磷酸铁锂电池预制舱施工和检修过程的
火灾预防
郭鹏宇1，王智睿2，胡新雨3
(1.国网江苏省电力有限公司，江苏 南京  210024；
2.国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，江苏 镇江  212000；
3.国网江苏省电力有限公司南通供电分公司，江苏 南通  226000)
Fire Prevention during the Construction and Maintenance of the Prefabrication
Cell of Lithium Iron Phosphate Battery
GUO Pengyu1, WANG Zhirui2, HU Xinyu3
(1. State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd., Nanjing  210024;
2. Zhenjiang Power Supply Company, Zhenjiang  212000;
3. Nantong Power Supply Company, Nantong  226000)
〔摘 要〕对目前磷酸铁锂电池储能电站安全性研究进行了梳理，指出了对磷酸铁锂电池预制舱施工及检修过程发生火灾的危险性及事故预防措施研究的必要性。从火灾三要素出发，对磷酸铁锂电池预制舱施工及检修过程，展开火灾风险识别，并从设备因素、人员因素、环境因素三个角度进行火灾风险分析，提出了在人员要求、过程管理、异常处置三个方面的火灾事故预防措施建议。
〔关键词〕电化学储能电站；磷酸铁锂电池；施工检修；火灾
Abstract: In this paper, the safety researches of lithium iron phosphate battery energy storage power station is summarized, and the fire risk during the construction and maintenance of lithium iron phosphate battery prefabricated cabin and the necessity of accident prevention measures are pointed out. Starting from the three elements of fire, this paper identifies the fire risks during the construction and maintenance process of lithium iron phosphate battery prefabricated cabin, and carries out fire risk analysis from three aspects of equipment, personnel and environment, it also puts forward suggestions on fire accident prevention measures in respect to personnel requirements, process management and abnormality disposal.
Key words: electrochemical energy storage power station; lithium iron phosphate battery; construction and maintenance; fire
中图分类号:TM619    文献标识码:A    文章编号:1008-6226 (2020) 05-0065-04
0  引言
近年来，得益于磷酸铁锂电池安全性优势的不断提升和成本的不断降低，以及具有快速响应能力的电池储能系统在增强电网调节能力方面的巨大潜力，应用于电网中的磷酸铁锂电池储能电站数量及规模在显著增加。同时，由于预制舱式储能电站具有施工周期短、施工质量便于把控、占地面积小、总投资较小等优点，一大批预制舱式磷酸铁锂电池储能项目并网运行，容量不断刷新。
然而，国内外的磷酸铁锂电池储能电站火灾事故频出，2018年8月江苏省扬中市某用户侧磷酸
铁锂电池储能电站在安装调试过程中发生火灾。韩国从2018年5月—12月，共发生23起锂离子电池储能电站起火事件，其中有17起发生在运行过程中，6起发生在安装施工或检修过程中。可见对于预制舱式
