陳祺煒 王曉峰 劉洪亮 高 飛 蔡可慶

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

2021年，“碳達峰、碳中和”首次進入政府工作報告，國家電網(wǎng)公司積極響應，率先垂范，推動建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，大力發(fā)展綜合能源、港口岸電等儲能關聯(lián)業(yè)務以穩(wěn)定和優(yōu)化用戶用能服務，同時大規(guī)模投入儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調峰調頻，實現(xiàn)毫秒級功率調節(jié)，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。但是，隨著電化學儲能的規(guī)?；瘧?，其消防安全問題愈發(fā)引人注目，如2021年4月16日，北京豐臺區(qū)一儲能電站在調試階段起火爆炸，造成2人死亡。因此，本文從建設流程入手，重點把握施工圖階段的平面布置和消防配置“兩個要點”，出廠檢驗階段的短路、過充、過放試驗“三個合格”以及施工階段的應急預案、開箱檢查、安裝調試和三級自檢“四個關鍵”，打造了一套重點突出、可執(zhí)行性強、適用性廣的安全建設管理流程。

1 施工圖會審定基調

1.1 儲能電站基本情況

金牛湖（桂山變）綜合能源站配置了100 kW/200 kW·h儲能、20 kW光伏和240 kW充電樁，其中儲能電池和儲能變流器（PCS）系統(tǒng)放置在預制艙內部，并同場地放置控制機柜存放工控機和電池監(jiān)控系統(tǒng)，采集和記錄電池運行數(shù)據(jù)并對電池進行管理。該綜合能源工程儲能單元配置與傳統(tǒng)儲能電站相似，故安全建設管理流程具有適用性。

1.2 總平布置要求

考慮到電池預制艙火災危險性較大，圖紙會審時應當結合GB 50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》[1-2]，根據(jù)儲能電站的規(guī)模、地理位置和變電站的關系，對施工圖紙中儲能艙的總平布置提出如下要求：

（1）儲能站站址經(jīng)過初步設計評審后已經(jīng)定型，應復核周邊是否有新建的甲、乙類廠房。

（2）電池預制艙應集中單層布置，與其他功能區(qū)分開，避免造成大范圍火災損失。

（3）電池預制艙與站內其他構筑物防火間距應不小于表1的規(guī)定，如果用地緊張，應考慮建設實體圍墻和防火墻，其長度和高度應該超過預制艙外廓各1 m。

表1 電池預制艙與站內其他建（構）筑物、設備的間距

根據(jù)上述要求，金牛湖（桂山變）綜合能源站總平布置如圖1所示。

1.3 防火設計要求

艙體內防火應當根據(jù)T/CEC 373—2020《預制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術規(guī)范》配置足夠數(shù)量的消防報警、探測和滅火裝置[3-5]。

（1）電池預制艙內應設置可燃氣體探測器、溫感探測器和煙感探測器，每種探測器不應小于2個。

（2）電池預制艙內應設置固定式自動滅火系統(tǒng)。

（3）電池預制艙應設置凈寬度不小于0.9 m的外開門。

（4）艙內應設置至少2套防爆型通風裝置，排風口至少上下各1處。

（5）室外消火栓采用地上式，數(shù)量不少于2個，設計流量不應小于20 L/s。

金牛湖（桂山變）綜合能源站儲能艙內部的總平面布置如圖2所示。

圖2 金牛湖（桂山變）綜合能源站儲能艙總平圖

儲能預制艙被分割為兩部分，一個房間安裝儲能機柜及蓄電池組機柜，另一個房間安裝光伏逆變器，兩個房間均配置了煙感探測器、手動報警按鈕和聲光報警器，滅火器箱布置于儲能艙角落。艙內配置了一套無管網(wǎng)七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，能夠在68 ℃高溫條件下自動噴灑滅火，也可以接收火災報警控制主機的控制信號。消防設備信號已接至控制艙內的消防主機，通過智能輔助信號上傳至遠端監(jiān)控平臺。整站的滅火控制原理如圖3所示。

