摘要：本文通过对一起锂电池集装箱的火灾调查，系统分析了该类火灾形成的原因，并对这种新型的储能技术的运用在消防安全方面提出了一些防范措施。
关键词：锂电池；集装箱；火灾事故；蔓延痕迹；起火原因；火灾调查
1火灾基本情况
2017年3月7日9时46分许，某公司9MW储能AGC调频项目1号锂电池储能集装箱发生火灾。该起火灾烧毁集装箱内空调、配电柜、七氟丙烷气体灭火系统、BMS、锂电池等物品，无人员伤亡。
2项目工作原理
9MW储能AGC调频项目储能系统由主控制系统、高低压配电、3组电池集装箱、3组逆变器集装箱构成。储能系统主控单元接收电网AGC指令等运行数据，经过计算确定储能系统各储能单元出力指令，并下发至各电池集装箱控制单元和逆变器集装箱控制单元。同时，接收各储能单元（电池集装箱和逆变器集装箱）反馈状态信号，监控各储能单元自动运行情况。高低压配电为各储能单元提供主功率和辅助供电，分别接入电厂机组6KV母线段和380V母线段。通过控制储能单元设备动态存储和放电，实时补偿火电机组出力与电网AGC调度指令间的偏差，实现对电网频率的控制，满足电力系统调频需要。
3起火原因认定
3.1起火时间的认定
（1）该单位员工李XX证实，2017年3月7日上午9时41分左右对1号储能单元进行一键重启操作3分钟以后，听到“砰”的一声响，随后看到1号锂电池集装箱南门上方有浓烟冒出。
（2）数据监控系统显示，9时41分04秒系统启动，9时44分44秒直流断路器闭合，9时44分45秒系统交流、直流断路器断开。(监控系统时间比北京时间慢1分40秒)
（3）视频监控系统显示，9时47分56秒，1号锂电池集装箱东南侧通风口处有黑烟冒出，随后有人员前往进行查看。(视频监控系统时间比北京时间快46秒)
根据询问证言及监控系统数据，结合火灾发生发展规律，认定起火时间为2017年3月7日9时46分许。
3.2起火部位的认定
（1）1号锂电池集装箱南门外侧上部均有明显的烟熏痕迹，内侧上部保温层被烧掉，呈现由内向外、由北向南的蔓延痕迹。
（2）集装箱箱体北侧检修门内外两侧有明显的烟熏痕迹，门扇漆皮完好，变色轻于南门，呈现由内向外、由南向北的蔓延痕迹。
（3）集装箱箱体外东侧南部有明显的漆皮脱落并呈现V字型痕迹。箱体外西侧南部同样有明显的漆皮脱落，呈现由南向北蔓延痕迹。箱体顶部南侧被烧漆皮脱落，北侧漆皮保持完好，呈现由南向北蔓延的痕迹。箱体底部南侧有圆形变色痕迹。箱体外漆皮脱落处与变色处均对应箱体内BMS（电池管理单元）区域。
（4）箱体南侧空调机内电缆北侧绝缘皮烧损，南侧残留较多，呈现由北向南的蔓延痕迹。空调机残留的冷凝管保温层北侧烧损严重，南侧残留较多，呈现由北向南的蔓延痕迹。
（5）七氟丙烷气体灭火系统控制柜门和高低压配电柜门上均有变色痕迹。柜门上部变色重于下部，北侧重于南侧，呈现由北向南的蔓延痕迹。
（6）高压配电柜内，绝缘柱被烧，北侧残留较少，南侧残留较多。北侧接线排变形大于南侧接线排，呈现由北向南蔓延的痕迹。
（7）东西两侧放置的BMS组及电池组固定铁架竖向方管南侧部分有烧损且变形严重，北侧基本保持完好，呈现由南向北变形逐渐减轻的痕迹。
（8）东西两侧BMS组和电池组南侧上部基本无残留，北侧残留较多，部分保持完好；接线排、把手和电线残留物呈现由南侧上部向北侧和下部逐渐增多且烧损逐步减轻的痕迹。火势呈现由南向北蔓延痕迹。
（9）电池集装箱内地板南侧残留部分橡胶地垫，北侧橡胶地垫保持完好。BMS区域附近地垫完全烧毁，裸露出铁皮地板。过道靠近东侧BMS区域铁皮地面有烧损孔洞，其余地面未发现铁皮地板烧穿痕迹。
（10）电池集装箱箱体南侧吊顶脱落，未脱落部分呈现由南向北变形变色逐渐减轻的痕迹。