储能电站，施工检修过程中的火灾事故风险较高。
预制舱式磷酸铁锂电池储能电站的安全性正逐渐成为研究热点，文献[4]～[5]建立了大型高能锂离子电池全尺寸火灾行为测试平台，首次对50 Ah LiFePO
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的火灾行为及危险性进行了系统研究，并指出不同的电池、电池模块的火灾行为可能不同，灭火方式应区别考虑。文献[6]对电化学储能电站存在火灾、爆炸、触电、中毒窒息及灼伤等危险因素进行了分析。文献[7]～[8]对受限空间内锂离子电池爆燃特性及火灾燃烧特性进行了研究。文献[9]对电池储能电站的消防灭火措施进行了探讨，文献[10]对锂离子电池储能电站的早期火灾预警系统展开了研究。
现有的研究主要集中在充电运行状态下的电池火灾特性及防控措施，而相较于充电运行状态，安装施工或检修过程中的人为介入因素较多，人员距离火源较近导致伤亡风险更大，火灾安全风险不容小觑。
1  火灾风险识别与分析
一般来讲，引起火灾的三要素是热量、可燃物和氧化物，三要素中缺少任一个，火灾即不会发生；火灾发生后，从三要素中排除一个，火灾即不可持续。从储能电池的实际情况来看，电池内部电化学反应多以放热为主，而电极或电解质含有可燃物质，另外，尽管单体电池采取密封措施，但电池在异常情况下
可能发生破裂等情况，加之电池本身就放置于空气中，故火灾三要素均无法彻底避免。
1.1  施工和检修过程的火灾风险识别
在磷酸铁锂储能电站电池预制舱安装施工(检修)过程中，可燃物与氧化物客观常在，状态相对稳定，热量则由电池本体、人为因素、电池管理系统等多方面因素决定，任一因素出现问题均有可能导致热失控，引发火灾。
1.1.1  可燃物
电解液。磷酸铁锂电池内部的电解液主要成分包括：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、六氟磷酸锂、五氟化磷等。其中，碳酸乙烯酯等脂类成分遇明火可燃，不充分燃烧会生成一氧化碳。六氟磷酸锂是一种热不稳定化合物，80 ℃以上高温环境下会分解产生五氟化磷。五氟化磷是一种强路易斯酸，能瞬间夺取碳酸乙烯酯等电解液溶剂的氧原子，产生大量氟化氢。氟化氢能与大多数金属反应产生氢气。
(2) 电池组外壳及接线。磷酸铁锂电池组外壳通常采用阻燃塑料制成，但当发生火灾时，这些阻燃塑料仍会燃烧。电池组间及电池组内部单体电池间的接线一般由绝缘皮包裹，由于接线数量巨大，绝缘皮作为可燃物带来的火灾风险不容忽视。
1.1.2  氧化物
为了降低火灾安全风险，磷酸铁锂电池在设计时通常会尽量减少氧化物出现的频次，即便在发生初期火灾时，由于磷酸铁锂电池内部压力较大，电解液蒸汽呈喷射状，燃烧一般表现为扩散燃烧，较为稳定。
1.1.3  热量
磷酸铁锂电池本身具备较高的安全性，在200～400 ℃时正极基本不会发生分解。一般认为磷酸铁锂电池发生热失控是导致火灾的主要原因。
(1) 过热触发热失控。导致动力磷酸铁锂电池过热原因来自于电池的选型和热设计的不合理，或者外短路导致电池的温度升高、电缆的接头松动等。
(2) 内短路触发热失控。电池制造杂质、金属颗粒、充放电膨胀的收缩、析锂等都有可能造成内短路。当电池内部由于各种原因发生隔膜击穿时，隔膜两侧电解液发生剧烈反应，瞬间释放大量的热，进而导致热失控。
(3) 过充电触发热失控。过充电触发的热失控一般发生在磷酸铁锂电池管理系统未正常运行的情况下，导致电池持续过充，进而引发内短路直至热失控。
(4) 机械触发热失控。碰撞是一种典型的机械触发热失控的方式。实验表明，不同的材料在碰撞甚至针刺的时候会有不同的反应，而磷酸铁锂相对安全。
1.2  火灾风险分析
磷酸铁锂储能电站电池预制舱在施工和检修时，要同时面对设备、人员及环境条件三方面因素，
任何一方面出现问题均有可能导致热失控，甚至引发火灾。
1.2.1  设备因素
磷酸铁锂电池在运输过程中可能因振动引发内部结构错位或损坏，在经过一段时间运行后也可能出现绝缘老化、连接点虚接、电池不一致性加剧等问题。
由于储能电站所用磷酸铁锂电池数量巨大，如在安装、检修过程如检测不到位，未能及时发现问题，将形成火灾风险隐患。
1.2.2  人员因素
施工工艺不良是磷酸铁锂电池舱发生火灾的重要原因。施工工艺水平往往与施工、检修人员的资质、经验和精神状态有很大关系。
一个磷酸铁锂电池舱内的电池组多达上百个，仅接线一项工作就会带来大量重复工序。施工人员长时间处于重复操作状态，稍有不慎将出现错误接线等操作。如错误未被及时发现或检查出，则会进一步引发热失控等故障，进而发生火灾。
