加油站分布式光伏发电系统的安全风险及防范

熊 楠

〔中国石化销售股份有限公司 北京 100728〕

太阳能光伏发电作为绿色能源的一种，是我国迈向“碳中和、碳达峰”(以下简称“双碳”)和能源结构转型发展中的重要一环。随着“双碳”行动方案的深入实施，国内分布式光伏发电系统得到迅速发展。根据国家能源局统计数据[1]，2021年，国内分布式装机29.20 GW，同比增长88.39%，占当年全部光伏装机量的比例提升至55%。在“双碳”背景下，中国石化等传统能源企业纷纷加大分布式光伏发电站的投资建设，利用加油站罩棚、站房屋顶等场所安装分布式光伏发电系统，实现节能降耗、降本增效的目的[2]。然而，由于加油站分布式光伏发电项目具有建设规模小、建设条件复杂、电源点分散等特点，由此带来诸多安全风险。另外，加油站分布式光伏发电系统建成后，在光伏发电过程中如进行巡检、组件清洗、维修等作业亦存在较多安全风险。因此，有必要针对加油站分布式光伏发电系统建设及运营过程中存在的安全风险，提出有效的防范措施，以确保加油站分布式光伏发电系统的可靠性。

1 分布式光伏发电系统的原理

光伏发电系统是利用太阳电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。该系统分为独立光伏发电系统、集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统。分布式光伏发电是在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，其特点是就近发电、就近并网、就近转换、就近使用。分布式光伏发电系统一般由光伏组件、逆变器、支架、并网箱(柜)、电力线缆、双向电表等组成。加油站的罩棚、站房屋顶等的使用面积决定了适用于安装分布式光伏发电系统。

2 分布式光伏发电系统的组成

2.1 光伏组件

光伏组件是分布式光伏发电系统的核心部分，是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能。光伏组件类型包括单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等，单晶硅产品市场占比超过90%。

2.2 逆变器

并网逆变器是光伏发电系统中的关键设备。光伏组件所产生的直流电需要通过逆变器才能转变为交流电并用于家用电器或并网发电。并网逆变器按照技术路线及功率水平主要分为集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器。集中式逆变器和组串式逆变器分别对应集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统。微型逆变器的主要应用场景为小功率、组件级别的分布式光伏发电场景。

2.3 支 架

光伏支架是光伏发电系统中为了摆放、安装和固定光伏组件设计的专用支架，一般材质有铝合金、碳钢、不锈钢等。根据安装方式，光伏支架分为固定式光伏支架和跟踪式光伏支架。分布式光伏发电系统受场地和角度限制常采用固定式光伏支架。

2.4 并网箱(柜)

光伏并网箱(柜)是连接光伏发电系统和电网的配电装置，作为光伏发电系统与电网的分界点，安装于组串式逆变器的后端，把逆变器输出的交流电经过并网箱(柜)与市电并网。对于分布式光伏发电系统，并网箱(柜)常加装计量和保护等功能器件。

2.5 电力线缆

电力线缆是用于传输和分配电能的电缆，用于各个设备间的电气连接。

3 加油站分布式光伏发电系统存在的安全风险

3.1 项目建设期间存在的主要安全风险

3.1.1 高处坠落风险

高处坠落风险是加油站分布式光伏发电项目建设中存在的主要安全问题之一。加油站分布式光伏发电项目的主要工作面在罩棚顶部和站房顶部，需要在罩棚顶部和站房顶部安装光伏组件、电力线缆、防雷接地系统、支架等多个设备设施，工作面高度均在2 m以上，涉及临边、攀登、悬空、操作平台、安全网搭设等多项高处作业，工作难度大，工作危险系数高，存在较多的安全风险，一旦出现临边作业未防护、安全带不牢固或未系安全带等问题时，极易发生高处坠落事故，给企业和承包商施工人员造成严重后果。

3.1.2 火灾安全风险

加油站分布式光伏发电项目建设过程中，涉及到焊接、切割、动火以及临时用电作业等。且加油站属于易燃易爆场所，一旦安全防范措施未落实，极易引发火灾，造成不可承受的后果。

3.1.3 触电安全风险

由于分布式光伏发电系统是将太阳能转化为电能，因此，在项目建设过程中都涉及到用电安全。在施工临时用电方面，施工人员无证上岗、未办理作业票、电气线路老化破损、漏电保护器失灵等问题都会引发触电危险，产生触电安全隐患。在光伏组件、逆变器等电气安装方面，工作人员操作不规范、带电作业、未做好防护措施等问题都会有触电危险。在并网调试方面，未办理作业票、未按照操作流程规范操作、未做好防护措施等问题都会发生触电危险。

