基于磷酸铁锂电池预制舱的储能电站安全建设管理流程探析.pdf

设计与分析Sheji yuFenxi基于磷酸铁锂电池预制舱的储能电站安全建设管理流程探析陈祺炜王晓峰刘洪亮高飞蔡可庆(国网江苏省电力有限公司南京供电分公司，江苏南京2 10 0 19)摘要：针对采用磷酸铁锂电池预制舱的储能电站建设流程，以金牛湖（桂山变）综合能源站示范工程为例，从施工图会审、出厂试验见证、施工安全管控三个关键节点突破，通过施工图会审奠定消防和平面布置的设计基调，通过出厂试验见证过充、过放、短路试验合格保障电池模块安全质量，通过施工现场安全管控强调应急预案、开箱检查、安装调试和三级自检的规范性，弥补施工环节的人为因素疏漏，在此基础上提炼制定了一套重点突出、措施得当、简单有效的标准化安全建设管理流程。关键词：磷酸铁锂；储能电站；管理流程中图分类号：TM912文献标志码：AD0l:10.19514/32-1628/tm.2023.20.0140引言2021年，“碳达峰、碳中和”首次进入政府工作报告，国家电网公司积极响应，率先垂范，推动建设以新能源为主体的新型电力系统，大力发展综合能源、港口岸电等储能关联业务以稳定和优化用户用能服务，同时大规模投入储能系统参与电网调峰调频，实现毫秒级功率调节，保障电网安全稳定运行。但是，随着电化学储能的规模化应用，其消防安全问题愈发引人注目，如2 0 2 1年4 月16 日，北京丰台区一储能电站在调试阶段起火爆炸，造成2 人死亡。因此，本文从建设流程入手，重点把握施工图阶段的平面布置和消防配置“两个要点”出厂检验阶段的短路、过充、过放试验“三个合格”以及施工阶段的应急预案、开箱检查、安装调试和三级自检“四个关键”，打造了一套重点突出、可执行性强、适用性广的安全建设管理流程。1施工图会审定基调1.1储能电站基本情况金牛湖（桂山变）综合能源站配置了10 0 kW/200kWh储能、2 0 kW光伏和2 4 0 kW充电桩，其中储能电池和储能变流器(PCS)系统放置在预制舱内部，并同场地放置控制机柜存放工控机和电池监控系统，采集和记录电池运行数据并对电池进行管理。该综合能源工程储能单元配置与传统储能电站相似，故安全建设管理流程具有适用性。1.2总平布置要求考虑到电池预制舱火灾危险性较大，图纸会审文章编号：16 7 1-0 7 97(2 0 2 3)2 0-0 0 52-0 4事故油池消防泵房（舱）二次设备室生产综合楼根据上述要求，金牛湖（桂山变）综合能源站总平布置如图1所示。1.3防火设计要求舱体内防火应当根据T/CEC373一2 0 2 0 预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范配置足够数量的消防报警、探测和灭火装置 3-51。（1）电池预制舱内应设置可燃气体探测器、温感探测器和烟感探测器，每种探测器不应小于2 个。(2)电池预制舱内应设置固定式自动灭火系统。时应当结合GB500162014建筑设计防火规范 1-2 ，根据储能电站的规模、地理位置和变电站的关系，对施工图纸中储能舱的总平布置提出如下要求：（1）储能站站址经过初步设计评审后已经定型，应复核周边是否有新建的甲、乙类厂房。(2)电池预制舱应集中单层布置，与其他功能区分开，避免造成大范围火灾损失。(3)电池预制舱与站内其他构筑物防火间距应不小于表1的规定，如果用地紧张，应考虑建设实体围墙和防火墙，其长度和高度应该超过预制舱外廓各1m。表1电池预制舱与站内其他建(构)筑物、设备的间距建（构)筑物名称电池预制舱/m配电装置室5油浸式变压器10510101252机电信息2 0 2 3年第2 0 期总第7 16 期Sheji yu Fenxi设计与分析火灾发生烟感探测器变电站声光报警器光伏充电桩箱变控制舱储能舱图1金牛湖（桂山变）综合能源站总平图(3）电池预制舱应设置净宽度不小于0.9 m的外开门。(4)舱内应设置至少2 套防爆型通风装置，排风口至少上下各1处。(5）室外消火栓采用地上式，数量不少于2 个，设计流量不应小于2 0 L/s。金牛湖(桂山变)综合能源站储能舱内部的总平面布置如图2 所示。光伏逆变器电柜空调控制柜PCS柜图2 金牛湖（桂山变）综合能源站储能舱总平图储能预制舱被分割为两部分，一个房间安装储能机柜及蓄电池组机柜，另一个房间安装光伏逆变器，两个房间均配置了烟感探测器、手动报警按钮和声光报警器，灭火器箱布置于储能舱角落。