風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)現(xiàn)象、原因、防范淺析

文|易劍暉，彭力，李凱松，郭遠(yuǎn)平

攝影：黃斌

風(fēng)能作為一種清潔能源，在全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)型中起到非常重要的作用。我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)多年高速發(fā)展，裝機(jī)容量早已經(jīng)躍居世界第一。據(jù)中國可再生能源協(xié)會風(fēng)能專業(yè)委員會（CWEA）統(tǒng)計(jì)，2014年我國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量為114608.89MW。目前，我國風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量仍處于持續(xù)迅猛增長階段。然而，隨著風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量越來越大、運(yùn)行時間越來越長，各種事故也越來越多，其中風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)事故占有很大比例且損失重大。

風(fēng)電場往往建立在偏遠(yuǎn)地區(qū)，一旦著火，消防車很難及時到達(dá)現(xiàn)場。另外，風(fēng)電機(jī)組往往安裝在距離地面幾十米甚至上百米的高空，發(fā)生火災(zāi)，在地面進(jìn)行滅火難以見效。因此，風(fēng)電機(jī)組自身的消防系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要。

風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)現(xiàn)狀及分析

一、風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)情況介紹

英國某風(fēng)能機(jī)構(gòu)發(fā)表的截止到2014年3月31日的全球風(fēng)電安全事故的統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，在1549起風(fēng)電機(jī)組安全事故中，毀滅性的火災(zāi)事故231起，占風(fēng)電機(jī)組總事故的14.9%，位列第二，僅次于風(fēng)電機(jī)組葉片損壞事故（289起，18.7%），其導(dǎo)致的損失則是最大的，幾乎導(dǎo)致整個機(jī)組全部燒毀。風(fēng)電機(jī)組逐年火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)如表1所示（截止到2014年3月31日）。然而，正如該報(bào)告所述，出于事故單位保密等各種原因，能夠收集到并經(jīng)證實(shí)的事故數(shù)量往往很少。在該統(tǒng)計(jì)報(bào)告中僅僅列出了163起，實(shí)際國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)數(shù)量應(yīng)該比統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)多。

表1 近年火災(zāi)數(shù)量統(tǒng)計(jì)（截止到2014年3月31日）

二、典型風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)事故

2009年7月，內(nèi)蒙古錫林浩特市某風(fēng)電場一臺1.5MW的風(fēng)電機(jī)組發(fā)生火災(zāi)，機(jī)艙和葉片全部燒毀，所有部件損傷，需要更換整機(jī)。經(jīng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)電機(jī)組在維修過程中，維修工人在機(jī)艙內(nèi)使用電焊，不慎引燃機(jī)艙內(nèi)泄漏積存的油脂而引發(fā)火災(zāi)。由于機(jī)艙內(nèi)部齒輪箱、發(fā)電機(jī)潤滑系統(tǒng)、偏航液壓制動系統(tǒng)等部件都可能存在不同程度的漏油情況，這些廢油，是造成這類事故的隱患。

2011年4月，甘肅瓜州某風(fēng)電場一風(fēng)電機(jī)組通訊中斷，經(jīng)過兩次連接無法恢復(fù)通訊，隨后該風(fēng)電機(jī)組起火。調(diào)查后發(fā)現(xiàn)：由于變槳后備電源電池系統(tǒng)安裝在機(jī)艙內(nèi)，而主控系統(tǒng)蓄電池檢測程序存在安全隱患，剎車系統(tǒng)和機(jī)艙罩存在故障和火災(zāi)隱患，在剎車的制動盤上附有大量油脂及齒輪箱底部存在廢油的情況下，剎車系統(tǒng)變槳控制系統(tǒng)程序出現(xiàn)嚴(yán)重故障，導(dǎo)致槳葉未收槳、風(fēng)輪超速、高速剎車系統(tǒng)長期工作，產(chǎn)生火源，造成風(fēng)電機(jī)組整體燒毀。

2014年5月，內(nèi)蒙古烏蘭察布市某風(fēng)電場發(fā)生風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)事故。據(jù)附近居民反映，風(fēng)電機(jī)組起火后，風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙、葉片、輪轂等全部燒毀，消防設(shè)備根本無法起到作用，只能眼看著機(jī)組燃燒殆盡。事后分析得出，該機(jī)組在長期運(yùn)行中，電氣元件老化及晃動引發(fā)電氣打火，機(jī)艙內(nèi)部溫度又高，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。發(fā)電機(jī)與變流器及并網(wǎng)接觸器連接的電纜、端子等隨著機(jī)艙長時間搖晃，會發(fā)生不同程度的磨損與松動，也就是這類事故發(fā)生的根本原因。

