新能源风电光伏储能系统变电站消防安全及应用管理

安徽棁姿安防科技有限公司 丁艳厂 成来电气科技有限公司 张 磊

中广核青海冷湖风力发电有限公司 李 楠

1 引言

对于新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站的消防安全而言，智慧消防应用管理，能提升新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站在消防安全方面的综合管理能力。

2 新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站消防应用管理现状

新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站火灾监控只集中在火灾的探测报警系统阶段；只在变电站内布设感烟感温火灾探测器，将火灾报警信息通过智能变电站综合管理系统传输至值班室，无自动灭火系统设置。如果在缺乏人员值班的空隙，如果发生火灾很难第一时间作出必要的自救措施。随着物联网的快速发展，电力行业着手于物联网设备和数据的应用，希望可以对火灾预防和治理工作的有效推进提供借鉴。

新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站也可以此设计更具综合性的自动灭火系统和探测器，从而更好地实现数据收集、数据传输、数据交互等联动控制，虽然无人值守，也可以对变电站的火情问题予以远程掌控，加强自动自救能力，助力变电站目前的消防建设[1]。

3 新能源发电终端箱式变电站起火原因分析

新能源发电终端箱式变电站从设计原理到运行构造等都具有一定的特殊性，这种特殊性恰恰预示着风险的高发特点，下面则从结构组成入手，剖析其起火原因，从而更好地为后面的预防和治理提供借鉴与参考。

3.1 变电站结构组成

新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站一般由高压室、低压室和变压器本体组成。高低压电气元件装在密封的金属外壳箱体内，一般为了电气防护安全，箱体外门打开后还有一套需要操作防误开解锁的内防护门或需要工具才能打开的防护隔板，防止打开外门时误触碰内部带电设备。而一般火灾发生时对人工灭火产生阻碍的正是这套内防护门或隔板，起火后不能及时打开，导致灭火器不能深入内部进行灭火。由此可以看出，特殊的构造也就决定了起火原因的多元性和灭火难度所在。

3.2 变电站内容易的起火原因

一是高压系统相关的绝缘材料缺乏合格性，从而容易引发放电问题，由此产生一定的火灾。如制作工艺不足、环境不够干燥等都会降低绝缘物质的绝缘性；二是变压器中存在一定的油性物质，这些物质的爆炸也容易引发一定的火灾；三是低压侧电缆终端冷压端子或大电流母排接触不良过热起火；四是低压断路器动静触头接触不良过热自燃起火；五是光伏箱变交流汇流开关母排之间放电，直流电缆或母线之间持续电弧放电；六是箱变各电气元件在潮湿灰尘等野外恶劣运行下缺少及时必要的停电维护检修，性能均会下降导致过热放电等事故燃烧。七是储能电池及变流系统更是火灾危险源。

新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站内起火原因还是多元化的，涉及人为因素和非人为因素，近年此方面的火灾问题也是备受关注。如何能够更好地降低事故燃烧的危害值得思考。

3.3 变电站火灾扑救难度分析

新能源风电光伏储能系统预装式变电站的箱变容量已达8MW，低压电流5000A 左右，已接近低压断路器上限电流，一旦出现故障短路电流极大，跳闸飞弧将威胁内部电气绝缘，起火概率极大，箱变外部钢板外壳防护，起火后不易打开，灭火器喷射不到柜体内部的起火根部，而且一旦起火发现不及时，等发现起火后从距离较远的值班室赶到起火箱变附近，就已经错失最容易扑灭的小火情的第一时间，火势扩大 ，热量扑面，没有专业人员防护装备人员无法靠近，无法扑灭箱变柜体内部的火焰 ，持续燃烧导致完全烧毁[2]。

若采用物联网自动灭火系统能够第一时间感知起火点，并远程应急启动自动灭火，将火灾消灭在最小状态，并将起火风险和过火损失控制在最小范围内，减少人员在灭火过程中的伤亡事故发生。由此可以看出，新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站火灾扑救难度虽然有，但是很多问题是可以预见的，对此可以通过各种借鉴方案的提前设计来进行规避，从而降低不必要的人员和财产损耗，综合分析难度，针对性地予以治理，从而助力新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站社会价值的凸显。

4 变电站消防安全解决方案及智慧应用管理

4.1 变电站消防安全解决方案

新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站在特定情况下会发生火灾，对此会产生很多人员、财产方面的损失，但是新时代背景下，新能源光伏发电已经成为必然的趋势，如何针对火灾发生来制定更好的消防方案十分关键。

4.1.1 电气柜无线火灾报警自动灭火系统

电气柜无线火灾报警自动灭火系统由报警灭火系统主机、智能无线灭火监测器、自动灭火装置三大部分组成，是以异常预警、自动灭火情况、火灾预警、消防记录管理为性能要求的一套智能化灭火系统，具备温度监测、烟雾监测、预警报警、自动灭火、无线传输、集中管理、远程监控等功能，大幅度提高开关柜的运行可靠性，为用户提供新型环保特性、安全高效的消防方案。

