储能电池安全事故八大诱因

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中国电力科学研究院有限公司储能与电工新技术研究所，发布了对北京集美大红门25MWh爆炸事故的分析报告，提出了可能引发爆炸的8个诱因，包括储能电池安全质量、电池管理系统和气象环境因素等，但由于目前能够得到的信息有限，未能给出具体原因定论。

电科院报告认为，“电站北区在毫无征兆的情况下突发爆炸”，符合锂离子电池的安全事故诱发机制，即电池在内外部激源的影响下，超出其安全技术承受能力，电池遭遇极端滥用条件，突发热失控。

电科院报告指出，电池储能安全是一个系统性问题，涉及储能电池、电池管理系统、电缆线束、系统电气拓扑结构、预警监控消防系统、运行环境、安全管理等多方面。由于目前能够得到的信息有限，不能对具体事故原因下定论，仅能从不同维度分析各类可能的诱因。

诱因一：储能电池安全质量

锂离子电池发生燃烧爆炸的根源在于电池热失控，热失控的诱因通常有电池内部原因和外部原因两种。

内部原因，比如电池制造过程中引入的电芯内缺陷，或者电池在长期使用过程中由于充放电制度和环境因素使电池老化，电芯内部产生了枝晶锂，它的存在触发了电池内短路。

外部原因，如电池外部的电、热冲击，作用到电池本体都会使电池内部出现不可逆的放热反应。如果电池储能系统集成过程中，没有严格按照相关标准对储能电池提出门槛性的安全性能要求，出现电池选型不当，电池基本安全质量无法保障，一般滥用条件下极易热失控。

该电站的储能电池是否按照储能标准进行检测目前未知，如果没有经过门槛性的安全性能检测，可能存在较大的安全隐患。

诱因二：储能系统电气拓扑

从项目电气拓扑上看，发生事故的项目是直流配网结构，储能电站中的电池簇通过DC/DC变换系统与大功率直流充电桩、光伏发电系统共用直流母线上。与普遍使用的储能电站交流配网拓扑相比，这种拓扑结构有若干安全隐患。

如果电池簇之间存在不一致性，在工作时容易造成环流，当环流过大时会造成某个电池簇的过充或者过放，会加剧电池的老化或者衰退。

如果直流母线上的负载发生短路，短路电流会通过母线传递给电池簇，瞬间的短路大电流会加剧电池内部急剧升温，引发事故。

直流母线的绝缘要求较高，如果存在缺陷可能发生电弧火花，由于直流电流没有过零点，不易熄灭，高温电弧易引发电池、线缆等易燃物的火灾。

直流继保系统的开关关断过程由于没有过零点，关断比交流开关复杂，开关内电弧不易熄灭，开关关断时间较长，同时直流开关成本较高，有个别工程存在用交流开关替代直流开关的现象，交流开关用在直流系统中，当发生过流故障时有可能出现开关无法关断，引发持续大电流，存在安全隐患。

直流配电网络中电力电子设备缺少足够的电气隔离措施，如果直流配电系统中接地工作处理不当，系统运行时电磁环流问题容易引起漏电流，漏电流在电池机柜、线缆等处累积的热量有可能造成局部高温，会引发电池产生火灾从而造成安全隐患。

从现场情况看，南区先发生事故，在处理南区事故时，北区在无征兆情况下发生爆燃，有可能是南北区共用直流母线，在南区发生事故时，南区已经短路，但是由于直流保护系统未检测到，未发生动作，造成北区电池瞬间过放，电流增大，引发事故。

诱因三：电池管理系统

除电芯外，电池储能系统还包含 BMS、PCS、变压器以及相关继电保护设备、通信设备等一系列一次、二次设备，这些设备均可能因存在质量缺陷、安装调试过程不规范、设置不合理、绝缘不到位等因素，直接或间接引起储能系统发生安全问题。

