光伏电站施工与发电风险分析及防范措施

尹国宝

(北京吉能新能源科技有限公司，北京 100071)

0 引言

众所周知，我国是全球光伏发电安装量增长最快的国家。2018-01-02，国家能源局对外公布统计数据显示：2017年1—11月，我国光伏发电量达1 069亿kWh，同比增长72 %，占全部发电量的比重同比增加0.7 %；光伏年发电量首超1 000亿kWh，达到了历史新高。截至2017年11月底，我国光伏累计投产容量达12 579万kW，同比增长67 %；占总电力装机的比重达7.5 %，同比增加2.7 %。

国家发展改革委、国家能源局发布的《能源生产和消费革命战略(2016—2030)》(发改基础〔2016〕2795号)提出：到2030年，非化石能源发电占总发电量的50 %；到2050年，要占总电量的70 %—80 %。

由此可以看出，中国能源需求非常大，市场潜力也非常大，为了满足我国快速发展的需要，中国光伏产业发展仍有较大的发展空间。

1 光伏发电种类

按照光伏电站安装区域分类，可分为集中式光伏和分布式光伏等；按照光伏与配套形式分类，可分为农光互补、渔光互补、牧光互补等；按照安装位置分类，可分为屋顶光伏、水上光伏、田园光伏、山地光伏、戈壁光伏、沙漠光伏等。

2 光伏发电的工作原理

光伏发电的主要原理是半导体的光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池(简称光伏板)。光伏板是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能转变成电能，产生电流。当许多个光伏板串联或并联起来，就可以成为输出较大功率的光伏板方阵。光伏阵列将太阳能转变成直流电能，经逆变器直、交流变换后至交流配电柜，根据需求经变压器升压后，经开关站接入中压或高压电网。

3 光伏发电存在的安全风险

3.1 施工期间

(1) 受到某些政策因素的影响，为赶限期电价，导致光伏电站建设质量难以保障，甚至会因抢工期而引发不安全事件。由于建设周期较短，各建设单位对光伏设备的需求相对集中，导致设备制造质量难以保障，也会引发质量和安全事件。

(2) 水上作业多在3 m以上，存在发生高处坠落溺水伤害事件的可能。蓄洪区光伏电站施工高度约为5 m，存在高处坠落风险和高处落物伤人风险。同时，还存在施工现场作业人员高处作业不系安全带等违规行为。

(3) 山地作业不利于施工机械施工，也不易发现施工人员违章行为，如用铲车当吊车、特种作业人员无证作业等。此外，施工现场还存在作业人员被毒虫或动物伤害的风险。

(4) 因为工程费用较低，加之采取低价中标选择施工单位，导致非正规电力建设施工队伍混入，或电建单位中标后转让给合作单位，造成施工标准不高，安全监管难以进行。

(5) 隐蔽工程监督不到位，接地系统不完善。如施工单位违反“电气设备每个接地部分应以单独的接地线与接地母线相连接”的规定，为节省材料而将组与组串联接地，留下安全隐患。

(6) 光伏电站施工区域点多面广，区域难以隔离。业主和监理单位安全监督人员数量难以满足现场监督需求，同时监理单位低价中标也会导致选择的监理人员技术水平难以满足作业监督需求。

3.2 发电期间

(1) 光伏发电投产后白天发电夜晚不发，发电多少与光照强度紧密相连，因此设备动作较频繁，易导致设备寿命缩短或损坏。由于运行操作较少，自动程度较高，甚至可以采取集控中心管理而就地无人值班，易导致运行人员操作维护水平降低，误操作可能性增加。

(2) 屋顶光伏大多安装在带有采光板的彩钢板屋顶上，长期使用过程中屋顶强度降低，或一旦安全措施不当，易造成运行和维护人员日常巡视或检查修复时存在高空坠落风险。

(3) 水上光伏、蓄洪区光伏、农光或牧光发电现场日常巡视不方便，存在登高作业坠落风险。

(4) 光伏设备存在制造、施工或安装质量问题，如接地不可靠、电气接线不牢固、设备缺陷发现不及时等，易造成设备或元件火灾事故风险。

(5) 由于光伏电站发展较快，作业人员生产技术和安全知识未能很好掌握，加之管理制度存在缺陷，新进人员安全防范意识淡薄，易发生误入带电间隔引起触电风险。

(6) 自然灾害，如台风、飓风、地震、沙尘暴等，易导致光伏设备损坏，尤其是光伏板损坏。

4 案例分析和防范措施

4.1 防机械伤害

光伏电站施工现场比较复杂，所用机械也较为杂乱，主要有汽车吊、旱地和水上打桩机、山地钻孔机、叉车、挖掘机和推土机等，若是管理不善或使用不当，均有可能造成机械伤害事件。