自动灭火装置采用清洁高效的全氟己酮灭火剂为灭火载体，在气态和液态下，均具有电绝缘性，是电气设备灭火最佳的选择。灭火后无残留，对设备的后续运行无影响，方便对故障器件快速更换并恢复运行。

4.1.2 全氟己酮物联网探火管自动灭火系统

全氟己酮物联网探火管式自动灭火装置隶属于一种新时代背景下的自动灭火系统，这种系统的特点比较凸显，诸如操作简单、成本偏低、安全性强，且不需要电源支持，包括探火管和灭火剂两个部门，可以实现快速、准确的火灾扑灭工作，同时又集合了物联网信息传送、火灾报警、火速灭火等于一体的灭火系统，自动化、信息化、数据化特点明显[3]。

探火管方便布置在箱变高低压柜内易起火的各个位置，与原箱变设备电气绝缘性能互不影响，方便新设备成套设计安装及老旧设备改造加装。安装维护简单，兼具低成本和高可靠性。

4.1.3 变压器气水雾智能自动灭火系统

变压器气水雾智能灭火系统由智能无线灭火系统主机、气水雾自动灭火装置组成，是以异常预警、火灾报警、自动灭火、消防记录管理为性能要求的一套智能化灭火系统，具备温度监测、预警报警、自动灭火、无线传输、远程监控等功能。

气水雾自动灭火装置由气体灭火瓶组、水雾灭火瓶组、雾化喷头组成。灭火时由气体做动力源驱动水雾灭火剂瓶组，喷放液气混合流进行雾化灭火。

4.2 新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站智慧消防应用管理

4.2.1 变电站消防远程集中监控系统构成

变电站消防远程集中监控系统结构如图1所示。

图1 变电站消防远程集中监控系统结构

4.2.2 新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站消防远程集中监控系统设计

变电站内火灾探测器提升了消防系统的报警系统敏感度。近年来，物联网的快速发展催生了很多高效、敏锐的探测器，该探测器如何通过设计，广泛引入到新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站消防系统值得探索。

在设计过程中具体步骤包括几点。针对变电站的具体建设和运行情况对于消防区域进行科学划分并针对不同区域的消防问题进行消防设计，当然整个过程中要参考国家的相关标准。如高低压柜宜设置热成像感温火灾探测器。当监测到温度（烟度）骤升时，火灾报警并远程视频传输现场实时情况。而物联网灭火设备的使用，将从根本上改变消防设施的响应机制，实现从现有离线式响应机制到线上式的跨越，从而实现远程监测管理平台对灭火设施启闭的远程控制，火灾报警与灭火的分级联动。实现安消联动的一体化消防系统解决方案。

4.2.3 变电站物联网智慧消防应用管理

物联网智能消防远程监测管理平台是一个充分引入了物联网技术的系统，作为变电站的中枢神经，对于火灾探测器获取的数据进行有效分析，可以远程开启或者关闭控制系统，同时内部还含有很多人工智能算法和数据感应器，使火警的预防、灭火等通过有效的神经系统而实现高效、便捷。有效解决了新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站的智能消防智慧化应用管理难题。

4.2.4 预装箱式变电站物联网智慧消防应用管理下的火灾监测预警及联动控制实现案例

以新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站为例，将变电站分为高压开关设备、配电变压器和低压配电装置，根据变电站的分布特征，构建火灾分级监测预警与视频联动安消一体化载体[4]。变电站内所布设火灾烟感探测器、电气测温探测器及视频在线监测系统，通过信息传输装置将实时数据传输至消防远程监测管理平台。当发生火灾报警监测异常报警时，消防远程监测管理平台立即启动视频在线监测系统，若无异常则消除监测预警响应机制。若监测预警异常，立即启动火灾响应机制，采取应对措施。

一是对于地面人员应当及时予以通知，通知内容包括快速确认现场、快速调集相关人员、快速启动火灾治理系统、快速疏散相关人群。

二是启动远程监测系统当中的一级预警机制，启动之后进行及时的视频监控，让相关数据和管理详情可以第一时间传至消防监测平台。整个过程中的灭火措施也是十分多元化的，保障了新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站的灭火能力。

三是消防远程监控平台会结合火灾的具体情况对其发出启动信号，由此自动灭火设备则开始进行灭火工作。

四是平台会将具体的火情传送给当地火情部门，消防人员可以及时赶到并完成必要的灭火工作，如果这个过程中出现了数据异常、设备异常等，平台也可以通过App 将相关讯息及时地传送给相关负责人，以便及时采取必要的应对措施。

5 结语

本文的重点是关注消防问题，以新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站为例，剖析其目前消防设计存在的问题，引入电力物联网的优势，提出了应对方案，目的是增强该类变电站的灭火能力、预防能力以及智能化水平。希望通过研究而提出的消防借鉴方案可以在日后设计思路、管理理念更新、管理方式优化方面提供一定的参考，助力新能源风电光伏储能系统预装箱式变电站社会价值的凸显。