分布式光伏系统运维工作中的安全风险

曾 飞，刘仲义，董双丽，刘书强，林志鸿，胡振球

（广东产品质量监督检验研究院，广东 佛山 528333）

光伏系统的运维是通过预防性、周期性的维护以及定期的设备设施检测等手段，科学合理地对运行寿命中的电站进行管理，以保障整个系统的安全、稳定、高效运行，保证投资者的收益回报，其中安全保障是运维工作的基础和关键［1-2］。近年来，随着国内光伏产业的迅猛发展，分布式光伏系统正处于建设的热潮中，光伏系统的建设质量问题、安全问题频频爆发，越来越多的光伏电站面临运维的难题，科学、可靠的光伏运维方案也成了目前业内研究的一个热点［3-6］。诸如设计缺陷、设备质量缺陷、施工不规范等问题不仅给光伏电站带来发电量损失，也加大了运维工作的难度，并且使运维工作本身存在更大的安全风险，运维过程中发生人员伤亡和重大财产损失的案例屡见不鲜。

1 运维安全危险源识别

在分布式光伏系统的运维工作中，存在多种风险，本文按照不同的运维工作过程，从光伏系统的正常运行过程、巡视过程、组件清洗过程、检修过程、极端天气和突发情况下共5个不同的情况进行风险源识别。

1.1 正常运行过程

如果光伏系统的设计合理、施工规范、使用设备的质量合格，在正常的运行过程中安全风险比较小，但目前光伏系统建设的质量良莠不齐，各个环节都有可能出现问题，因此即便是正常运行的光伏电站仍然有危险发生的可能。

1）组件钢化玻璃自爆。晶体硅光伏组件的正面一般使用钢化玻璃，钢化玻璃在贮存、运输、使用过程中无直接外力作用下可能发生自动炸裂，即自爆现象，大部分钢化玻璃产品的自爆率在0.3%～3%。光伏组件使用的钢化玻璃在运行中自爆会导致组件丧失机械完整性和密封性，水汽一旦侵入组件内部，很容易造成组件漏电，自爆的组件遇到下雨或者潮湿天气则更危险，因此存在很大的安全隐患，必须更换。

2）组件的“热斑效应”及自燃现象。在一定的条件下，光伏组件中缺陷区域成为负载消耗其它区域所产生的能量，导致局部过热，这种现象称为“热斑效应”。高温下严重的热斑会导致电池局部烧毁、焊点熔化、栅线毁坏、封装材料老化等永久性损坏，局部过热还可能导致玻璃破裂、背板烧穿如图1所示，甚至组件自燃、发生火灾，所以热斑一直是电站运维过程中最受关注的问题。

图1 热斑造成的损坏

组件的“热斑效应”是造成自燃的最重要原因，除此之外，雷击、接线盒问题、连接器虚接也都有可能导致自燃，如图2所示。

图2 组件发生自燃的光伏系统

3）线缆的虚接、老化。线缆是光伏系统的重要组成部分，也是容易破损的材料，不规范的施工可能带来很大的安全隐患。常见的问题出现在：组件、汇流箱、逆变器等电气设备的电缆接头连接不牢，虚接将导致设备运行时接触点的电阻很大、发热异常，存在自燃危险；电缆在施工过程中不慎扎破，如果破损部位与金属部件接触，将导致正极或者负极接地，造成人员触电；组件的电缆未收纳进背板下或者未走线槽，直接在阳光下曝晒，使电缆表面绝缘材料很容易老化，绝缘等级降低；电缆泡在水中或者潮湿的环境下，绝缘等级也容易降低。施工造成的线缆质量问题示例如图3。

图3 施工造成的线缆质量问题

4）电气设备进水或者异物。室外使用的电气设备必须具有良好的密封性和IP防护等级，但部分设备由于本身质量不合格或者安装方式不合理，容易进入水汽或者异物。比如早年建设的极个别项目使用了无边框的组件，边缘的密封性极差，水汽直接进入了组件内部；部分彩钢瓦屋顶的电站将汇流箱沿着屋顶坡面安装，下雨时水很容易进入箱体内；有些汇流箱甚至由于密封性不好，进入青蛙等小动物，如图4所示。这些都很容易造成组件、汇流箱内部短路。

图4 进水或者异物的设备

1.2 巡视过程

巡视是光伏电站运维的重要工作，运维人员在日常巡视的过程中，如果安全意识不强，不注意自我保护，也容易发生危险。

1）登高。登高是分布式光伏系统运维过程中经常需要面临的，很多屋顶电站需要通过爬梯到达电站现场，这些爬梯的高度往往超过2 m，即属于高处作业，大部分爬梯都没有按照高处作业的要求设置休息平台，部分直爬梯甚至没有任何护栏，运维人员在上下爬梯时如果稍有不慎，容易失足坠落，安全隐患极大。

除了爬梯外，屋顶的边缘是很容易发生坠落的地方。大部分水泥屋顶的边缘都建有女儿墙，而彩钢瓦屋顶则往往没有，而且早期建设的很多彩钢瓦屋顶电站都未在边缘安装防护栏杆，运维人员在靠近边缘行走时容易失足。为了增加装机容量，部分项目在屋顶靠近边缘的位置也安装了组件、汇流箱等设备，在这些位置进行巡视和临边作业时都具有很大的危险，安全风险极大。此外，为了节省照明成本，很多彩钢瓦屋顶都建有塑料采光带，这些采光带承重能力很弱，如果上面不设人行走的通道，又没有醒目的警示标识，人在屋顶行走时不慎踏在采光带上，就可能发生坠落。

