0.引言

隨著(zhù)新能源汽車(chē)的普及，其充電設施的安全問(wèn)題也逐漸凸顯。充電樁是新能源汽車(chē)的重要配套設施，一旦發(fā)生火災，不僅會(huì )造成財產(chǎn)損失，還可能對人員生命安全構成威脅。因此，對新能源汽車(chē)充電樁火災處置技戰術(shù)進(jìn)行研究，對于保障公共安全和推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。本文旨在探討新能源汽車(chē)充電樁火災處置的技戰術(shù)問(wèn)題，通過(guò)分析火災原因、燃燒特性、滅火方法等方面，提出針對性的處置策略和措施。

1.行業(yè)發(fā)展背景

我國的能源產(chǎn)業(yè)結構是“富煤貧油"，且光伏、水力、風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)完善，基礎較好，相比于傳統的化石能源，無(wú)論是從能源安全的角度，還是在減少碳排放的國際背景下，都更適宜發(fā)展以電力為核心的新能源產(chǎn)業(yè)。新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，新能源汽車(chē)保有量不斷攀升，充電樁作為電網(wǎng)至用戶(hù)終端的接口，也隨之，呈高速建設狀態(tài)。

然而充電樁規模、數量的飛速發(fā)展帶來(lái)了一系列火災隱患，充電設施火災數量頻發(fā)，個(gè)別還造成較嚴重的財產(chǎn)損失和社會(huì )影響。2022年國家發(fā)展改革委等部門(mén)出臺了《關(guān)于進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施服務(wù)保障能力的實(shí)施意見(jiàn)》，其中明確提出“強化汽車(chē)、電池和充電設施生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量安全責任，嚴格建設、設計、施工、監理單位建設安裝安全把關(guān)"“建立火災事故調查處理、溯源機制，鼓勵相關(guān)安全責任保險推廣應用"，進(jìn)一步壓實(shí)了充電樁廠(chǎng)家、使用單位的消防安全責任，并探索實(shí)行火災事故溯源機制。

2.充電樁類(lèi)型分析

充電基礎設施即充電樁可根據其充電模式、規模、安裝地點(diǎn)的防護等級進(jìn)行分類(lèi)，其火災危險性也各不相同。

2.1充電模式分類(lèi)

1）交流充電樁

交流充電樁即輸出交流電為電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電，一般安裝在固定場(chǎng)所，與電網(wǎng)相連，為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電設備提供可控制的單向交流電源或三相交流電源的供電。由于電流的限制，交流充電樁不能直接為汽車(chē)電池充電，要通過(guò)連接電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電設備進(jìn)行轉換。由于車(chē)載充電設備功率較?。ㄒ话?/span>為7kW、10kW、15kW等），交流充電速度較慢，一般需要6~10h才能充滿(mǎn)。

2）直流充電樁

直流充電樁即內置了交流直流轉換裝置的充電樁，與電網(wǎng)相連，體積較大，一般集中固定安裝。直流充電樁可直接為電動(dòng)汽車(chē)的電池充電，采用三相四線(xiàn)制或三相三線(xiàn)制供電，輸出的電壓和電流可調范圍大，直接輸出大功率直流電為電動(dòng)汽車(chē)電池充電，功率較大（一般大于120kW），1~2h即可為電動(dòng)汽車(chē)充滿(mǎn)電。

3）安全性能差別

對于交流充電，充電功率較小，對電池的損耗也相應較小，同時(shí)會(huì )在即將充滿(mǎn)電時(shí)給電池組各單個(gè)電池進(jìn)行電量均衡，保證每個(gè)電池電量都是滿(mǎn)電，對保護電池和延長(cháng)電池壽命有一定的好處；對于直流充電，充電功率大，充電速度快，過(guò)快的充電速度會(huì )導致電池組內電量不平衡，對單節電池的刺激和沖擊也較大，若無(wú)進(jìn)一步平衡電量的技術(shù)措施，長(cháng)期使用會(huì )有熱失衡的風(fēng)險，容易發(fā)生泄露、火災、爆炸事故。

2.2充電樁規模分類(lèi)