圖3 金牛湖（桂山變）綜合能源站滅火控制原理

2 出廠試驗強基礎

磷酸鐵鋰儲能電池在遭遇長時間過熱、短路或過度充放電等濫用工況時，會在熱行為、電化學行為上發(fā)生一系列副反應，并同步推高電池溫度，最終導致電池熱失控和燃燒。因此，電池出廠前應當要求廠家提供型式試驗報告或在廠內抽樣做過充、過放和短路試驗，在確保合格的情況下運輸至現(xiàn)場安裝。本章簡要介紹三種出廠試驗的試驗方法和判斷標準。工程采購的電池模塊具體參數(shù)如表2所示。

表2 磷酸鐵鋰電池單體技術規(guī)格

2.1 過充、過放試驗

當電池過充時，鋰離子大量脫出，形成較大的極化電阻和電勢，使電池電壓快速升高，釋放大量的氧氣和熱量，使電解液分解和集流體腐蝕，產(chǎn)生的氣體和熱量會使電池發(fā)生燃燒甚至爆炸[6]。

電池單體過充試驗按照下列步驟進行：

（1）電池單體初始化充電；

（2）電池單體以271 A恒流充電至電壓達到電池充電終止電壓的1.5倍或時間達到1 h時停止充電；

（3）觀察1 h，記錄是否有膨脹、漏液、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。

如未起火和爆炸，試驗合格，過放電試驗步驟類似，第二步調整為電池單體以恒流271 A放電至時間達到90 min或電壓達到0 V時停止放電，如未起火和爆炸，試驗合格。

2.2 短路試驗

電池模組短路后，短接線或模組內部金屬連接件易在短時間內被大電流熔斷，各串聯(lián)節(jié)點電壓出線驟減，使電池模組積聚熱量，進一步造成熱失控與燃燒[7]。

電池單體短路試驗按照下列步驟進行：

（1）電池單體初始化充電；

（2）將電池單體正、負極經(jīng)外部短路10 min，外部線路電阻應小于5 mΩ；

（3）觀察1 h，記錄是否有膨脹、漏液、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。

如未起火和爆炸，試驗合格。

以上三種試驗是模擬環(huán)境和人為因素導致磷酸鐵鋰電池內部熱失控的情況，也是現(xiàn)有的儲能電站燃燒、爆炸事故的根本原因。因為金牛湖（桂山變）綜合能源工程采購的電池容量較小，廠家安排出廠試驗和定期抽檢合并，抽樣后的單體樣品在過充試驗后如圖4所示，未發(fā)生膨脹、漏液、冒煙、起火、爆炸現(xiàn)象。

圖4 過充電試驗后的樣品圖片

在保證檢測合格的同時，也要加強電池管理系統(tǒng)的風險預警監(jiān)測和對電池充放電的可靠控制。

3 施工安全管控補漏洞

當施工圖審核通過、電池出廠試驗合格，施工項目部將組織設備、器材、人員進場按圖施工?？紤]到現(xiàn)場施工人員的素質和態(tài)度良莠不齊，因為安裝調試失誤而造成的儲能電站安全事故屢見不鮮。為了便于現(xiàn)場施工標準化管理，本章提出了一套標準化施工安全管控措施。

3.1 應急預案

進場前由施工項目部技術員因地制宜地制定火災等事故應急預案，經(jīng)過施工、監(jiān)理、業(yè)主項目部負責人審批合格后執(zhí)行。

金牛湖（桂山變）綜合能源站施工應急預案中對工作場所、事故特征、崗位職責、處置措施和注意事項進行了明確闡述，提出了諸如發(fā)生火災和冒煙時第一時間拉開箱式變壓器低壓側開關，使用現(xiàn)場配置的滅火器站在上風側滅火，送醫(yī)路線等內容。

