Page 80 - 电力与能源2024年第五期

612 张文杰，等：基于热释离子探测与直流快速灭弧的储能站安全提升技术

于控制器局城网（CAN）总线的实验楼火灾预警 随着新能源的快速发展，各种分布式光伏与
系统，提高了火灾预警系统的可靠性和反馈速度。 风电大量接入电网，而储能技术成为确保高比例
文献［3］研究了基于神经网络技术的电气火灾预 可再生能源安全并网的关键。对于储能应用最可
警系统，利用 BP 神经网络诊断电气火灾故障，增 行的锂电池储能，唯一制约其发展的瓶颈就是火
强了系统的预警能力。 灾隐患，除了在电池材料方面进行探索外，提升储

但现有技术仍存在一些不足。例如，目前使 能安全性最为可行的方法就是研发极高灵敏度的
用的烟雾、红外、紫外等火灾检测手段，需在明显 火灾早期预警技术以及直流传输线故障的快速开
的火灾迹象出现后方能触发报警，无法满足储能 断技术。只有在这两方面取得突破，方能从根本
站对火灾检测的即时性要求 ［4-5］ 。本文引入新材 提升储能站的安全水平。本文针对上述问题开展
料离子云室传感器技术，能在火灾尚处于离子态 研究，巧妙利用新材料离子云室传感器技术，并结

时即发出预警，同时采用新型灭弧电路，能够显著 合电力电子技术的最新研究成果，研发了一种实
降低故障点的电弧能量，从而达到快速灭火的效 用化的储能站极早期火灾预警方案和直流馈线故
果，进一步降低火灾发生的概率。 障开断能力提升方案，力求从本质上提升储能站
的安全水平。
1 储能站隐患成因分析
2 储能电池火灾预防思路
1.1 储能站火灾隐患成因
火灾隐患涵盖了多种类型，包括电缆、变压 2.1 热释离子火灾极早期探测技术
器，以及电池等引发的火灾。与液流电池以及铅 锂电池在自燃过程中，会在周围环境中释放
［9］
酸电池这两种水系电池相比，锂电池的火灾隐患 热释离子 。一般来说，物体的温度上升会经历
更为突出。锂电池出在充放电过度、受挤压或短 离子状态、阴燃、可见烟雾、浓烟和大火等几个阶
路时，其内部会发生正负极反应和电解液反应，均 段。传统的火灾探测器多在可见烟雾、浓烟或大
为放热反应，易导致热失控，进而引发严重火灾事 火阶段启动预警功能，而国外的感烟火灾探测器
［6］
故 。由锂电池所引发的火灾，一般具有以下特 通常在阴燃阶段预警。相比之下，热释离子火灾
点：起火速度较快、灭火难度较高以及热分解所产 探测系统可以在物体最初受热受损的离子态阶段
生的物质毒性较强。此外，由于储能动力电池内 提前发出预警，这是因为物体受热时会释放出热
释离子，如图 1 所示。
阻较小，直流馈线排短路电流常常可达数十千安，
这对直流断路器的开断能力构成了极大挑战，相
对较长的灭弧时间成为了电池包外部火灾的最大
可能成因 。
［7］
1.2 储能站爆炸隐患成因
电池储能电站的爆炸隐患主要分为电池本体
以及变电设备两种爆炸类型。就电池本体来说，
锂电池热失控后会产生大量的可燃性气体，当室 图 1 燃烧发展过程中的微粒逸散过程
内这些可燃性气体浓度达到一定水平，遇到明火 热释离子火灾探测系统的基本技术路线是监
即会爆炸。此外，铅酸电池和液流电池也会在水 测被保护环境中的空气，它利用采样管不间断地

溶液当中因过压电解而爆炸 。至于变电设备， 抽取并监测空气样本。通过先进的分析软件技术
［8］
由于储能系统当中的升压变压器为带油设备，其 实施大数据分析，一旦环境内的物质因加热而受
内部出现故障会导致电弧温度升高，引发燃烧或 到损伤，其稳态就会遭到破坏，进而产生带有电荷
者爆炸。 的离子态粒子，即热释离子。这些热释离子会被