根據充電區域的規模、數量以及安裝管理方式，可將充電區域分為集中建設的充電站和獨立充電樁兩類(lèi)。

充電站一般按照《電動(dòng)汽車(chē)充電站設計規范》（GB50966—2014）標準進(jìn)行建設，規劃合理，且遠離重點(diǎn)單位，具有較完善的固定消防設施和配套管理制度，一般安排專(zhuān)人進(jìn)行運營(yíng)管理，并在政府部門(mén)有備案、接受定期檢查。

獨立充電樁一般設立在公共建筑或居民住宅的地下車(chē)庫中，主要為個(gè)人使用的電動(dòng)車(chē)進(jìn)行供能充電，依照個(gè)人申請—物業(yè)、電力部門(mén)審批—報請安裝的程序進(jìn)行設置。單個(gè)充電樁自發(fā)性的火災危險性不高，主要風(fēng)險點(diǎn)在于車(chē)主未按規程操作以及相關(guān)的防護措施、配套設施不完善，另外設施有被外力破壞的風(fēng)險。

2.3安裝地點(diǎn)分類(lèi)

根據安裝地點(diǎn)的不同，充電樁可以分為室外充電樁和室內充電樁兩類(lèi)。對于室外充電樁，由于需要面臨較惡劣的露天環(huán)境和天氣影響，需要在設計、安裝時(shí)注意絕緣性防護，同時(shí)提高防雷避雷等級以及相應的安全防護等級。室內充電樁為節約空間，一般采用壁掛式安裝，如若發(fā)生火災，可操作空間較小，容易引發(fā)鄰近車(chē)輛著(zhù)火。

3.充電樁火災處置技戰術(shù)研究

充電樁火災多發(fā)生于新能源汽車(chē)充電使用過(guò)程中，盡管電動(dòng)汽車(chē)起火的原因很復雜，但其中一個(gè)主要原因是鋰電池自燃。研究此類(lèi)火災處置應同時(shí)考慮帶電設施和電動(dòng)汽車(chē)兩種火災場(chǎng)景。

3.1國外對鋰電池及帶電火災滅火劑的研究

美國聯(lián)邦航空管理局（FederalAviationAdministration，FAA）開(kāi)展了處置鋰電池帶電火災用滅火劑有效性篩選實(shí)驗，并通過(guò)火災模擬實(shí)驗和滅火降溫效果實(shí)驗評價(jià)了它們的有效性。結果表明，水基滅火劑具有良好的降溫效果。隨著(zhù)滅火劑的用量增加，降溫效果更為顯著(zhù)。即使是小用量的水基滅火劑對冷卻效果的影響也有顯著(zhù)意義。但非水基滅火劑的降溫效果并不明顯，隨著(zhù)滅火劑的用量增加、冷卻能力變化不大。水基滅火劑的冷卻能力由大至小依次為AF-31、AF-21、A-B-D和Novec123。

在對滅火劑冷卻效果進(jìn)行實(shí)驗研究的基礎上，美國聯(lián)邦航空局開(kāi)展了新能源汽車(chē)鋰電池火災實(shí)驗。實(shí)驗采用18650型鋰離子電池（電池容量為2600mA·h）。實(shí)驗在管式加熱器中進(jìn)行，當第一塊電池被加熱至100℃時(shí)，使用己烷加熱器。當電池內部發(fā)生熱失衡，開(kāi)始燃燒后，使用不同種類(lèi)的滅火劑進(jìn)行滅火。滅火結束后，加熱器關(guān)閉，記錄了大約20min的滅火過(guò)程。結果表明，鋰電池的所有熱失控都是在沒(méi)有引火源的情況下發(fā)生并蔓延的，只有500mL的液體滅火劑才能有效抑制鋰離子電池火災的擴散，非液體滅火劑對鋰離子電池火災蔓延沒(méi)有控制作用。