3.2 系统运行期间存在的主要安全风险

3.2.1 火灾安全风险

近年来，光伏发电系统火灾事故时有发生，引起人们极大关注。由于分布式光伏发电系统与建筑物结合的特点，特别是光伏建筑一体化材料(BIPV)的使用，加剧了火灾的危害性，严重威胁到公共安全[3]。而加油站本身属于火灾爆炸危险场所，存在汽油、柴油等易燃易爆物质，一旦光伏发电系统着火，后果不堪设想。

据统计，光伏电站中的火灾事故80%以上是由直流侧故障引起，特别是组件热斑、电气线路虚接以及直流拉弧问题等引发的火灾[4]。另外,防火措施失效、组件质量问题、电气事故也是光伏电站火灾事故的重要原因。

(1)组件“热斑效应”引起着火[5]。组件热斑主要为组件中的一串电流被阴影或遮挡物遮挡，导致局部升温、过热，这种现象称为“热斑效应”。高温下严重的热斑会导致光伏组件局部烧毁、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，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。

(2)直流拉弧引起着火。在整个光伏系统中直流侧电压通常高达600～1 000 V。由于光伏组件接头接点松脱、接触不良、接线断裂、电线受潮、绝缘破裂等原因而极易引起直流拉弧现象。直流拉弧会导致接触部分温度急剧升高，持续的电弧会产生3 000～7 000 ℃的高温，并伴随着高温碳化周围器件，轻者使接头、熔断器烧毁，重者烧毁组件和设备引起火灾。由于部分加油站光伏组件安装在罩棚顶部和站房斜屋顶，日常很难巡检到位，加大了直流拉弧发生的可能性。

(3)电气线路虚接、老化、短路等引起着火。由于组件、逆变器等电气设备的线缆接头连接不牢、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。

3.2.2 触电安全风险

在光伏发电系统运维过程中很多情况下都可能发生触电，如电工人员无证上岗、带电操作、未正确佩戴防护用具、设备漏电保护失效、线缆破损等都有可能触电。另外，在组件清洗过程中，破裂的组件、绝缘失效的线缆、密封性差的逆变器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。

3.2.3 高处坠落风险

加油站光伏组件安装于罩棚及站房顶部，作业人员在对光伏组件开展巡检、维保、清洗过程中，在临边、攀登、悬空、操作平台等作业时，存在高处坠落风险。另外，由于极端恶劣天气如台风、暴风雨等，导致光伏支架和组件被吹翻和从高处坠落，从而造成次生灾害。

4 加油站分布式光伏发电系统安全防范措施

4.1 项目建设期间的安全防范措施

4.1.1 预防高处坠落的安全防范措施

(1)开展有针对性的安全教育培训，提高施工人员自我保护意识。从事高处作业人员应持证上岗，无高血压、恐高症等疾病，并经过入场安全培训教育和安全技术交底。

(2)严格审查施工组织方案和应急预案，严格作业许可管理，作业前办理高处作业票，作业过程中加强现场监护。

(3)加强器具检查，从事高处作业的设备机具应检查合格。高处作业过程中，严格按照安全操作规程正确使用升降平台、爬梯、脚手架等。

(4)加强施工现场监督检查，发现“三违”问题及时叫停和制止。

4.1.2 预防火灾的安全防范措施

(1)严格按照《GB50797—2012光伏发电站设计规范》、《GB50794—2019光伏发电站施工规范》、《GB/T51368—2019建筑光伏系统应用技术标准》以及《GB50156—2021汽车加油加气加氢站技术标准》施工，并确保光伏系统符合加油站防火防爆安全距离要求。规范电气线路的敷设和设备设施的安装，严禁踩踏和不规范堆放光伏组件造成光伏组件隐裂。做好防雷接地，分布式光伏发电系统接地应与加油站接地系统有效连接。

(2)检查施工现场是否存在易燃物，如有应及时清除或采取隔离、防护措施，并设专人监护。焊接前进行检查，确保焊接距离符合规定。乙炔、氧气瓶应有防倾倒装置，摆放距离符合要求。

(3)焊工应持证上岗，正确穿戴劳保用品，确保防护器具合格、正确使用。高处焊接操作要严格防止火花飞溅。

(4)严格作业许可管理，作业前办理动火作业票，作业过程中加强现场监护。

(5)确保施工现场摆放消防器材，消防疏散通道畅通。

4.1.3 预防触电的安全防范措施

(1)严格审查电气安装、并网调试施工组织方案和应急预案，作业人员持证上岗，严格作业许可管理，作业前办理临时用电作业票，作业过程中加强现场监护。

(2)由于光伏组件的特殊性，在接收太阳光辐射时就会产生电压，光伏组件串联后形成高压直流电，应确保在并网箱(柜)开关关断的情况下连接光伏系统。在施工过程中，施工人员应确保防护用具合格、正确穿戴绝缘鞋、低压绝缘手套，使用绝缘工具。