4.1.1 案例分析

2017年，某公司施工作业班班长吉某和作业人员杨某在山西盂县100 MW光伏电站项目8号地块WB001方阵倒运光伏组件。当日16:15，吉某安排杨某用叉车拆除围栏及立柱，杨某用叉车左叉板3次撬动围栏立柱根部未果，第4次撬动时立柱突然弹出，击中2.8 m外的吉某头部，造成其左侧头部受伤，经抢救无效死亡。

此案例的违章之处：施工人员吉某跨标段作业，违章指挥无证人员杨某操作叉车拆除围栏立柱；作业人员杨某以危险方式使用叉车撬动立柱基础(属于地下埋件，重量不明)，因叉车用力过猛造成立柱突然飞出；同时，建设单位、总包单位、监理单位对施工现场跨标段作业、野蛮作业监管不力。

4.1.2 防范措施

(1) 使用施工机械前，应对作业人员进行安全技术交底。

(2) 不断开展施工机械隐患排查工作，确保施工机械各种保护和限制装置运行正常，绝不在无保护或无限制装置的情况下使用施工机械。

(3) 分清各类特种设备的使用对象，严禁挪作他用。

(4) 叉车用作吊车作业就是违章行为，必须加强现场“三违”管理和治理工作，让违章者无立足之地。

4.2 防人身触电伤害

光伏电站现场有许多带电体，如施工期间临时用电或在调试投运阶段光伏板方阵、逆变器、交流配电柜、变压器、升压站以及配套的光伏控制系统等设备已带电，均有可能造成人员触电伤害。

4.2.1 案例分析

2015年7月，广东连降暴雨，中山市某光伏电站的1名施工人员未做好防触电措施，在连接组件阵列时触电身亡。

此案例的违章之处：作业人员没有对现场作业进行危险源辨识，安全措施不到位；作业人员进行电气检查时，没有正确使用安全防护用品；运行人员误入带电间隔，监护工作不到位；管理者对员工安全教育与培训工作流于形式。

4.2.2 防范措施

(1) 在电气设备上作业时，应穿绝缘鞋、带低压绝缘手套、使用绝缘工具，不能在无防护情况下触碰潮湿的光伏组件。

(2) 尽量减少在雨、雪、大风天作业，应采取有效措施防止人体潮湿或与带电体直接接触。

(3) 作业时，应切断光伏组件的电源，可搬至无光环境或用不透光的材料盖住组件表面，并使用绝缘工具作业；不能在有负载的情况下断开电气连接，防止产生电弧，发生触电危险。

(4) 组件边框以及其他非用于导电的金属固定装置，一定要连接接地装置，防止电击或雷击时发生触电伤害。

(5) 电气设备在启动和停止时，其终端和线缆会产生电压，必须由具有资质的专业技术人员操作。注意断开电源顺序，先断开交流电压，再断开直流电压。高压开关柜停送电应由2人进行，1人操作、1人监护，待核对设备命名编号无误后，方可按顺序操作。

(6) 设备停电后装设接地线时，应先验明无电，并由2人进行，1人监护、1人操作，先接接地端，后接导体端且由近而远，拆除时顺序相反。

4.3 防高处坠落伤害

屋顶光伏、水上光伏和蓄洪区光伏作业均存在高处作业风险，若作业时没有采取可靠的防坠落措施，就有可能发生人身伤害。

4.3.1 案例分析

2017年9月，某公司开展某屋顶光伏电站清洗水系统检查工作。作业人员检查完第4栋屋顶水管准备去第5栋屋顶检查时，图省事走4，5栋楼之间的遮雨棚(离地约11 m)；遮雨棚有机玻璃采光瓦碎裂，人员坠落受伤，经现场抢救无效死亡。

此案例的违章之处：严重违反高处作业安全规定，未按要求通过爬梯上下楼；玻璃钢采光板不具有承受人体重量的强度，在未落实安全措施的情况下盲目作业；没有制定清洁作业安全管理制度和操作规程；未按规定发放劳动防护用品；安排无高处作业特种作业操作证的人员从事高处作业；没有对现场作业用具进行外观安全检查或使用不合格安全用具；高处作业人员没有正确佩戴安全帽。