3.2國內對鋰電池及帶電火災滅火劑的研究

為了降低新能源汽車(chē)火災的風(fēng)險，中國船級社武漢研究所[4]開(kāi)展了鋰電池滅火劑滅火效果的研究，分析了二氧化碳、干粉和七氟丙烷的滅火效果，滅火時(shí)間、再燃率和煙氣效果三個(gè)方面進(jìn)行了綜合研究。二氧化碳滅火劑的滅火效果不佳，導致火災復燃。干粉滅火劑對鋰電池帶電火災的抑制效果很小，甚至會(huì )引發(fā)二次爆炸。對電池滅火效果*佳的是七氟丙烷。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)[5]開(kāi)展了干粉、二氧化碳等滅火劑的滅火有效性研究。發(fā)現七氟丙烷具有良好的效果，但也出現了火災復燃的情況。

應急管理部天津消防研究所用干粉、二氧化碳和水成膜泡沫滅火劑及細水霧技術(shù)進(jìn)行滅火效果測試。結果表明二氧化碳、干粉、3%水成膜泡沫可撲滅18650型鋰離子電池的明火。但由于鋰離子電池的熱失控，會(huì )持續釋放熱量、可燃氣體和氧氣。上述幾種滅火劑均不能撲滅火災。全部出現了復燃的現象。隨著(zhù)滅火劑冷卻能力的提高，復燃出現的時(shí)間延長(cháng)。

3.3細水霧添加劑在帶電火災中的滅火應用

關(guān)于細水霧添加劑技術(shù)應用在充電樁及鋰電池火災的研究文獻較少?，F有的研究主要集中在西方國家，主要應用了F-500微膠囊材料技術(shù)，這是一種新型的高效滅火、防爆和環(huán)保技術(shù)，由美國危險品控制技術(shù)公司（HazardControlTechnologies,Inc.,HCT）開(kāi)發(fā)。2009年，羅伯特·博世有限公司（BOSCH）測試了水的、泡沫、粉末和F-500對鋰電池起火的滅火效果。

2013年4月，德國機動(dòng)車(chē)監督協(xié)會(huì )（DeutscherKraftfahrzeug-überwachungs-Verein，DEKRA）選擇了三種滅火劑對比研究了電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰電池火災事故的滅火效果。根據車(chē)輛鋰電池的電氣結構，DEKRA使用正庚烷點(diǎn)燃鋰電池，并建立了火災模型。他們比較了F-500、水、粉末滅火劑對撲滅鋰電池火災的作用。實(shí)驗人員在正庚烷引燃電池約20min后開(kāi)始滅火。通過(guò)仿真實(shí)驗，DEKRA發(fā)現水可以成功撲滅電動(dòng)汽車(chē)的鋰電池火災。但是還有許多其他問(wèn)題，如耗水量大、滅火時(shí)間長(cháng)等。F-500滅火劑可以提高撲滅鋰電池火災的效率，含1%F-500滅火劑的滅火時(shí)間只有14s，大大降低了用水量。

3.4充電樁火災處置流程

1）接警調度。指揮中心接警后，按照事故等級就近調派力量趕赴現場(chǎng)。指揮中心值班作戰助理、安全助理查閱發(fā)生事故充電樁（站）規模、型號，將相關(guān)安全注意事項實(shí)時(shí)通報給現場(chǎng)指揮員。同時(shí)調集電力、環(huán)保、公安、氣象等聯(lián)動(dòng)部門(mén)協(xié)同進(jìn)行處置。出警力量應攜帶電絕緣裝具、絕緣剪斷鉗、漏電探測儀、測溫儀、可燃氣體探測儀以及破拆裝備。

2）風(fēng)險評估?，F場(chǎng)指揮員在采取處置措施前應查明充電樁起火部位基本情況以及被困人員情況。查明火勢對周邊車(chē)輛、建筑、人員的威脅情況。查明火災地點(diǎn)附近危險源情況。判斷發(fā)生事故充電樁、車(chē)輛電路系統受損情況以及現場(chǎng)是否切斷電源。遇有突發(fā)情況導致事故擴大或被困人員增加，應及時(shí)報告指揮中心請求增援。

3）現場(chǎng)管控。依照事故發(fā)生等級以及氣象情況劃分警戒區域，疏散無(wú)關(guān)人員。利用可燃氣體探測儀和測溫儀實(shí)時(shí)監控風(fēng)險，適時(shí)調整警戒范圍。

