对储能电站检测的安全性分析

2019-11-27蔡睿周承军江伟盛春

中国新技术新产品 2019年17期

蔡睿周承军江伟盛春

摘要：在新一輪能源革命的背景下，储能作为新能源行业的新起之星，已在部分区域内建立储能电站，为了确保其能够安全稳定地运行，运维人员需定期对其进行检测解析。该文主要介绍了系列检测的内容与方法，检测对象可能会引起的危害和如何抑制其产生的解决方法。储能电站作为多能源互补的重要角色之一，它主要应用于解决弃光弃风问题、实现调峰调频的电网侧服务和工商业峰谷套利等盈利模式，因此保持高效率及安全运行对系统的经济性和稳定性至关重要。

关键词：储能系统;安全性;检测

中图分类号：TM91 文献标志码：A

0 引言

目前，全球能源紧缺，新能源产业的发展势在必行，其中，光伏电站与风力电站是新能源电站中的新宠，但其发电具有时段性，无法提供稳定的电力输出，如果二者在局部区域建设规模过大，并网时会给电网的安全稳定运行带来巨大的影响，储能电站能够提升配电网对分布式电源的接纳能力，稳定电网末端节点电压水平，并可作为电网故障或检修时的备用电源，在智能电网建设的变用电环节中发挥巨大作用。在用户侧也能在作为备用电源的同时，实现峰谷套利的经济使用价值，因此储能电站的安全性稳定性对系统的经济性意义重大。

1 储能电站检测内容

此次对该公司一示范储能电站系统项目进行多方面的检测（该文统称A项目），主要为三大模块：形式检测、安全性能检测及系统性能检测。根据其检测数据分析储能系统的安全性，保证储能系统能够正常运行。

2 形式检测

2.1 设备一致性及铭牌检测

此项检测内容主要是检查PCS和EMS的型号规格、磷酸铁锂电池的容量及数量是否一致，检查各个设备和主要电气元件铭牌是否完整与清晰。若有铭牌丢失或不清晰则需及时标识与更换，以确保安全运检降低器件不可识别带来的运维压力。A项目经检查均完好。

3安全性能检测

3.1 接地系统检测

接地电阻是否合格直接关系到运行人员及检修人员的人身安全，但土壤会腐蚀接地装置，增大接地电阻，因此需要定期检测。

该检测项目使用接地电阻检测仪，采用四线测试的方法，其优点能消除设备表面的接地电阻对测量的影响，能消除线阻对测量的影响，如图1所示。

注意事项：

（1）从被测物体开始，两者间隔5 m～20 m。

（2）E与H之间至少是被测接地体埋入地下电极长度的5倍。

（3）测试时，测试线不能交错在一起，会影响测试精度。

按照图1连接好测试线后，在仪器上进行操作，进入接地电阻测试模式，按下“TEST”键，数据出现在测试屏上，直至其稳定后记录下该接地电阻值。

若测量值大于规范要求，则需要检查所有接地点的连接是否完好或检测接地点环境阻值是否变大。此时可通过排查修复接地点、增加接地极或者在接地极处更换土壤，填充降阻剂使其达到安全设计标准。接地阻值过大时，系统会在受直击雷或感应雷影响时不能及时泄流，对电气设备造成破坏引起系统不安全运行或系统出现漏电等故障是亦可能对运检人员造成安全隐患。

此次A项目检测接地电阻的数值为0.19Ω，变压器集装箱接地电阻的数值为0.4 Ω，远远小于国际标准。

3.2 应急系统及暖通系统检测

检查集装箱内应急逃生灯是否能正常工作，若不能正常工作则更换蓄电池或更换灯具使其可在应急状态下正常工作。逃生门是否可以自动弹开，若不可则配合厂家运维检修。应急系统在紧急状况下确保运检人员的人身安全至关重要。

A项目经检查，应急灯与逃生门均可在应急状态正常工作。

电气设备舱排风系统性能检测，系统停机在设备舱放置加热器给设备舱升温，检测温感与排风风机的联动性。其可避免电气设备在过高温状态下长期运行，可确保电气设备安全运行并延长其寿命，降低过负荷运行造成安全隐患的风险。

电池舱空调系统性能检测，断开消防设备与电池簇，模拟电池高温信号给BMS、环境高温、低温及环境高湿度，看空调是否能做出准确的动作。温控系统对电池的安全运行提供至关重要的环境，若其不能在对应的环境测试中通过，则需先排查对应的传感器再排查空调本身的性能是否正常。

