儲能電池安全事故八大誘因

• 陳博 2023年10月20日 來源：中研網(wǎng) 1394 92
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從公開的信息來看，事故項目的線纜采用的穿管橋架敷設，與電池柜的安全距離較近，如果線路上發(fā)生短路，線纜發(fā)生燃燒或者爆炸，極易造成連鎖反應，造成電池的著火或者爆炸。電池模塊中的線束也是事故可能發(fā)生的根源，所有線束如果未作防火處理，或者采集線束和通信線束為

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中國電力科學研究院有限公司儲能與電工新技術研究所，發(fā)布了對北京集美大紅門25MWh爆炸事故的分析報告，提出了可能引發(fā)爆炸的8個誘因，包括儲能電池安全質(zhì)量、電池管理系統(tǒng)和氣象環(huán)境因素等，但由于目前能夠得到的信息有限，未能給出具體原因定論。

電科院報告認為，“電站北區(qū)在毫無征兆的情況下突發(fā)爆炸”，符合鋰離子電池的安全事故誘發(fā)機制，即電池在內(nèi)外部激源的影響下，超出其安全技術承受能力，電池遭遇極端濫用條件，突發(fā)熱失控。

電科院報告指出，電池儲能安全是一個系統(tǒng)性問題，涉及儲能電池、電池管理系統(tǒng)、電纜線束、系統(tǒng)電氣拓撲結構、預警監(jiān)控消防系統(tǒng)、運行環(huán)境、安全管理等多方面。由于目前能夠得到的信息有限，不能對具體事故原因下定論，僅能從不同維度分析各類可能的誘因。

誘因一：儲能電池安全質(zhì)量

鋰離子電池發(fā)生燃燒爆炸的根源在于電池熱失控，熱失控的誘因通常有電池內(nèi)部原因和外部原因兩種。

內(nèi)部原因，比如電池制造過程中引入的電芯內(nèi)缺陷，或者電池在長期使用過程中由于充放電制度和環(huán)境因素使電池老化，電芯內(nèi)部產(chǎn)生了枝晶鋰，它的存在觸發(fā)了電池內(nèi)短路。

外部原因，如電池外部的電、熱沖擊，作用到電池本體都會使電池內(nèi)部出現(xiàn)不可逆的放熱反應。如果電池儲能系統(tǒng)集成過程中，沒有嚴格按照相關標準對儲能電池提出門檻性的安全性能要求，出現(xiàn)電池選型不當，電池基本安全質(zhì)量無法保障，一般濫用條件下極易熱失控。

該電站的儲能電池是否按照儲能標準進行檢測目前未知，如果沒有經(jīng)過門檻性的安全性能檢測，可能存在較大的安全隱患。

誘因二：儲能系統(tǒng)電氣拓撲

從項目電氣拓撲上看，發(fā)生事故的項目是直流配網(wǎng)結構，儲能電站中的電池簇通過DC/DC變換系統(tǒng)與大功率直流充電樁、光伏發(fā)電系統(tǒng)共用直流母線上。與普遍使用的儲能電站交流配網(wǎng)拓撲相比，這種拓撲結構有若干安全隱患。

如果電池簇之間存在不一致性，在工作時容易造成環(huán)流，當環(huán)流過大時會造成某個電池簇的過充或者過放，會加劇電池的老化或者衰退。

如果直流母線上的負載發(fā)生短路，短路電流會通過母線傳遞給電池簇，瞬間的短路大電流會加劇電池內(nèi)部急劇升溫，引發(fā)事故。

直流母線的絕緣要求較高，如果存在缺陷可能發(fā)生電弧火花，由于直流電流沒有過零點，不易熄滅，高溫電弧易引發(fā)電池、線纜等易燃物的火災。

直流繼保系統(tǒng)的開關關斷過程由于沒有過零點，關斷比交流開關復雜，開關內(nèi)電弧不易熄滅，開關關斷時間較長，同時直流開關成本較高，有個別工程存在用交流開關替代直流開關的現(xiàn)象，交流開關用在直流系統(tǒng)中，當發(fā)生過流故障時有可能出現(xiàn)開關無法關斷，引發(fā)持續(xù)大電流，存在安全隱患。

直流配電網(wǎng)絡中電力電子設備缺少足夠的電氣隔離措施，如果直流配電系統(tǒng)中接地工作處理不當，系統(tǒng)運行時電磁環(huán)流問題容易引起漏電流，漏電流在電池機柜、線纜等處累積的熱量有可能造成局部高溫，會引發(fā)電池產(chǎn)生火災從而造成安全隱患。

從現(xiàn)場情況看，南區(qū)先發(fā)生事故，在處理南區(qū)事故時，北區(qū)在無征兆情況下發(fā)生爆燃，有可能是南北區(qū)共用直流母線，在南區(qū)發(fā)生事故時，南區(qū)已經(jīng)短路，但是由于直流保護系統(tǒng)未檢測到，未發(fā)生動作，造成北區(qū)電池瞬間過放，電流增大，引發(fā)事故。

誘因三：電池管理系統(tǒng)

除電芯外，電池儲能系統(tǒng)還包含 BMS、PCS、變壓器以及相關繼電保護設備、通信設備等一系列一次、二次設備，這些設備均可能因存在質(zhì)量缺陷、安裝調(diào)試過程不規(guī)范、設置不合理、絕緣不到位等因素，直接或間接引起儲能系統(tǒng)發(fā)生安全問題。