4）安全防護?，F場(chǎng)處置人員應著(zhù)全套個(gè)人防護裝備，佩戴空氣呼吸器，并根據現場(chǎng)帶電情況使用絕緣裝備。

5）處置措施。對有人員被困的情況，應果斷堅持“救人第一，科學(xué)施救"原則，快速救人，并同步開(kāi)展滅火、破拆、排煙措施。無(wú)法實(shí)施斷電操作時(shí)，應使用噴霧水或接地使用直流水進(jìn)行冷卻降溫。有條件的應同步開(kāi)啟氣體或干粉滅火裝置。根據現場(chǎng)情況，判斷是否采用吊升、穩固措施。充電樁高壓供電源附近一般有保護性構件，發(fā)生火災時(shí)難以直達火點(diǎn)，應使用大量的水對構件外部進(jìn)行降溫操作。

在明火撲滅后，應持續使用大流量直流水進(jìn)行降溫，直至帶電設施降至安全溫度。

4.限流式保護器在電氣防火中的應用

4.1限流式保護器的設計

電氣防火限流式保護器可有效克服傳統斷路器、空氣開(kāi)關(guān)和監控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時(shí)間長(cháng)、短路時(shí)產(chǎn)生的電弧火花大，以及使用壽命短等當弊端，發(fā)生短路故障時(shí)，能以微秒級速度快速限制短路電流以實(shí)現滅弧保護，從而能顯著(zhù)減少電氣火災事故，保障使用場(chǎng)所人員和財產(chǎn)的安全。

安科瑞ASCP200-1和ASCP300系列電氣防火限流式保護器。

ASCP200-1電氣防火限流式保護器的主要元件是固態(tài)開(kāi)關(guān)，不同于傳統家用的空氣開(kāi)關(guān)（微斷）。我們知道，傳統空氣開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)是一種機械運動(dòng)過(guò)程，分斷時(shí)間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負載斷開(kāi)時(shí)通常伴隨有電弧的產(chǎn)生。而固態(tài)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)則是依靠半導體內部的載流子運動(dòng)實(shí)現，分斷時(shí)間微秒級，速度快，無(wú)電弧產(chǎn)生。

如圖11所示，當發(fā)生短路故障時(shí)，傳統空氣開(kāi)關(guān)在電流升至C點(diǎn)時(shí)才能動(dòng)作，且無(wú)法瞬時(shí)切斷電流，而固態(tài)開(kāi)關(guān)則可以在電流升至B點(diǎn)時(shí)即瞬間切斷短路電流。

圖11短路故障前后電流與時(shí)間關(guān)系圖

從流過(guò)電阻的電流熱量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，傳統空氣開(kāi)關(guān)與固態(tài)開(kāi)關(guān)在短路時(shí)所釋放的能量差別可以達到數千倍之多。因此當裝配限流式保護器的回路發(fā)生短路故障時(shí)，就可以避免電弧的產(chǎn)生，從而有效降低了電氣火災。

ASCP300系列電氣防火限流式保護器是三相限流式保護器，*大額定電流為125A?？蓱糜陔妱?dòng)車(chē)充電站的線(xiàn)路保護。

4.2ASCP200-1功能特點(diǎn)

A）短路保護功能，線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內實(shí)現快速限流保護；

B）過(guò)載保護功能，線(xiàn)路持續過(guò)載時(shí)，保護器限流保護；

C）表內超溫保護功能，保護器內部器件工作溫度過(guò)高時(shí)，保護器限流保護；

D）過(guò)/欠壓保護功能，線(xiàn)路欠壓或過(guò)壓時(shí)，保護器告警或限流保護（可設）；

E）電纜溫度監測功能，被測線(xiàn)纜溫度超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器告警或限流保護（可設）；

F）漏電流監測功能，線(xiàn)路漏電超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器告警或限流保護（可設）；

G）通訊功能，保護器配置1路RS485接口，1路2G無(wú)線(xiàn)通訊，可以將數據發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或第三方監控軟件或平臺，從而實(shí)現遠程監控。

4.3ASCP200-1技術(shù)參數

4.4應用方案圖示

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器建議安裝在入戶(hù)開(kāi)關(guān)下端，額定電流值根據入戶(hù)開(kāi)關(guān)的具體規格進(jìn)行設置，典型應用示意圖如圖2所示：