暖通系统的正常运行，有利于系统在最优状态下安全运行，也可保证系统充放电效率达到最优，同时降低安全风险。

3.3 电气设备及线路异常温升点检查

电气设备及线路异常温升，易导致设备损坏，产生火灾隐患。检测电气设备和线缆温升，针对异常处进行器件（线缆）检修或更换，消除项目隐患。图2为该检测项目使用的仪器。

通常我们使用的仪器是热成像仪进行检测，首先调整焦距，然后选择正确的测温范围，了解最大测量距离并保证测量过程中仪器平稳，获得检测数据并与器件（线缆）正常运行是的热量计算值对比，验证其是否存在异常温升。A项目经检测未发现异常。

3.4 消防联动系统检测

消防联动系统在整个电站安全问题上有着至关重要的位置。

该项目消防系统的保护区均设两路独立探测回路，一路来自烟感，另一路来自温感。当报警控制器收到烟感发出的报警信号时，报警控制器发出声光报警，保护区现场警铃报警（提醒人员确认火灾真实性）;当温感发出火灾信号时，报警控制器进入延时阶段，声光报警器报警和联动设备动作（切断主回路）。延时过后，下达灭火指令，同时控制器收到反馈信号，控制面板喷放指示灯亮。当报警控制器处于自动状态则自动喷洒;若处于手动状态则只报警不动作，等待人员确认后，按下控制面板的应急启动按钮或者紧急启停按钮，即可喷洒。

因此我们只需给烟感温感模拟信号，完成一个流程观察是否正常即可，如果哪个环节出现问题则进行维修或更换。A项目经检测，消防联动系统处于正常工作状态。

当电站系统发生消防火情时，消防系统安全运行可及时抑制火情、减少设备损坏及人员伤亡，可极大程度地确保系统的安全性。

3.5 BMS系统检测

BMS系统俗称电池管理系统，主要功能包括：电池物理参数实时监测;电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制;均衡管理和热管理等。

对A项目系统中六串电池组各抽查一个模组和相对应的从控进行模拟过压、欠压、过流和温度异常实验测试。

系统过压模拟测试：首先给每个模组的三个采样点施加3.2-3.7V的模拟电压信号。当模拟信号电压升至3.4V时BMS人机界面与EMS系统均产生一级过压告警，当模拟信号电压升至3.5V时BMS人机界面与EMS系统均产生二级过压告警并且BMS做出对电池组禁充指令，当模拟信号电压升至3.6V时BMS人机界面与EMS系统均产生三级过压告警并EMS发出指令使高压箱接触器断开。

系统欠压模拟测试：首先给每个模组的3个采样点施加2.7 V～3.2 V的模拟电压信号。当模拟信号电压降至3.0 V时BMS人机界面与EMS系統均产生一级欠压告警，当模拟信号电压降至2.9 V时BMS人机界面与EMS系统均产生二级欠压告警并且BMS做出对电池组禁放指令。

系统过流模拟测试：首先给每个模组模拟100 A的电流，系统处于正常工作状态并无异常;再模拟200 A的电流，发现BMS和EMS界面产生告警并且做出相应的动作，立马断开高压箱中的接触器，系统处于停机状态。

系统温度异常模拟测试：需先将消防控制器从自动切换成手动避免出现误动作，设置初步温度为25℃，可见风扇与空调并无动作;当温度提高到30℃时，BMS传递信号使风扇开始运转，在保持较高的经济效益的前提下，使电池处于最优的工作环境;当温度提升至35℃时，EMS系统下达命令，空调开始运转使箱内温度迅速降低，当温度慢慢上升至65℃时，发现整个系统的电池组全部停止工作，这种运行机制能够比较完好的保障整个电站的安全运行。

以上讲述的检测方法都是在保护设备能够正确动作的前提下，若过压欠压过流检测时，BMS和EMS系统未能产生告警提示，我们可从通信线束上寻找原因;若未能正确动作，我们可从BMS的从控中查找是否是元器件的原因;若同时产生过欠压的现象，我们可从电池模组和采样点处发现问题。在电池温度异常检测上，我们需要寻找是否因为BMS和EMS没有与风扇和空调保持完好的联动性或者干接点处出现了接触不良的现象。

A项目该检测内容经检查后发现并无异常，处于正常工作状态。

4 系统性能检测分析

系统效率在整个电站的经济效益中占据了主导地位，我们需要总结并优化众多因素，才能大幅度提高系统效率，达到节能降耗、提高经济效益的目的。

其中η总=系统总效率。

C充=系统充电量。

η变=流器自身效率。

η直流=电池直流转换效率。

η线损=线路损耗百分比。

C站用电=箱内用电设备电量。

我们以影响系统效率的三个主要因素分析。

4.1 储能变流器效率因素

给储能变流器做一个模拟实验，根据数据分析其效率，对比出产效率分析：1）半导体的开关损耗和导通损耗;2）磁性元器件的铁损和磁损。可排结合厂家意见排查原因。亦可通过直流电压合理配置，使电池电压尽可能处于MPPT的工作范围内，能够较好地提升逆变器自身的效率。