中间头爆破；绝缘老化、强度降低，接地短路；质量不好；受腐蚀保护层破坏、绝缘降低；受潮或有气泡使绝缘层击穿短路；电缆制造时安装时曲率半径过小，绝缘受损鼠害，啮齿小动物等对电缆危害防范不力引起电缆短路等。

电缆密集区域可能因电缆散热或隔热情况不好引起电缆燃烧火灾；对电缆未采取隔离防火、阻燃措施；检修、施工、运行未严格遵守质量标准和规程；对易引起电缆着火的场所没有设置火灾自动报警和灭火装置。在挖掘施工中，疏于现场管理，野蛮施工等使电缆受到外力破坏，由于电缆绝缘损坏造成短路引燃电缆起火。

3.1.3 电池火灾

蓄电池在充放电过程中外部遇明火、撞击、雷电、短路、过充或过放等各种意外因素有发生火灾爆炸的危险性；蓄电池因过压或过流导致设备温度过高，形成引燃源；电池电解液温度上升，换热系统故障导致设备高温运行，如通风道堵塞、风扇损坏、安装位置不当、环境温度过高或距离外界热源太近，均可能导致蓄电池系统散热不良，影响设备安全运行，引发火灾。

3.1.4 其他火灾

断路器连接部分接触不良发热、闪弧，引起弧光接地过电压，使其相间、对地短路，甚至爆炸着火。配电装置的容量较大，存在短路、接地的危险因素，一旦发生短路、接地故障，虽然有良好的电气保护，如果保护失灵，事故的后果将十分严重，导致发生火灾爆炸事故。

储能系统有大量的电气设备，如逆变器、互感器等电气设备，如产品设计、制造工艺存在缺陷、隐患或操作、维护不当，可能引起明火最终导致爆炸或直接发生爆炸，爆炸产生的碎件可能会伤及周围的设备或人员。库房内存放的可燃物若接近开关、插座和照明灯具，并通风条件不好，都会引发火灾危险。

储能项目一般地处郊区，周边植物意外失火可能引燃站内设备，造成设备损坏及人员伤亡。直击雷放电的高温电弧、二次放电、巨大的雷电流、雷球侵入可直接引起火灾和爆炸，冲击电压击穿电气设备的绝缘等可间接引起火灾和爆炸。另外，运行人员违章操作或误操作、设备缺陷引起的短路、堆放物质杂乱和通风不良均有可能引起明火。

3.2 爆炸

蓄电池在充放电过程中会产生微量的氢气，氢气的爆炸极限4%～75.6%，范围较大，若在局部的封闭空间聚集，有发生爆炸的危险性。储能装置室内，长期运行电解水产生氢气，室内若通风不畅，氢气排除管道堵塞，致使室内或局部密闭空间内的氢气达到一定浓度，遇明火或静电放电火花，可能造成爆炸事故。若室内屋顶不够平整，造成氢气累积，遇明火有发生爆炸的可能性。

蓄电池在充放电过程中外部遇明火、撞击、雷电、短路、过充或过放等各种意外因素有发生爆炸的危险性。

储能系统箱式变压器装置若为带油设备，变压器装置内部故障时会引起电弧加温，有燃烧和爆炸的可能。

断路器、CT、PT等设备连接部分接触不良发热、闪弧，使其对地短路，容易引起瓷瓶爆炸起火。

电压互感器二次绕组短路，二次侧的阻抗大大减小，会出现很大的短路电流，使线圈严重发热甚至烧毁。严重时可能引起绝缘套管爆炸。

运行维修期间使用的可燃油料、乙炔等属于易燃易爆物品，以上物品由于管理、使用不当，造成泄露，其蒸汽和空气形成爆炸性混合物，一旦达到其爆炸极限，在遇到明火、高温、高热等热源时，就会发生爆炸事故。

气焊、切割用的氧气钢瓶和乙炔钢瓶应使用检验合格且在允许使用期限内的钢瓶，并且钢瓶安全附件如：安全帽、垫圈等应齐全，否则，钢瓶受到撞击、压力过高可能导致钢瓶发生爆炸。

3.3 触电

触电分为电击和电伤两种伤害形式。

储能系统电气设备很多，若电气线路、用电设备或手持移动式电气设备等因腐蚀、接地或接零损坏、失效、操作不当等，可导致绝缘性能降低或失效，在作业过程中都有可能引起触电伤害。

系统带有危险的直流和交流电压。而且，因为它是一种储能装置，即使当没接通电源或在系统关闭时，部分部件可能仍然处在带电状态。在打开或接触系统时，若没有穿戴好相应护具，可能发生触电危险。

电池模块放置的平台、基架之间的绝缘电阻较小，绝缘不良，可能发生漏电、触电事故。

电气系统产生过电压，包括操作过电压、雷电过电压等，均有可能引起电力、电气设备绝缘击穿，发生短路故障，导致人员伤亡。

电缆、变压器等电气设备停电后，未充分放电或未挂地线就进行作业，有可能发生触电伤害；电流互感器正常工作时，当二次侧开路时可能会感应出很高的电压，有造成触电伤害的可能。

人为误操作、违章操作。如带负荷断开隔离刀闸，将会引起两相或三相弧光短路，造成设备损坏和人身伤害等事故。操作人员与带电电气设备的裸露部分安全距离不足，可造成触电或短路弧光烧伤。