4.3.2 防范措施

(1) 严格执行安全作业规程，在可能发生坠落危险的屋面采光带边从事高处清洗作业时，应采取搭设跳板、架设安全网、设置警示标志等安全措施。

(2) 建立健全安全生产管理制度和操作规程，按规定发放劳动防护用品，严格执行特种作业人员持证上岗制度，按规定对作业人员进行3级安全教育，提高其安全防护意识。

(3) 加强外包项目安全管理，不得发包给不具备安全生产条件或者无相应资质的单位或个人。

(4) 加强对安全工器具的外观检查和定期试验管理，云梯作业必须实行1人1梯，且加强安全保护绳使用管理。

(5) 凡离地2 m及以上的作业，均应考虑使用安全绳将成排的光伏架连接起来，便于作业人员在行走过程中悬挂安全带，同时作业人员也应使用双挂钩安全带。

4.4 防害虫和动物伤害

山地光伏电站施工现场存在毒蛇、毒蜂和有害动物，易造成人员伤害，甚至会造成伤亡事故。

(1) 在害虫和有害动物出没的地区施工或外出时，应携带必要的防身器械、防护用品。

(2) 在山区施工时，施工人员不得单独远离作业现场。每日作业完毕时，施工负责人应清点人数。

(3) 注意加强与当地人员的配合，了解和掌握害虫和有害动物的活动规律，采取必要的应对措施。

(4) 现场配备必要的防止相关毒蛇、毒峰咬伤和叮伤的施救药品，并与当地医疗机构建立联系，以便能及时救治伤员。

4.5 防溺水伤害

水上光伏电站是渔光互补的重要形式，蓄洪区光伏板离地面在5 m以上，属于高处作业区，可能发生坠水溺亡事件。

(1) 施工现场应随时与当地气象、水文站等部门保持联系，了解和掌握天气变化和水情动态，以便及时采取应对措施。

(2) 现场各种船舶应符合安全要求，操控人员应持证上岗，按规定配齐各类合格船员，船机、通信、消防、救生等各类设备必须安全有效。

(3) 只要现场有作业，施工船舶就必须与调度室保持通信畅通。

(4) 水上施工应设专用救生船，并有专人值班，各施工作业点应配备救生圈、救生衣等救生设备。在舱面作业时，必须穿好救生衣，人员上下通道下方应挂设安全网，跳板要固定牢靠，水上工作平台四周要安装符合标准的栏杆和安全网，同时做好防冻防滑工作。

(5) 不得擅自扩大水上施工安全作业区（施工水域）的范围。

(6) 各作业面应有水上救护经验丰富、责任心强的人员负责水上作业安全监督管理。

(7) 在各施工作业点，夜间应按规定装设警灯或采用灯光照明，避免航行船舶碰撞水中桩墩。

4.6 防雷电损坏或伤害

发生在光伏电站区域的雷电，不仅会对现场作业或检查维护人员产生伤害，也会对光伏设备或元件产生破坏性损坏。

4.6.1 案例分析

2017年，某光伏电站2号进线PSL641UC过流Ⅱ段保护动作，集电Ⅱ线320开关跳闸，接地变动作跳闸，站用电源自动切换为备用电源供电。运维人员立即对现场设备进行检查并汇报调度。当时有雷雨，初步判断为雷电导致保护动作。经调度同意后，对接地变361开关和集电Ⅱ线320开关进行试送电，361开关合闸成功；320开关再次跳闸，判断为雷电造成集电Ⅱ线320线路永久接地故障。

此案例的违章之处：户外电子设备外壳接地不可靠，或施工时没有按要求进行接地；接地系统接地电阻超过规定值；有的串接接地，当发生锈蚀或接触不良时引起接地系统不可靠；雷电流超过设计值；配电线路防雷线布置不符合要求，或雷电绕击线路；没有按照要求采取防止雷电波侵入措施，如没有在关键部位安装避雷装置等。

4.6.2 防范措施

(1) 光伏电站为三级防雷建筑物，应尽量避免建设在雷电易发生地和易遭受雷击的位置。

(2) 采取有效措施防止感应雷电对光伏设备的影响，将控制机房内的全部金属物，包括设备、机架、金属管道、电缆的金属外皮等可靠接地，每件金属物品都要单独接到接地干线上，不允许串联后再接到接地干线上，等电位连接措施必须可靠。

(3) 要加强光伏设备防止雷电波侵入管理，采取有效措施，如在出线杆上安装阀型避雷器；对于低压220/380 V可以采用低压阀型避雷器，且要在每条回路的出线和零线上装设。架空引入室内的金属管道和电缆的金属外皮在入口处可靠接地，冲击电阻不宜大于30 Ω。

(4) 光伏电站对接地电阻值的要求较严格，因此要实测数据，建议采用复合接地体，接地体根数以满足实测接地电阻为准。光伏电站接地、接零的要求：电气设备的接地电阻R≤4 Ω，满足屏蔽接地和工作接地的要求；在中性点直接接地的系统中，要重复接地，R≤10 Ω；防雷接地应该独立设置，要求R≤30 Ω，且和主接地装置在地下的距离保持在3 m以上。