舱内配置了一套无管网七氟丙烷气体灭火系统，能够在6 8 高温条件下自动喷洒灭火，也可以接收火灾报警控制主机的控制信号。消防设备信号已接至控制舱内的消防主机，通过智能辅助信号上传至远端监控平台。整站的灭火控制原理如图3所示。2出厂试验强基础磷酸铁锂储能电池在遭遇长时间过热、短路或人员发现手动报警器火灾报警控制主机气体灭火控制器火灾报警信号上送电池管理系统联动（关风机、拉开断路器、开事故照明）图3金牛湖（桂山变）综合能源站灭火控制原理过度充放电等滥用工况时，会在热行为、电化学行为上发生一系列副反应，并同步推高电池温度，最终导致电池热失控和燃烧。因此，电池出厂前应当要求厂家提供型式试验报告或在厂内抽样做过充、过放和短路试验，在确保合格的情况下运输至现场安装。本章简要介绍三种出厂试验的试验方法和判断标准。工程采购的电池模块具体参数如表2 所示。表2 磷酸铁锂电池单体技术规格项目单位额定充放电率单体标称电压电池单体尺寸（长宽高）最大持续充电电流电池单体保护温度下人井2.1过充、过放试验当电池过充时，锂离子大量脱出，形成较大的极化电阻和电势，使电池电压快速升高，释放大量的氧气和热量，使电解液分解和集流体腐蚀，产生的气体和热量会使电池发生燃烧甚至爆炸 6 。电池单体过充试验按照下列步骤进行：(1)电池单体初始化充电；(2)电池单体以2 7 1A恒流充电至电压达到电池充电终止电压的1.5倍或时间达到1h时停止充电；(3）观察1h，记录是否有膨胀、漏液、冒烟、起火、爆炸现象。如未起火和爆炸，试验合格，过放电试验步骤类似，第二步调整为电池单体以恒流2 7 1A放电至时间数值232mm71.5 X 173.9X 200.6A27165机电信息2 0 2 3年第2 0 期总第7 16 期53设计与分析Sheji yuFenxi达到9 0 min或电压达到oV时停止放电，如未起火和爆炸，试验合格。2.2短路试验电池模组短路后，短接线或模组内部金属连接件易在短时间内被大电流熔断，各串联节点电压出线骤减，使电池模组积聚热量，进一步造成热失控与燃烧7。电池单体短路试验按照下列步骤进行：(1)电池单体初始化充电；(2)将电池单体正、负极经外部短路10 min，外部线路电阻应小于5mQ；(3)观察1h，记录是否有膨胀、漏液、冒烟、起火、爆炸现象。如未起火和爆炸，试验合格。以上三种试验是模拟环境和人为因素导致磷酸铁锂电池内部热失控的情况，也是现有的储能电站燃烧、爆炸事故的根本原因。因为金牛湖（桂山变)综合能源工程采购的电池容量较小，厂家安排出厂试验和定期抽检合并，抽样后的单体样品在过充试验后如图4 所示，未发生膨胀、漏液、冒烟、起火、爆炸现象。图4 过充电试验后的样品图片在保证检测合格的同时，也要加强电池管理系统的风险预警监测和对电池充放电的可靠控制。3施工安全管控补漏洞当施工图审核通过、电池出厂试验合格，施工项目部将组织设备、器材、人员进场按图施工。考虑到现场施工人员的素质和态度良莠不齐，因为安装调试失误而造成的储能电站安全事故屡见不鲜。为了便于现场施工标准化管理，本章提出了一套标准化施工安全管控措施。3.1月应急预案进场前由施工项目部技术员因地制宜地制定火灾等事故应急预案，经过施工、监理、业主项目部负责人审批合格后执行。金牛湖(桂山变)综合能源站施工应急预案中对工作场所、事故特征、岗位职责、处置措施和注意事项进行了明确阐述，提出了诸如发生火灾和冒烟时第一时间拉开箱式变压器低压侧开关，使用现场配置的灭火器站在上风侧灭火，送医路线等内容。3.2开箱检查电池经过装卸车、运输等过程，存在跌落、碰撞、挤压的可能性，为了避免电池损伤，监理项目部应组织现场电池模块的开箱检查，如有条件宜邀请厂家技术服务人员共同开箱见证。检查过程中应注意：（1）电池模块外壳无穿透性损伤；(2)固定螺钉及预埋螺母处塑胶件无破损和裂纹；（3）电池正负极引出极耳处无短路烧伤，正负极引出预埋螺母无松动、脱落、短路烧伤；(4)检查电池模块开路电压是否正常，是否存在漏液等现象。上述注意事项由监理项目部编制开箱检查卡片，专业监理和施工项目部质检员填写后签字确认。3.3安装调试安装调试是整个施工流程中风险最高的环节，大量的储能站火灾爆炸事故均发生于此阶段。