变压器及电缆的防雷系统失效未及时检修，在雷雨季节，风力发电机有遭受雷击损坏的可能。厂房接地装置布置不合理，雷雨季节可能导致厂房遭受雷击，导致设备过电压等。户内的电气设备以及高压配电设备，管理维护不当，有可能造成触电伤害。

3.4 中毒和窒息

电解液是储能电池的重要组成部分。

若室内温度控制不良，使电解液发生溶质析出现象，影响电池寿命。全钒液流电池电解液发生溶析现象时，理论上可能析出五氧化二钒、三氧化二钒、硫的氧钒三种盐，其中析出晶体有剧毒，工作人员在不知道的情况下有可能接触毒物，造成中毒。该析出晶体对呼吸系统和皮肤有损害作用。急性中毒可引起鼻、咽、肺部刺激症状，接触者出现眼烧灼感、流泪、咽痒、干咳、胸闷、全身不适、倦怠等表现，重者出现支气管炎或支气管肺炎。皮肤高浓度接触可致皮炎，剧烈瘙痒。慢性中毒长期接触可引起慢性支气管炎、肾损害、视力障碍等。此外，还可能对周围水体造成污染。

常用的锂离子电池电解液，一般是由有机溶剂和电解质（锂盐）组成。目前电解质有高氯酸锂（LiClO4）、六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LIBF4）等，其中六氟磷酸锂具有良好的导电性和电化学稳定性，是目前主流的电解质。可能产生有剧毒和腐蚀性的氟化氢（HF）气体，对皮肤、眼睛、粘膜有强烈刺激作用，吸入后可引起呼吸道炎症，肺水肿。

储能装置室可能采用制氮机对室内产生氢气进行吹扫。吹扫系统主要危险有害因素体现在的使用和维护上：在制氮机的运行过程中，会从设备外侧的气体排放口释放出氮气、以及高浓度的氧气。如果吸入了氮气以后可能会导致窒息，甚至会导致死亡，如果在氧气浓度非常高的气体氛围中使用烟火，则会发生爆炸性的火灾。

在制氮机的运行以及停止的过程中，设备（包括计测室设备）内可能会充满浓度非常高的氮气。若在制氮机的运行过程中没有开通排风扇，进行换气，进入内部以后可能会吸入氮气导致窒息，甚至会导致死亡。

制氮机运行过程中用到液态氮，若液态氮使用或保存不良，可能导致液氮储罐发生泄漏事故，并由此可能引发的低温冻伤、中毒窒息事故。根据泄漏的程度不同，分别设定为二种情况：1）小量泄漏事故：低温液体储罐、管道、阀门或安全阀等安全附件由于各种原因，造成气体轻微和少量泄漏，并且采取措施可以得到有效控制和消除。2）大量泄漏事故：低温液体储罐、管道、阀门或安全阀等安全附件由于各种原因，造成气体大量泄漏，可能引发中毒或窒息。

3.5 灼烫

蓄电池的电解液具有酸性，对设备具有腐蚀性。若电池外壳、电解液输送管道、储液罐的材料工艺耐腐蚀性达不到要求，导致设备腐蚀，若长期腐蚀严重而使电解液发生泄漏事故，严重时发生电解液喷溅，不能及时发现，酸雾挥发导致整个厂房内腐蚀性气体扩散，腐蚀设备；若不能及时有效的处理，导致事故扩大。

若运行维护人员在正常检修或事故情况下，未能穿防护服，带防护手套，可能造成对人体皮肤的腐蚀，造成人员伤害。电解液若沾到皮肤上，经过挥发由稀溶液变成浓溶液，其腐蚀性会增强。若不慎沾到皮肤或眼睛等，没有及时处理，可能导致严重烧伤。皮肤灼伤轻者出现红斑、重者形成溃疡，愈后癍痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤，甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。

储液罐及电解液输送管道因外力破坏情况下发生溶液的渗漏、喷溅或涌出现象，可能引发环境污染，设备腐蚀，人员灼烫等。

蓄电池正常运行，电解液长期流动也会对设备造成腐蚀，应定期对电解液储罐及输送管道进行维护，若维护不善可能导致设备因腐蚀严重而发生事故。

在制氮机的空气压缩机、MS 吸附器、加热器的周围有高温的部分。用手接触可能发生烫伤。

3.6 其他

电池系统测量温度、液面等数据的传输线受电磁干扰等影响可能产生测量误差，造成储能系统工作不正常。

在制氮机运行过程中，机械的周围以及有降压阀的周围会产生噪音，可能对健康产生危害。

电池管理系统故障，如模拟量测量功能失效、电池管理系统报警功能失效、电池管理系统保护功能失效、本地运行状态显示功能失效等，都有可能引发电池管理系统保护功能，不能及时发现电池或系统故障，引发更大的事故，导致电池组设备损坏等。

储能电站厂房内，应保证环境湿度不能超过国家标准规范要求，防止电子设备因空气湿度过大发生故障，从而造成安全生产事故。

除上述危险因素以外，与普通风力发电场升压站一样，新能源储能电站在生产过程中，在各个相应的生产场所还存在坍塌、物体打击、高处坠落以及机器工具伤害等危险因素，这里不做赘述。

4. 结论

开展风力发电场储能电站项目，并推动实际工程的应用，对提高间歇式电源接入能力的研究、提高电网效率、解决风电弃风、推进智能电网建设等有重要意义。本文通过分析新能源储能电站可能存在的安全生产隐患，可以使得项目在建设和生产过程中有的放矢采取相应的安全措施和设计方案，保证储能电站的安全生产，对建设和发展储能电站项目具有一定指导作用。