施工人员携带的工器具多采用金属材质，电池舱内环境狭小，在安装检修过程中存在工器具误触引发短路的风险。
1.2.3  环境因素
安装、检修期间，舱门处于开启状态，舱外环境中的湿气和粉尘极易进入舱内。水分可以和电芯中的电解液反应，产生气体。当电芯的外壳无法承受时，电芯就会爆炸。而粉尘的积聚则容易引发微短路。环境温度过高也可能引发热集聚。
2  施工和检修的火灾风险防控
在磷酸铁锂电池预制舱施工和检修过程中，设备因素与环境条件较为客观，人员因素相对主观。下面从火灾风险防控的角度出发，对施工和检修人员自身的要求以及人员在施工和检修过程中的事故预防措施进行归纳。
2.1  施工和检修人员方面
(1) 所有施工和检修人员必须是经过安全技能培训合格的工程人员。
(2) 在施工前应进行相应的操作纪律教育，使施工人员懂得严格执行操作纪律对实现安全施工的重要性。
(3) 施工和检修过程必须配备专用工具与穿戴劳保用品，摘下手腕上的手表、手链、手镯、戒指等含有金属的导体，以防电击及造成正负极短路。
(4) 使用金属安装工具时，应做好绝缘防护。
(5) 施工和检修作业必须专人专职。
(6) 检修人员需明确各种连接的原理与功能，检修过程中的操作不得靠猜想或自作主张。
2.2  施工和检修过程事故预防措施
2.2.1  电池的装卸搬运
(1) 设备在运输、转移或搬运过程中必须保证平放，并保证包装箱不被淋水。
(2) 搬运及放置电池模块包装箱应采用专业设备及工具，如电动叉车、运载能力适合的手叉车等，以免搬运时对电池模块造成损伤，注意轻拿轻放，按照包装箱上的安全标识操作。
(3) 电池柜不得倾斜超过10°，以免损伤电池。
2.2.2  电池的临时存储
(1) 储存场所需保持清洁，屋顶和墙壁需防水，并保持墙壁和地板的干燥，以免破坏电池模块，影响电池性能。
(2) 储存场所温度需控制在5～45 ℃，湿度需控制在5 %～75 %。不可有腐蚀性气体，以免破坏电池模块包装和电池模块结构件，影响电池性能等。
(3) 电池模块使用前应储存在原包装箱中，存储摆放时需要平稳放置，不可倾斜或者翻转放置；禁止承载电池模块的卡板存在堆叠情况。
(4) 电池模块储存过程中应保持包装箱完好，勿打开、撞击包装箱，使用时应该保持模块上的标签完好。
2.2.3  电池的拆箱
(1) 开箱应检查电池模块外壳无穿透性损伤，固定螺钉及预埋螺母处塑胶件无破损和裂纹，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。
(2) 将电池模块从包装纸箱取出时应轻拿轻放。
(3) 电池模块漏液严禁使用。
2.2.4  电池模块安装及检修
(1) 安装工作应在土建工程完工一定时间后进行，避免由于潮湿、机械等原因损坏电池。
(2) 电池安装前，宜先将灭火系统安装调试完成并使之处于自动或手动运行方式下。
(3) 电池应离开热源和易产生火花的地方，并
避免阳光直射或置于大量有机溶剂气体中。
(4) 不得在可能浸水的场合安装、使用电池。
(5) 不得用乙烯薄膜类有可能引发静电的塑料遮盖电池，产生的静电有引起电池爆炸的风险。
(6) 安装过程中，应确保不通工作电源，并确保电源开关处于断开状态。
(7) 不得将电池直流电极直接接地。
(8) 不得直接接触电极或主直流线电极，以免发生严重触电事故。
(9) 线路连接过程中，不得超过两人同时连接一根线。
(10) 电池连接时，连接线的截面积应大于一倍的全负载所需截面积，连接线应尽可能短，以防产生高电压差。
(11) 每完成一项工作，需检查一遍，并交叉检查。
(12) 使用扭矩扳手等金属工具时，需做好绝缘防护，禁止扭矩扳手等金属工具同时接触到电池正、负端子，造成电池短路。
(13) 各连接接头必须安全可靠，确保不会有松脱、虚接问题，接触电阻接近零，接头必须具有抗腐蚀、耐磨、抗震功能。
(14) 内部电池之间的连接必须有抗震防松脱装置，温度、电压、电流感应器连接同样需要安全可靠，防止松脱、老化及挤压。严禁各感应线出现任何金属裸露现象。
(15) 与外接设备连接之前，应使设备处于断开状态，并再次检查蓄电池的连接极性和总电压是否正确。然后再将电池组的正极连接设备的正极，电池组的负极连接设备的负极，并紧固好连接线。
(16) 所有裸露的金属线头均需绝缘包裹。
(17) 连接完成后，必须逐点测量、确认。
(18) 所有连接点必须确保不会与外箱或其他部件接触、短路。
3  施工和检修中异常与事故的处置
电池在出现异常与事故后，应及时采取正确、有效的处理措施予以处理，避免发生进一步的损害。当电池出现碰撞，有漏电、短路、燃烧等情况时，现场工作人员应采取如下措施。