因此，除了站班会和技术交底等常规组织措施外，在安装过程中应当引入操作复验制度，由专业监理和安全员对当日安装成果进行复验纠偏；在带电调试过程中应当引入唱票复诵制度，由调试人员对下一个工作日的工作内容和注意事项提前拟票，经过工作负责人审核通过后，在安全员监护下执行。执行过程中，操作人员对操作步骤和安全措施进行诵读，安全员确认无误后方可操作。安装调试的技术和安全方面应当注意如下事项：(1)保证安装环境干净，无污水、滴水，避免阳光直射，温度宜为54 5，湿度宜为5%7 5%。(2）安装人员应经过专业培训合格，做好安全防护，佩戴绝缘手套，穿劳保鞋，摘下金属佩戴物。(3)安装前应检查电池模块开路电压是否正常。54机电信息2 0 2 3年第2 0 期总第7 16 期Sheji yu Fenxi设计与分析（4）电池模组因为空间限制而无法采用吊装设备，3 0 kg以上的模块应两人搬抬，安装高度不宜超过1.5 m。(5)注意电池模块极性，保证极性安装正确。(6)电池模块连接线不宜留有裕度，不得强扯、挤压、扭转线束。(7)严禁使用金属工具对接插件处进行操作。(8)严禁把不同容量、不同性能的电池模块连接在一起使用。(9)并联前应测试每个模块电压，压差在50 0 mV内方可并联；多电池模块并联时，遵循先串联后并联的连接方式。(10)投运前重点检查电池簇的总电压及正负极，确保安装正确。3.4三级自检参照国家电网有限公司输变电工程施工分包安全管理办法要求 8 ，储能电站安装调试结束后由施工承包商组织班组自检、施工项目部复检和公司级专检。储能电站在带电调试前和交付资产接收方验收前应该分别组织开展三级自检，验收检查结果组卷留存。4结束语本文结合时下通用的磷酸铁锂储能电池消防技术规范，以金牛湖（桂山变综合能源站示范工程的管理流程为例证，提出了一套基于磷酸铁锂电池预制舱的储能电站安全建设管理流程。本流程旨在面(上接第51 页）#14使用COS；右旋使用G2切入和退回孔中心，#1 3 使用COS,#14使用SIN。4结束语通过G17、G 1 8、G 1 9 平面宏程序编程对比和现场实践应用可知，在实际加工时，通过修改宏指令#2 1，可以很方便地控制螺纹尺寸，通过修改宏指令#1 和#2中大径和小径可以满足不同型号的NPT螺纹加工需求，通过#2 0 可以自由选择刀具，从而大大提高编程效率和质量。使用宏程序编程，简明直观，具有灵活性、通用性和智能性的特点。本文提供了同一加工向不确定性的设计、设备和施工质量，通过施工图会审杜绝消防和平面布置的设计失误，通过出厂试验见证保障电池模块基本质量，通过施工现场管控规范化施工流程和弥补施工缺漏，把控建设关键节点，为储能电站的标准化建设提供理论依据和实施方案。参考文献1磷酸铁锂电池储能电站消防技术与工程应用编委会.磷酸铁锂电池储能电站消防技术与工程应用 M.北京：中国电力出版社，2 0 2 1.2建筑设计防火规范：GB500162014S.3电化学储能电站用锂离子电池管理系统技术规范：GB/T341312017S.4】火灾自动报警系统设计规范：GB501162013S。5预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范：T/CEC3732020S.6郭鹏宇，王智睿，钱磊.储能电站磷酸铁锂电池预制舱火灾事故分析J.电力安全技术，2 0 1 9，2 1（1 2）：2 6-3 0.7】朱亚平.电池储能电站消防灭火措施探讨 J.上海节能，2017(1):33-36.8国家电网有限公司.国家电网有限公司输变电工程施工分包安全管理办法 Z，2 0 1 9.收稿日期：2 0 2 3-0 6-0 5作者简介：陈祺炜（1 9 9 4 一），男，江苏南京人，硕士研究生，助理工程师，主要从事输变电及综合能源工程建设工作。特征在不同平面的编程思路，值得推广。参考文献1杜军，李贞惠，唐万军，数控宏程序编程从入门到精通M.北京：化学工业出版社，2 0 1 9.2翟瑞波.图解数控铣/加工中心加工工艺与编程：从新手到高手 M.北京：化学工业出版社，2 0 1 9.收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 7作者简介：韩海瑞（1 9 9 5一），男，宁夏银川人，助理工程师，主要从事机械加工研发项目、研发创新等方面工作。机电信息2 0 2 3 年第2 0 期总第7 1 6 期55