(5) 要制定雷雨季节现场作业安全管理制度，严格接地系统检查和定期检验。雷电发生期间严禁进入现场进行施工、检查、维护。

4.7 防高处落物事件

由于水上、蓄洪区或屋顶光伏作业涉及高处作业，应采取措施防止在作业或检查期间发生高处落物对人员造成伤害。

(1) 高处交叉作业上下时必须采取有效隔离措施，如使用隔板或分时作业，不允许同时开展超过2层以上的作业面。

(2) 作业人员上下传递用具或小型物件时，必须使用工具袋，严禁抛物；较大物件应用绳系牢后进行传递，接物人员不得站在物件下方。

(3) 认真开好班前会，细致布置安全防范措施，作业人员必须悉数到场，并认真听取。

(4) 现场起吊设备时，必须采取区域隔离，防止无关人员进入，严禁吊物下方站人或通过。

(5) 高处施工作业面必要采取防落物措施，如搭设平台、加装挡脚板等。

(6) 作业人员必须正确佩戴安全帽。

(7) 加强作业现场安全监督工作。

4.8 防设备倾倒事件

设备倾倒事件的发生，除受自然灾害影响，如台风、沙尘暴或地震外，也受设计、施工质量的影响。

4.8.1 案例分析

某年，11级台风“天鸽”过境。某公司厂区部分光伏设备受损，其中光伏板件损毁1 000多块(在装数量9 000多块)，光伏支架、桥架、电缆等存在不同程度损毁。

此案例的违章之处：没有预计到光伏板安装区域风力会超过设计值，或施工方降低了防风等级；台风前防范措施没有考虑周全，没有对光伏薄弱环节进行加固处理等。

4.8.2 防范措施

(1) 光伏板是露天布置的，在设计时就应考虑光伏板安装区域可能遇到的最大风力。

(2) 开展日常安全检查和维护，对现场光伏固件螺帽进行紧力检查；对于处于风口区的光伏板，要采取特别加固措施。

(3) 特殊天气情况下要采取必要的加固措施。

(4) 积极参加设备投保，获取损失补助。

4.9 防设备火灾事件

光伏项目火灾事件多发生在调试和投运期间，通常由自然灾害、设备质量问题、人为因素等引起。

4.9.1 案例分析

2016年，某电站运行值班人员在主控视频监控机时，发现71区 1号逆变器附近 1台汇流箱冒烟，有起火迹象。现场检查起火点位于直流输出断路器上口正母线处，正母线、电源模块、数据采集模块、防雷器烧毁。汇流箱起火后，内部气体积聚，汇流箱柜门被弹开，燃烧物跌落点燃地面干草，火势沿组件背板地面燃烧，向东窜烧约30 m。

此案例的违章之处：光伏系统接地失效，遭受雷击引起火灾；光伏电子电气设备绝缘失效，引起电气短路或打弧，产生火灾；汇流箱内器件较多，输出电压较高，容易引起火灾；运行维护人员现场检查不及时或不全面，没有及时发现火灾隐患。

4.9.2 防范措施

(1) 采购过程中，应确保设备质量和规格符合国家光伏设计规定。

(2) 在各光伏电站要建立对光伏电子电气设备的连续性巡检及维护计划。

(3) 光伏接地系统应按照 GB 50057—2010《建筑防雷设计规范》进行设计，并开展正常的接地电阻检测工作。

(4) 加强光伏电站电气设备技术监督管理工作，开展常规检验，确保检测工作有效安全。

(5) 光伏电站消防设计应符合国家有关规定。

5 光伏安全管理的关注点

5.1 解决补贴电价时限与光伏电站施工期的矛盾

此类问题得不到解决，将会对光伏电站的施工和运行带来质量问题，甚至会导致安全事件发生。

5.2 加强安全教育和安全监督工作

为了更好地管理施工现场，业主单位要认真开展施工队伍人员入场前的安全教育培训，确保施工人员全部参加。

在日常施工中，业主还应加强对监理单位人员的管理工作，督促其深入现场开展安全监督、严抓违章，并抽查安全监督工作是否到位，确保一级对一级的安全监督管理。

5.3 开展光伏人员安全知识培训

由于我国光伏电站的快速发展，造成光伏管理和生产人员紧张，应尽快培养光伏管理和生产人员。同时，对现有光伏人员开展定期轮训，不断提高其光伏技术管理和安全知识水平，杜绝发生因知识缺乏而引起的安全事件。

6 结束语

光伏电站是清洁能源的重要组成部分，具有非常好的发展前景。在光伏电站建设和生产中存在许多安全生产隐患，亟待建立、完善安全和质量监管体系和相应的管理制度，以规范光伏电站的设计、施工、建设和生产等各个环节，从而有效降低和控制光伏电站潜在的安全和质量风险。