從事故現(xiàn)象看，電池管理系統(tǒng)可能存在采集數(shù)據(jù)周期較長、閾值設置不合理的現(xiàn)象，未在電池過充、過放或者熱失控階段發(fā)生預警，也未及時關斷對電池10充放電進行反應，加劇了電池發(fā)生失控的風險。

誘因四：電纜和線束現(xiàn)場布局

從公開的信息來看，事故項目的線纜采用的穿管橋架敷設，與電池柜的安全距離較近，如果線路上發(fā)生短路，線纜發(fā)生燃燒或者爆炸，極易造成連鎖反應，造成電池的著火或者爆炸。

電池模塊中的線束也是事故可能發(fā)生的根源，所有線束如果未作防火處理，或者采集線束和通信線束為明顯區(qū)分，易造成線束之間的干擾，造成電池管理系統(tǒng)信息不準，當發(fā)生事故時，處理不及時，線束不防火，很容易成為易燃源。

誘因五：電站防火設計

鋰離子電池在熱失控后，一方面會對周圍的電池產(chǎn)生強烈的熱沖擊，另一方面，會生成大量烷烴類可燃氣體，在外部負載短路形成的外部電沖擊、電池熱失控后的熱沖擊等作用下，如果儲能系統(tǒng)缺乏有效的防護措施，就可能造成電池事故的擴大。

若儲能裝置布置在室內(nèi)，當可燃氣體達到一定濃度時，遇明火會發(fā)生爆炸，更嚴重的是發(fā)生連鎖性爆炸事故。

根據(jù)媒體描述，事故項目有兩個變電站，一主一分，并網(wǎng)端應該在低壓側(cè)380的母聯(lián)那短路之后從電纜過去。而這個時間段消防救援已經(jīng)來了，由于儲能電池沒有隔離，所以消防隊員一進去(13:30 左右正是儲能放電的時間)就“毫無征兆”的爆炸了。

由此推測，該電站的防火設計存在不足，現(xiàn)場的防火設計中未見有防火墻的設計，缺乏隔離吸能設施，沒有在儲能電池發(fā)生爆炸的情況起到有效的防護作用。

誘因六：電站配套的監(jiān)控預警滅火系統(tǒng)及消防用水

依據(jù)現(xiàn)場情況，北區(qū)突然發(fā)生爆炸，根據(jù)該現(xiàn)象推測可能是由于南區(qū)火災產(chǎn)生高溫，北區(qū)儲能系統(tǒng)的電池泄壓閥打開釋放電解液分解產(chǎn)生的可燃氣體，在密閉空間形成聚集，容易形成閃爆。現(xiàn)場可能缺乏可燃氣體探測裝置或者探測裝置失靈，沒有有效檢測出可燃氣體，沒有做出及時預警，導致發(fā)生爆炸。

儲能站火勢蔓延較大，說明現(xiàn)場消防系統(tǒng)未在第一時間控制住火勢，現(xiàn)場設置的手持式滅火裝置不能發(fā)揮作用，不滿足鋰離子電池儲能電站的消防滅火需要。

從事故圖片來看，消防指戰(zhàn)員使用消防用水去撲滅南區(qū)儲能系統(tǒng)火災時，北區(qū)突然發(fā)生爆炸，由于南區(qū)、北區(qū)距離較近，消防用水在噴淋南區(qū)時可能接觸到了北區(qū)的儲能系統(tǒng)，由于儲能系統(tǒng)是高壓帶電體，水噴淋可能引起帶電體及其線路短路誘發(fā)火災或擴大電氣事故。

因此，在儲能系統(tǒng)火災前期，有大量儲能電池還未受到影響的情況下，采用水作為消防滅火介質(zhì)，還是需要慎重考慮的。

誘因七：氣象環(huán)境因素

此次事故發(fā)生在4月16日下午，而在4月15日北京發(fā)布了大風黃色，沙塵藍色和森林火險橙色預警信號。

大風、沙塵的氣象環(huán)境可能造成儲能系統(tǒng)內(nèi)部灰塵積聚，一方面不利于儲能系統(tǒng)的散熱，提高儲能系統(tǒng)運行溫度，另一方面沙塵的存在，對系統(tǒng)的絕緣造成不利影響，而絕緣失效容易造成電氣設備電擊穿、局部高溫，都會誘發(fā)儲能電池熱失控。

誘因八：人員現(xiàn)場操作和管理制度

據(jù)媒體報告，儲能電站事故發(fā)生時，現(xiàn)場有工作人員正在對儲能系統(tǒng)進行調(diào)試。儲能系統(tǒng)屬于高電壓、高能量的帶電系統(tǒng)，施工現(xiàn)場、調(diào)試運行現(xiàn)場有很多的線路，如果操作失誤或者現(xiàn)場處置不當，很容易出現(xiàn)安全問題。

從電池本體、集成、工程設計、施工到運行維護等，目前已有相關標準，如果不按照標準進行，存在現(xiàn)場作業(yè)不規(guī)范操作、監(jiān)管缺失、操作人員認識不充分等等，都可能導致嚴重后果。

電科院報告雖然沒能給出事故具體原因的定論，但提出的8個誘因，再次敲響了儲能電站安全防護的警鐘。大紅門儲能電站爆炸事故后，北京市開展了對所有用戶側(cè)儲能電站的安全隱患排查。

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