2）高温及恶劣天气导致身体不适。光伏电站的巡视工作经常需要在阳光很强的天气下进行，运维人员长时间在高温工作环境下进行高空、高强度的作业，一旦发生中暑或者其他身体不适，很难进行有效救护。

3）环境恶劣的电站现场。部分分布式光伏系统建设在排放废气的厂房屋顶，为了保证光伏系统的安全性和发电量，在这种恶劣的现场又需要加大日常巡视的频率，因此巡视时运维人员要注意自身的防护，必要时应佩戴防毒面具。有些在危险场合建设的光伏系统还要警惕潜在的风险，比如广东深圳某屋顶光伏系统，下面是一个木工房，逆变器、交流配电柜等电气设备直接安装在木工房内，而这些设备的IP防护等级较低，导致设备内的元件、线缆蒙上一层木屑，大大降低了爬电距离，存在很大的风险。

4）夜间巡视。夜间巡视时应注意保证足够的照明，特别是彩钢瓦屋顶的边缘和采光带附近，不慎可能坠落。

1.3 组件清洗过程

灰尘遮挡是影响光伏电站发电量的重要因素，因此组件的清洗是日常运维的一项重点工作，但运维人员往往容易忽视清洗过程中的触电风险。破裂的组件、绝缘失效的电缆、密封性差的汇流箱等电气设备都有可能在清洗过程中进水漏电，使清洗人员触电，彩钢瓦屋顶的漏电甚至可能导致整个屋顶导电，造成更严重的后果。此外，在组件表面温度高的中午清洗还有可能因为温度急剧变化造成组件炸裂。

1.4 检修过程

1）拉弧。在光伏电站的运维过程中经常需要对部分设备进行检修，部分破损的设备可能需要更换，在检修和施工过程中对设备的不当操作很容易导致意外的发生，最常见的风险是直流拉弧。由于直流电没有自动灭弧的功能，当工作状态的线路直接断开时就容易拉弧，在组串式逆变器、直流汇流箱、组串的开关和连接线处都可能发生，一旦发生拉弧，轻者使接头、熔断器烧毁，重者甚至会引起火灾。不规范的施工也可能给运维人员的检修工作带来很大的风险，广东南沙某光伏电站由于组串接入直流汇流箱时正负极接反，运维人员在合闸后内部发生短路并引起火灾，整个汇流箱烧毁。

2）触电。在运维的过程中很多情况下都可能发生触电，无电工证的人员作业、带电操作、未佩戴防护用具操作、设备漏电保护失效、线缆破损、环境湿度高等，都可能增大触电的风险。

1.5 极端天气和突发情况

按自然因素和人为因素分，分布式光伏系统在全寿命周期内可能遇到极端天气和突发情况，都会给运维工作带来很大的危险，一方面使施工质量的良莠不齐的电站面临很大的挑战，另一方面也考验着运维团队在灾前的防控能力和灾后的处理能力。

1）自然因素。台风、暴雨、冰雹、雷击、地震等各种极端天气和自然灾害会给光伏系统带来很大冲击，尤其是广东、海南等地每年均遭受台风的侵袭，组件被卷走、支架被吹翻、方阵被水浸泡等事故屡见不鲜，有些抗风等级不够的屋顶甚至被吹塌。

2）人为因素。电站还可能遭受人为突发事件的影响，如佛山某地一个机械厂的屋顶电站，因为工厂的工人违规操作导致厂房突然发生爆炸，连累屋顶的光伏方阵和线缆、地面的逆变器受到大面积的严重损坏，由于光伏发电的特性，在白天无法人为切断光生电压，因此事后运维人员的灾后处理存在很大的风险。

2 结语

分布式光伏发电系统的安全可靠运行是运维工作的关键，而运维过程本身也存在着众多容易被忽视的安全隐患，运维人员在工作过程中经常面临人身财产安全受到伤害的风险。分布式光伏发电作为一个快速发展中的行业，在设计、施工、设备质量控制等各个环节都容易发生漏洞，运维工作应该多管齐下，加强管理，防患于未然，才能减少工作中的安全风险。

［1］ 毛宏举.分布式光伏发电项目安全管理［J］.电力安全技术，2016，18（1）：1-3.

［2］ 高成.分布式光伏发电项目建设中的安全管理研究［J］.自动化应用，2017（1）：1-2.

［3］ 吕谷超.浅谈光伏电站运维管理［J］.科技展望，2015，25（28）：89.

［4］ 沈道军，章海灿，杨松，等.安全运维对光伏电站全寿命周期的重要性分析［J］.太阳能，2016（1）：76-79.

［5］ 解磊.基于全寿命期的光伏电站运维管理浅析［J］.太阳能，2017（3）：66-71.

［6］ 黄霖.运行维护管理机制在光伏电站中的应用［J］. 能源与节能，2018（1）：58-59，87.