(3)针对施工临时用电，严格检查配电线路和用电设备，落实“三级配电、两级保护”和“一机一闸一保护”要求。严格审查临时用电方案和应急预案，作业人员持证上岗，防护用具合格、正确使用，作业前办理临时用电作业票，作业过程中加强现场监护。

4.2 系统运行期间的安全防范措施

4.2.1 预防火灾的安全防范措施

(1)加强对光伏系统的日常巡检，聘请专业人员定期做好加油站分布式光伏系统的维保工作，在巡检和维保过程中发现问题要及时处理。如发现线路接触不良、老化等问题要及时更换线路。采用红外热成像仪、EL检测仪专业设备定期对系统开展检测，及时消除隐患，杜绝设备带病作业、超期服役和超负荷运行。

(2)定期清洗光伏组件，清理光伏组件玻璃及边框上的积灰，清除树叶、泥土、鸟粪等遮挡物，减少“热斑效应”产生，提高组件的光洁度，提升光伏发电转化效率和延长电池板使用寿命。定期监测比对光伏电站的发电量情况，确定是否增加光伏组件清洗频次。

(3)加强消防安全管理，在光伏方阵、逆变器周围应设置干粉灭火器、二氧化碳灭火器等消防器材，定期开展消防应急预案演练。为减少火灾事故发生，在光伏方阵、逆变器周围，不得堆放易燃易爆物品。考虑光伏系统在光照条件下持续产生直流高压电，严禁用水灭火。如光伏系统安装了快速关断装置，则可启动快速关断装置，使每个光伏组件电压降至安全电压值以下后再组织实施灭火。

4.2.2 预防触电的安全防范措施

(1)光伏系统清洗和运维前须做好安全准备，断开所有应断开关，确保电容、电感放电完全。正确穿戴绝缘鞋、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)光伏组件的清洗应尽量选择在清晨、傍晚或阴雨天进行，严禁选择在中午前后或阳光比较强烈的时段进行。禁止将清洗水喷射到组件接线盒、逆变器等光伏系统设备，以防触电。

4.2.3 预防高处坠落的安全防范措施

(1)严格执行高处作业安全规程，在罩棚顶部、站房屋顶边缘从事检维修、清洗作业时，应采取系挂安全绳、架设安全网等措施。

(2)在从事高处作业前，要进行针对性的安全教育，办理高处作业票，落实现场监护。

(3)在雨雪、大风等恶劣天气时，不得进行高处作业。

5 加油站分布式光伏发电系统安全管理的重点

5.1 建立健全安全管理制度

加油站要针对分布式光伏发电系统建立健全设备操作规程和安全管理规章制度，完善设备“四定”台账。各管理、操作人员要严格按照规章制度要求和操作规范操作，杜绝“三违”行为。

5.2 加强员工安全知识培训

分布式光伏发电系统对于加油站员工来说，属于一个新业态。加油站应采取集中授课、观看学习视频、安全考试等形式组织员工开展分布式光伏发电系统的安全知识培训，使员工们达到“四懂三会”(懂原理、懂构造、懂用途、懂性能，会操作、会维护、会排除简易故障)的水平。

5.3 做好风险识别与隐患排查治理

加油站应针对站内的分布式光伏发电系统定期开展风险识别，建立风险台账，明确防范措施。按照设备“四定”管理要求，明确光伏发电设备责任人，严格按照检查标准、周期开展设备日常维护保养和隐患排查，及时发现隐患，落实问题整改。

5.4 完善应急管理体系

加油站应针对分布式光伏发电系统完善火灾、触电、高处坠落等应急预案，配齐配全应急物资，加强应急预案演练，提高加油站员工的应急处置能力。

6 结束语

在“双碳”背景下，大力发展分布式光伏发电系统是传统加油站实现能源结构转型和节能降耗的必由之路。但加油站分布式光伏发电系统在项目建设和系统运营过程中存在的诸多安全风险需要引起足够的重视。应该对此开展系统、全面的研究，找出存在的安全风险和隐患，制定相应的防范措施，完善相关的管理制度和标准规范，以推动加油站能源结构转型与光伏行业的发展，助力国家“碳达峰、碳中和”目标的实现。