综合上述，可以认定起火部位位于9MW储能项目1号锂电池集装箱内BMS（电池管理单元）区域。
3.3起火点的认定
为方便勘验，对东侧BMS从上到下依次用红色1-0（Rack13）、2-0（Rack12）、3-0（Rack11）……、13-0（Rack1）进行编号；对西侧BMS从上到下依次用绿色1-0（Rack14）、2-0（Rack15）、3-0（Rack16）……、13-0（Rack26）进行编号。
（1）对BMS区域所有面板附近残留的悬挂铜线束进行复位观察，发现东侧3-0（Rack11）BMS P-所接铜线束有熔痕。
（2）东侧3-0（Rack11）BMS面板变形位移，且有拉弧痕迹，2-0（Rack12）BMS、4-0（Rack10）BMS、5-0（Rack9）BMS面板均有拉弧痕迹，无位移；西侧3-0（Rack16）BMS面板掉落地上且有拉弧痕迹。1-0（Rack14）BMS、2-0（Rack15）BMS、4-0（Rack17）BMS、11-0（Rack 24）BMS均有拉弧痕迹，无位移。呈现东西两侧3-0（Rack11、Rack16）BMS附近火烧程度重于其他区域的痕迹。
（3）对东侧2-0（Rack12）BMS、3-0（Rack11）BMS、4-0（Rack10）BMS和西侧2-0（Rack15）BMS、3-0（Rack16）BMS、4-0（Rack17）BMS抽屉进行拆解，发现东侧2-0BMS抽屉无穿孔，熔断器裂开，熔断器外壳未见熔融物，两组熔断器4个接线柱（连接母排与熔断器出线排压接点固定螺栓）均保持直立状。
东侧3-0（Rack11）BMS抽屉上盖板有直径约3cm（对应抽屉内B-熔断器接线柱）和8cm（对应抽屉内B+熔断器接线柱）近似圆形电弧击穿孔洞各一个；抽屉下底板有直径约5.5cm（对应抽屉内B-熔断器接线柱）和直径约1cm（对应抽屉内B+熔断器接线柱）近似圆形电弧击穿孔洞各一个；东侧3-0（Rack11）BMS熔断器3个接线柱倾倒。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
东侧4-0（Rack10）BMS抽屉上盖板有近似葫芦型电弧击穿孔洞（对应抽屉内B-熔断器接线柱）一个，最大长度约13.5cm；抽屉北侧板有最大长度约11.5cm的不规则电弧击穿孔洞（对应抽屉内B-熔断器接线柱）一个；4个熔断器接线柱均未倾倒。
西侧2-0（Rack15）BMS抽屉无穿孔；两组熔断器裂开，熔断器外壳未见熔融物；两组熔断器4个接线柱3个保持直立状，1个有倾斜。
西侧3-0（Rack16）BMS抽屉上盖板有最大长度约12cm的不规则电弧击穿孔洞（对应B+熔断器接线柱）一个，下底板有直径约4cm（对应B+熔断器接线柱）的近似圆形电弧击穿孔洞一个，北侧板有最大长度约10cm的不规则电弧击穿孔洞一个；两组熔断器裂开且外壳无熔融物；两组熔断器4个接线柱均保持直立状。
西侧4-0（Rack17）BMS抽屉有2个直径约4cm的近似圆形的电弧击穿孔洞（分别对应B+和B-熔断器接线柱），抽屉下底板无孔洞；两组熔断器裂开且外壳无熔融物；两组熔断器4个接线柱均保持直立状。
以上痕迹表明，东侧3-0（Rack11）BMS燃烧变形最为严重，故认定起火点位于1号锂电池集装箱内东侧3-0（Rack11）BMS处。
3.4起火原因的认定
3.4.1排除放火和遗留火种引起火灾的可能性
（1）放火动机不存在。经过走访询问，未发现各方有矛盾纠纷。
（2）通过调取视频监控发现起火前后无可疑人员进出1号锂电池集装箱。
（3）李XX证言证实，起火前电池集装箱南北门均处于锁闭状态。
（4）经现场勘验，1号锂电池集装箱周边未发现用于放火的可疑物品或工具。
3.4.2排除雷击引起火灾的可能性