(1) 如果电池被碰撞、变形或被异物刺穿，应立即断开电池的电源连接线，通知专业技术人员到场处理，如需拆下电池，应由穿戴必要防护装备的人员将电池充分放电后，方可进行拆卸工作。
(2) 如果发现电池漏电现象，必须立即疏散储能舱内的人员，并立即通知相关技术人员到场处理，排除故障后方可继续使用，严禁电池带病工作。
(3) 电池发生短路时，应立即疏散储能舱内的人员，切断相关电源与电器设备，断开电池与系统的连接，并立即通知相关技术人员到场维修排除故障，短路后的电池不能直接再使用，需经全面检测后，再决定是否可继续维修使用。
(4) 电池组发生燃烧时，应立即疏散储能舱内的人员，无关人员不得靠近储能舱，由专业人员启动灭火系统进行灭火。灭火完成后，由穿戴必要防护装备人员检测确无有毒气体后，切断电源连接线路，用电阻充分放电(电压降到0 V)，方可拆下电池，进行后续操作分析。
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输煤皮带人身安全保护装置的研发
郑大兴，施文扬
(珠海发电厂，广东 珠海  519015)
Development of Personal Protection Device for Coal Conveying Belt
ZHENG Daxing, SHI Wenyang
(Zhuhai Power Plant, Zhuhai  519015)
〔摘 要〕 针对一起火电厂输煤系统因人员误上运行中输煤皮带而引起人身伤亡事故，研制了DWK1800
T 型输煤皮带人身保护装置。通过现场应用证明其使用效果良好，可以有效防止输煤皮带运行中可能引起的人身伤亡事故，降低设备损坏几率。比亚迪厂房起火
〔关键词〕 输煤皮带；人身保护装置；自主研发
Abstract :
In the light of an accident involving personnel injury and death caused by mistaken on-board the coal conveying belt of personnel in a thermal power plant, a DWK1800T coal conveyor belt personal protection device is developed. The field application has shown good effectiveness, which can effectively prevent the personal injury accidents possibly caused during the operation of coal conveyor belt and reduce the probability of equipment damage.
Key words :
coal conveying belt; personal protection device; independent R&D 中图分类号:TM621  文献标识码:A    文章编号:1008-6226 (2020) 05-0069-03
2  人身安全保护装置应具备的功能
2.1  实现误入皮带人员自救功能
该煤厂输煤皮带长达10 km，范围广，涉及人员比较多，如有工作人员误入皮带，极有可能造成人员伤亡事故。在全厂输煤皮带加装人身安全保护装置，误入皮带的人员在皮带启动后落入落煤管之前，通过触碰该装置可以实现自救，守住最后一道防线，从而实现保护人身安全的目的。
1  研发背景
2017年全国火电厂共有两起由于工作人员误上没有停电的输送皮带上造成人身伤亡事故，其中一起发生在2017-08-11，某机械工人私自进入某公司煤场，在进行测量输煤皮带机槽架时无视现场“禁止跨越”安全警示标识，擅自跨越安全护栏，站在皮带上进行设备测量工作，在输送皮带突然启动时，发生人身坠落，造成机械伤害死亡。
[10] 王春力，贡丽妙，亢  平，等．锂离子电池储能电站    早期预警系统研究[J]．储能科学与技术，2018，7(6):    1152-1158.
[11] 张  锋，肖忠良．LiFePO4电池的热电化学性能研究    [D]．湖南：长沙理工大学，2013.
收稿日期：2019-12-22。作者简介：
郭鹏宇(1973—)，男，高级工程师，主要从事电力消防与电力设施保护等工作，email：136****************。
王智睿(1988—)，男，工程师、技师，主要从事消防与电力设施保护、科技项目管理等工作。
胡新雨(1986—)，男，高级工程师，主要从事变配电运检工作。