3.2 開箱檢查

電池經(jīng)過裝卸車、運輸?shù)冗^程，存在跌落、碰撞、擠壓的可能性，為了避免電池損傷，監(jiān)理項目部應組織現(xiàn)場電池模塊的開箱檢查，如有條件宜邀請廠家技術服務人員共同開箱見證。檢查過程中應注意：

（1）電池模塊外殼無穿透性損傷；

（2）固定螺釘及預埋螺母處塑膠件無破損和裂紋；

（3）電池正負極引出極耳處無短路燒傷，正負極引出預埋螺母無松動、脫落、短路燒傷；

（4）檢查電池模塊開路電壓是否正常，是否存在漏液等現(xiàn)象。

上述注意事項由監(jiān)理項目部編制開箱檢查卡片，專業(yè)監(jiān)理和施工項目部質檢員填寫后簽字確認。

3.3 安裝調試

安裝調試是整個施工流程中風險最高的環(huán)節(jié)，大量的儲能站火災爆炸事故均發(fā)生于此階段。因此，除了站班會和技術交底等常規(guī)組織措施外，在安裝過程中應當引入操作復驗制度，由專業(yè)監(jiān)理和安全員對當日安裝成果進行復驗糾偏；在帶電調試過程中應當引入唱票復誦制度，由調試人員對下一個工作日的工作內容和注意事項提前擬票，經(jīng)過工作負責人審核通過后，在安全員監(jiān)護下執(zhí)行。執(zhí)行過程中，操作人員對操作步驟和安全措施進行誦讀，安全員確認無誤后方可操作。

安裝調試的技術和安全方面應當注意如下事項：

（1）保證安裝環(huán)境干凈，無污水、滴水，避免陽光直射，溫度宜為5～45 ℃，濕度宜為5%～75%。

（2）安裝人員應經(jīng)過專業(yè)培訓合格，做好安全防護，佩戴絕緣手套，穿勞保鞋，摘下金屬佩戴物。

（3）安裝前應檢查電池模塊開路電壓是否正常。

（4）電池模組因為空間限制而無法采用吊裝設備，30 kg以上的模塊應兩人搬抬，安裝高度不宜超過1.5 m。

（5）注意電池模塊極性，保證極性安裝正確。

（6）電池模塊連接線不宜留有裕度，不得強扯、擠壓、扭轉線束。

（7）嚴禁使用金屬工具對接插件處進行操作。

（8）嚴禁把不同容量、不同性能的電池模塊連接在一起使用。

（9）并聯(lián)前應測試每個模塊電壓，壓差在500 mV內方可并聯(lián)；多電池模塊并聯(lián)時，遵循先串聯(lián)后并聯(lián)的連接方式。

（10）投運前重點檢查電池簇的總電壓及正負極，確保安裝正確。

3.4 三級自檢

參照《國家電網(wǎng)有限公司輸變電工程施工分包安全管理辦法》要求[8]，儲能電站安裝調試結束后由施工承包商組織班組自檢、施工項目部復檢和公司級專檢。儲能電站在帶電調試前和交付資產(chǎn)接收方驗收前應該分別組織開展三級自檢，驗收檢查結果組卷留存。

4 結束語

本文結合時下通用的磷酸鐵鋰儲能電池消防技術規(guī)范，以金牛湖（桂山變）綜合能源站示范工程的管理流程為例證，提出了一套基于磷酸鐵鋰電池預制艙的儲能電站安全建設管理流程。本流程旨在面向不確定性的設計、設備和施工質量，通過施工圖會審杜絕消防和平面布置的設計失誤，通過出廠試驗見證保障電池模塊基本質量，通過施工現(xiàn)場管控規(guī)范化施工流程和彌補施工缺漏，把控建設關鍵節(jié)點，為儲能電站的標準化建設提供理論依據(jù)和實施方案。