（1）依据当天气象条件，当天为晴天，不具备雷击条件。
（2）储能项目整体在电厂空冷岛防雷范围内。
3.4.3经调查询问和现场勘验，认定起火原因为：
在启动过程中，操作过电压引起1号锂电池集装箱内多个BMS抽屉连接母排与熔断器出线排压接点固定螺栓顶部对外壳放电击穿空气拉弧，东侧3-0（Rack11）BMS抽屉内B+连接母排与熔断器出线排压接点固定螺栓顶部对外壳持续放电产生高温引发火灾。
（1）BMS抽屉具备尖端电压击穿空气产生电弧的条件：
a.直流高压线路在BMS抽屉内穿进穿出；
b.直流高压线在BMS抽屉内的接触点采用螺栓螺母形式；
c.BMS抽屉外壳为金属材质，且通过集装箱壳体接地；
d.直流高压线路未设置浪涌保护装置；
e.在重启过程中有产生浪涌的可能性；
f.1号电池集装箱内所有BMS抽屉高压直流线正负极分别接入统一的正负直流母排上，操作过电压在母排处基本相同，所以各BMS抽屉内的过高压线电压基本一致，但BMS抽屉存在个体差异，例如抽屉内螺栓长短不一，满足空气放电的BMS抽屉就会产生电弧，因此会造成BMS抽屉产生电弧的随机性。
（2）引起拉弧后，电池集装箱与直流电线断开，但电池侧仍带980V的直流高压，反应在BMS抽屉B+和B-进线位置，且由于熔断器接线柱螺栓与外壳之间空气已被击穿，故在相对较低电压下仍能持续放电。
通过送检与孔洞位置对应的东侧3-0（Rack11）BMS B+接线柱（连接母排与熔断器出线排压接点固定螺栓）和电线，检出B+接线柱螺栓有电热作用，电线有火烧熔痕。通过分析东侧3-0（Rack11）BMS抽屉电弧击穿孔洞位置，结合送检鉴定结论，火灾原因认定为东侧3-0（Rack11）BMS抽屉内B+连接母排与熔断器出线排压接点固定螺栓顶部对外壳持续放电产生高温引发火灾。
4灾害成因分析
4.1集装箱式锂电池储能系统是我国火电AGC性能调频项目出现的新技术，国内外尚未制定相关消防安全国家标准、行业标准和企业标准，在实际使用过程中仅按普通电器设备考虑，尚无经验可循，对该项目的火灾危险性认识不足。
4.2 1100V直流端未设置浪涌保护器，没有把浪涌控制在电池集装箱外部，未能有效消除浪涌形成的过电压和过电流。
4.3项目为远程控制，现场通常无人值守，无火灾事故应急预案。延误了最佳灭火时机，并造成许多灭火不确定性。
4.4此次火灾，现场维护人员人为打开箱体门查看内部情况，导致七氟丙烷气体泄露，直接影响了火灾的扑救。
4.5未能及时报警。9时46分许着火，10时43分消防部门才接到报警，延误了灭火救援的最佳时机，造成了火势的蔓延扩大。
5防范措施
5.1加紧出台相关规范和标准。AGC调频储能项目是一种新型科技，在消防安全防护和火灾应急处置方面尚无相关的标准，应加强研讨，尽快出台相关规范和标准。
5.2加强安全体系建设和安全培训。应根据系统设计和运行过程中可能存在的风险，依据现有规范标准组织安全评估论证，制定相应的火灾预防和处置预案，并对相关从业人员加强消防安全培训，提高行业消防安全管理水平和事故处置能力。
5.3 改进相关工艺。一是加装浪涌保护器或相关防过压过流措施；二是对BMS熔断器接线柱接线方式进行改造，减少尖端器件、增大与壳体距离、螺栓端部加绝缘保护。
5.4在箱体内部加装视频监控系统。以便有效观察监控系统运行状态，避免在突发情况下开箱查看。
5.5火灾报警信号联动控制功能应接回主控制室。确保能在第一时间获取火灾信号，并及时启动灭火系统，最大限度的减少火灾损失。
论文作者:赵武军
论文发表刊物:《科技中国》2017年8期
论文发表时间:2017/12/13
标签：熔断器论文; 抽屉论文; 接线柱论文; 集装箱论文; 火灾论文; 痕迹论文; 孔洞论文; 《科技中国》2017年8期论文;