儲(chǔ)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(xiàng)目的線纜采用的穿管橋架敷設(shè)，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(yīng)，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

欲了解更多中國(guó)電池行業(yè)的未來發(fā)展前景，可以點(diǎn)擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報(bào)告《2023-2028年中國(guó)電池行業(yè)市場(chǎng)深度全景調(diào)研及投資前景分析報(bào)告》。

中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司儲(chǔ)能與電工新技術(shù)研究所，發(fā)布了對(duì)北京集美大紅門25MWh爆炸事故的分析報(bào)告，提出了可能引發(fā)爆炸的8個(gè)誘因，包括儲(chǔ)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(bào)告認(rèn)為，“電站北區(qū)在毫無(wú)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(jī)制，即電池在內(nèi)外部激源的影響下，超出其安全技術(shù)承受能力，電池遭遇極端濫用條件，突發(fā)熱失控。

電科院報(bào)告指出，電池儲(chǔ)能安全是一個(gè)系統(tǒng)性問題，涉及儲(chǔ)能電池、電池管理系統(tǒng)、電纜線束、系統(tǒng)電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、預(yù)警監(jiān)控消防系統(tǒng)、運(yùn)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(duì)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(chǔ)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?zé)崾Э?，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(zhǎng)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(huì)使電池內(nèi)部出現(xiàn)不可逆的放熱反應(yīng)。如果電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集成過程中，沒有嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)能電池提出門檻性的安全性能要求，出現(xiàn)電池選型不當(dāng)，電池基本安全質(zhì)量無(wú)法保障，一般濫用條件下極易熱失控。

該電站的儲(chǔ)能電池是否按照儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)目前未知，如果沒有經(jīng)過門檻性的安全性能檢測(cè)，可能存在較大的安全隱患。

誘因二：儲(chǔ)能系統(tǒng)電氣拓?fù)?/p>

從項(xiàng)目電氣拓?fù)渖峡?，發(fā)生事故的項(xiàng)目是直流配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)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(chǔ)能電站交流配網(wǎng)拓?fù)湎啾?，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有若干安全隱患。

如果電池簇之間存在不一致性，在工作時(shí)容易造成環(huán)流，當(dāng)環(huán)流過大時(shí)會(huì)造成某個(gè)電池簇的過充或者過放，會(huì)加劇電池的老化或者衰退。

如果直流母線上的負(fù)載發(fā)生短路，短路電流會(huì)通過母線傳遞給電池簇，瞬間的短路大電流會(huì)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(diǎn)，不易熄滅，高溫電弧易引發(fā)電池、線纜等易燃物的火災(zāi)。

直流繼保系統(tǒng)的開關(guān)關(guān)斷過程由于沒有過零點(diǎn)，關(guān)斷比交流開關(guān)復(fù)雜，開關(guān)內(nèi)電弧不易熄滅，開關(guān)關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)直流開關(guān)成本較高，有個(gè)別工程存在用交流開關(guān)替代直流開關(guān)的現(xiàn)象，交流開關(guān)用在直流系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生過流故障時(shí)有可能出現(xiàn)開關(guān)無(wú)法關(guān)斷，引發(fā)持續(xù)大電流，存在安全隱患。

直流配電網(wǎng)絡(luò)中電力電子設(shè)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(dāng)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)電磁環(huán)流問題容易引起漏電流，漏電流在電池機(jī)柜、線纜等處累積的熱量有可能造成局部高溫，會(huì)引發(fā)電池產(chǎn)生火災(zāi)從而造成安全隱患。

從現(xiàn)場(chǎng)情況看，南區(qū)先發(fā)生事故，在處理南區(qū)事故時(shí)，北區(qū)在無(wú)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(shí)，南區(qū)已經(jīng)短路，但是由于直流保護(hù)系統(tǒng)未檢測(cè)到，未發(fā)生動(dòng)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(chǔ)能系統(tǒng)還包含 BMS、PCS、變壓器以及相關(guān)繼電保護(hù)設(shè)備、通信設(shè)備等一系列一次、二次設(shè)備，這些設(shè)備均可能因存在質(zhì)量缺陷、安裝調(diào)試過程不規(guī)范、設(shè)置不合理、絕緣不到位等因素，直接或間接引起儲(chǔ)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(zhǎng)、閾值設(shè)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(yù)警，也未及時(shí)關(guān)斷對(duì)電池10充放電進(jìn)行反應(yīng)，加劇了電池發(fā)生失控的風(fēng)險(xiǎn)。