从事故现象看，电池管理系统可能存在采集数据周期较长、阈值设置不合理的现象，未在电池过充、过放或者热失控阶段发生预警，也未及时关断对电池10充放电进行反应，加剧了电池发生失控的风险。

诱因四：电缆和线束现场布局

从公开的信息来看，事故项目的线缆采用的穿管桥架敷设，与电池柜的安全距离较近，如果线路上发生短路，线缆发生燃烧或者爆炸，极易造成连锁反应，造成电池的着火或者爆炸。

电池模块中的线束也是事故可能发生的根源，所有线束如果未作防火处理，或者采集线束和通信线束为明显区分，易造成线束之间的干扰，造成电池管理系统信息不准，当发生事故时，处理不及时，线束不防火，很容易成为易燃源。

诱因五：电站防火设计

锂离子电池在热失控后，一方面会对周围的电池产生强烈的热冲击，另一方面，会生成大量烷烃类可燃气体，在外部负载短路形成的外部电冲击、电池热失控后的热冲击等作用下，如果储能系统缺乏有效的防护措施，就可能造成电池事故的扩大。

若储能装置布置在室内，当可燃气体达到一定浓度时，遇明火会发生爆炸，更严重的是发生连锁性爆炸事故。

根据媒体描述，事故项目有两个变电站，一主一分，并网端应该在低压侧380的母联那短路之后从电缆过去。而这个时间段消防救援已经来了，由于储能电池没有隔离，所以消防队员一进去(13:30 左右正是储能放电的时间)就“毫无征兆”的爆炸了。

由此推测，该电站的防火设计存在不足，现场的防火设计中未见有防火墙的设计，缺乏隔离吸能设施，没有在储能电池发生爆炸的情况起到有效的防护作用。

诱因六：电站配套的监控预警灭火系统及消防用水

依据现场情况，北区突然发生爆炸，根据该现象推测可能是由于南区火灾产生高温，北区储能系统的电池泄压阀打开释放电解液分解产生的可燃气体，在密闭空间形成聚集，容易形成闪爆。现场可能缺乏可燃气体探测装置或者探测装置失灵，没有有效检测出可燃气体，没有做出及时预警，导致发生爆炸。

储能站火势蔓延较大，说明现场消防系统未在第一时间控制住火势，现场设置的手持式灭火装置不能发挥作用，不满足锂离子电池储能电站的消防灭火需要。

从事故图片来看，消防指战员使用消防用水去扑灭南区储能系统火灾时，北区突然发生爆炸，由于南区、北区距离较近，消防用水在喷淋南区时可能接触到了北区的储能系统，由于储能系统是高压带电体，水喷淋可能引起带电体及其线路短路诱发火灾或扩大电气事故。

因此，在储能系统火灾前期，有大量储能电池还未受到影响的情况下，采用水作为消防灭火介质，还是需要慎重考虑的。

诱因七：气象环境因素

此次事故发生在4月16日下午，而在4月15日北京发布了大风黄色，沙尘蓝色和森林火险橙色预警信号。

大风、沙尘的气象环境可能造成储能系统内部灰尘积聚，一方面不利于储能系统的散热，提高储能系统运行温度，另一方面沙尘的存在，对系统的绝缘造成不利影响，而绝缘失效容易造成电气设备电击穿、局部高温，都会诱发储能电池热失控。

诱因八：人员现场操作和管理制度

据媒体报告，储能电站事故发生时，现场有工作人员正在对储能系统进行调试。储能系统属于高电压、高能量的带电系统，施工现场、调试运行现场有很多的线路，如果操作失误或者现场处置不当，很容易出现安全问题。

从电池本体、集成、工程设计、施工到运行维护等，目前已有相关标准，如果不按照标准进行，存在现场作业不规范操作、监管缺失、操作人员认识不充分等等，都可能导致严重后果。

电科院报告虽然没能给出事故具体原因的定论，但提出的8个诱因，再次敲响了储能电站安全防护的警钟。大红门储能电站爆炸事故后，北京市开展了对所有用户侧储能电站的安全隐患排查。