圖2ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖

4.5ASCP300功能特點(diǎn)

A）短路保護功能。保護器實(shí)時(shí)監測用電線(xiàn)路電流，當線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內實(shí)現快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

B）過(guò)載保護功能。當被保護線(xiàn)路的電流過(guò)載且過(guò)載持續時(shí)間超過(guò)動(dòng)作時(shí)間（3~60秒可設）時(shí)，保護器啟動(dòng)限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

C）表內超溫保護功能。當保護器內部器件工作溫度過(guò)高時(shí)，保護器實(shí)施超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號。

D）過(guò)欠壓保護功能。當保護器檢測到線(xiàn)路電壓欠壓或過(guò)壓時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。

E）配電線(xiàn)纜溫度監測功能。當被監測線(xiàn)纜溫度超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。

F）斷相保護功能。當保護器檢測到線(xiàn)路斷相時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，啟動(dòng)限流保護。

G）漏電流監測功能。當被監測的線(xiàn)路漏電超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器發(fā)出聲光報警信號，可預先設置是否啟動(dòng)限流保護。

H）通訊功能。保護器具有1路RS485接口，可以將數據發(fā)送到后臺監控系統，實(shí)現遠程監控。監控后臺可以是安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監控主機，也可以是安科瑞Acrel-6000安全用電管理云平臺，或第三方監控軟件或平臺。

4.6ASCP300技術(shù)參數

4.7使用注意事項

在選用限流式保護器時(shí)，限流式保護器的設定的額定電流應該與其前一級的斷路器的額定電流保持一致。例如，當限流式保護器輸入端斷路器的額定電流為32A時(shí)，應將限流式保護器的額定電流設置為32A。為保障限流式保護器的正常使用，嚴禁將其使用于與其前端斷路器的額定電流不匹配的配電線(xiàn)路中。

ASCP200系列采用限流式保護器采用壁掛式安裝，可以?huà)靿Π惭b，也可以安裝在箱體內，應確保安裝場(chǎng)所無(wú)滴水、腐蝕性化學(xué)氣體和沉淀物質(zhì)，并注意環(huán)境溫度和通風(fēng)散熱。

為確?？煽窟B接，接線(xiàn)時(shí)應按接線(xiàn)圖進(jìn)行，同時(shí)為了防止接頭處接觸電阻過(guò)大而導致局部過(guò)熱，也避免因接觸不良而導致保護器工作不正常，線(xiàn)頭應采用合適大小的U形冷壓頭壓接后，再插入保護器相應端子上并將螺釘擰緊壓實(shí)。

保護器內部帶有交流電，嚴禁非專(zhuān)業(yè)人士擅自打開(kāi)產(chǎn)品外殼。保護器在使用期間，若被保護線(xiàn)路發(fā)生短路或過(guò)載故障而被限流保護時(shí)，保護器仍處于帶電狀態(tài)，不允許隨意碰觸用電線(xiàn)路的金屬部分。待檢查線(xiàn)路，并排除故障后，長(cháng)按保護器的復位按鍵約2秒鐘，使保護器恢復正常運行時(shí)。

當保護器因超溫而發(fā)生限流保護時(shí)，則可能是因為負載電流過(guò)大，環(huán)境溫度過(guò)高或通風(fēng)散熱不良等原因導致，可通過(guò)加強通風(fēng)等措施，等保護器溫度降下來(lái)后，再長(cháng)按復位鍵，使保護器復位，恢復正常運行。

5.結語(yǔ)

當前新能源充電設施行業(yè)在我國呈暴發(fā)式發(fā)展，相應領(lǐng)域的滅火救援技戰術(shù)研究也應當作為長(cháng)期課題持續下去。結合國內外相關(guān)研究，筆者認為，充電樁火災處置的技戰術(shù)應當結合帶電火災撲救和破拆搶險救援兩部分內容，根據災情類(lèi)型開(kāi)發(fā)研制專(zhuān)用的器材裝備與戰術(shù)方法，如大面積輕質(zhì)滅火毯、阻斷滅火劑等。做到技戰結合，才能快速有效地控制災情，保護人民生命財產(chǎn)安全。

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