誘因四：電纜和線束現(xiàn)場(chǎng)布局

從公開的信息來看，事故項(xiàng)目的線纜采用的穿管橋架敷設(shè)，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(yīng)，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(zhǔn)，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，處理不及時(shí)，線束不防火，很容易成為易燃源。

誘因五：電站防火設(shè)計(jì)

鋰離子電池在熱失控后，一方面會(huì)對(duì)周圍的電池產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱沖擊，另一方面，會(huì)生成大量烷烴類可燃?xì)怏w，在外部負(fù)載短路形成的外部電沖擊、電池?zé)崾Э睾蟮臒釠_擊等作用下，如果儲(chǔ)能系統(tǒng)缺乏有效的防護(hù)措施，就可能造成電池事故的擴(kuò)大。

若儲(chǔ)能裝置布置在室內(nèi)，當(dāng)可燃?xì)怏w達(dá)到一定濃度時(shí)，遇明火會(huì)發(fā)生爆炸，更嚴(yán)重的是發(fā)生連鎖性爆炸事故。

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

由此推測(cè)，該電站的防火設(shè)計(jì)存在不足，現(xiàn)場(chǎng)的防火設(shè)計(jì)中未見有防火墻的設(shè)計(jì)，缺乏隔離吸能設(shè)施，沒有在儲(chǔ)能電池發(fā)生爆炸的情況起到有效的防護(hù)作用。

誘因六：電站配套的監(jiān)控預(yù)警滅火系統(tǒng)及消防用水

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，北區(qū)突然發(fā)生爆炸，根據(jù)該現(xiàn)象推測(cè)可能是由于南區(qū)火災(zāi)產(chǎn)生高溫，北區(qū)儲(chǔ)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?xì)怏w，在密閉空間形成聚集，容易形成閃爆?，F(xiàn)場(chǎng)可能缺乏可燃?xì)怏w探測(cè)裝置或者探測(cè)裝置失靈，沒有有效檢測(cè)出可燃?xì)怏w，沒有做出及時(shí)預(yù)警，導(dǎo)致發(fā)生爆炸。

儲(chǔ)能站火勢(shì)蔓延較大，說明現(xiàn)場(chǎng)消防系統(tǒng)未在第一時(shí)間控制住火勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)時(shí)，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(shí)可能接觸到了北區(qū)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，由于儲(chǔ)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(zāi)或擴(kuò)大電氣事故。

因此，在儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)前期，有大量?jī)?chǔ)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(fēng)黃色，沙塵藍(lán)色和森林火險(xiǎn)橙色預(yù)警信號(hào)。

大風(fēng)、沙塵的氣象環(huán)境可能造成儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部灰塵積聚，一方面不利于儲(chǔ)能系統(tǒng)的散熱，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行溫度，另一方面沙塵的存在，對(duì)系統(tǒng)的絕緣造成不利影響，而絕緣失效容易造成電氣設(shè)備電擊穿、局部高溫，都會(huì)誘發(fā)儲(chǔ)能電池?zé)崾Э亍?/p>

誘因八：人員現(xiàn)場(chǎng)操作和管理制度

據(jù)媒體報(bào)告，儲(chǔ)能電站事故發(fā)生時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)有工作人員正在對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。儲(chǔ)能系統(tǒng)屬于高電壓、高能量的帶電系統(tǒng)，施工現(xiàn)場(chǎng)、調(diào)試運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)有很多的線路，如果操作失誤或者現(xiàn)場(chǎng)處置不當(dāng)，很容易出現(xiàn)安全問題。

從電池本體、集成、工程設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)行維護(hù)等，目前已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果不按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，存在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)不規(guī)范操作、監(jiān)管缺失、操作人員認(rèn)識(shí)不充分等等，都可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

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

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