從風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和火災(zāi)原因統(tǒng)計(jì)分析，引發(fā)火災(zāi)因素主要有主軸、變速箱等潤滑油泄漏摩擦產(chǎn)熱、剎車系統(tǒng)產(chǎn)熱、電纜過流、電氣設(shè)備運(yùn)行故障、變電設(shè)備故障、雷擊和極端天氣條件等。這類場所發(fā)生火災(zāi)屬液體、電氣或固體等類型火災(zāi)。另外，還有機(jī)組維護(hù)人員操作失誤意外引發(fā)風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)等情況。

三、相關(guān)風(fēng)電機(jī)組消防標(biāo)準(zhǔn)

德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN EN 50308－2005《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防護(hù)措施的設(shè)計(jì)、操作和維修要求》包含風(fēng)電機(jī)組的消防安全防護(hù)。

隸屬于德國保險(xiǎn)業(yè)聯(lián)合會（GDV）的安防認(rèn)證機(jī)構(gòu)VdS于2007年制訂了風(fēng)力發(fā)電機(jī)消防系統(tǒng)測試認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)VdS－3523《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組消防指南》。

2008年德國勞埃德船級社（GL）制訂《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組消防系統(tǒng)評定規(guī)程》。

國內(nèi)，2014年年底針對風(fēng)電機(jī)組防火要求，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會專門制定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組消防系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程（CECS 391－2014）。

四、風(fēng)電機(jī)組消防的重要性

由于風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)事故的大量發(fā)生，近年德國在一些大型風(fēng)電機(jī)組中設(shè)置了自動消防設(shè)施（REpower 5M）。目前我國的風(fēng)電機(jī)組也在機(jī)艙內(nèi)放置了滅火器，但無法完全保障風(fēng)電機(jī)組安全 。首先，機(jī)組無自動消防設(shè)施，不能發(fā)現(xiàn)早期火情，不能早期滅火，便無法控制火情。其次，火災(zāi)發(fā)生后救援人員無法及時趕到現(xiàn)場，即使到了現(xiàn)場，救援滅火設(shè)備面對火災(zāi)也是無能為力。因此，加強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組消防安全保護(hù)已刻不容緩。

風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)高頻率的原因

風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)為什么頻繁發(fā)生呢？究其原因主要有以下幾個方面。

一、風(fēng)電機(jī)組材料及結(jié)構(gòu)問題

風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部使用了大量的可燃、易燃材料，如：機(jī)艙內(nèi)部有被油污沉淀污染的隔音泡沫；塑料機(jī)艙罩由玻璃增強(qiáng)熱固性塑料、玻璃鋼（Glass Reinforce Plastic，GRP）、玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成；液壓系統(tǒng)（如角度調(diào)整器和制動系統(tǒng)）存在油污；齒輪箱用油和其他潤滑用油（如發(fā)電機(jī)軸承、低速軸軸承處）；變壓器油等。這些易燃材料不僅是火災(zāi)隱患，同時也會加快火勢蔓延的速度，導(dǎo)致事故急速擴(kuò)大化。

二、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行情況

風(fēng)電機(jī)組電氣控制系統(tǒng)都是處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)。風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時間長，電氣元件及電纜存在不同程度老化，機(jī)械部件的磨損在維護(hù)周期外處于不可控狀態(tài)。如果設(shè)備磨損超出正常工作范圍，會造成非正常磨損，產(chǎn)生高溫及摩擦火花。

三、風(fēng)電機(jī)組所處環(huán)境

風(fēng)電機(jī)組的設(shè)備主要部件都在60m、70m 高空，地理位置大部分都處在山頂或海拔較高地方，容易受到雷擊。風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部為封閉空間，如出現(xiàn)高溫現(xiàn)象，熱量不易散發(fā)。尤其在雷擊發(fā)生時，在密閉的高溫機(jī)組內(nèi)部，大量金屬部件及油脂極易燃燒致火災(zāi)。

四、風(fēng)電機(jī)組消防設(shè)備配置

目前國內(nèi)許多風(fēng)電主機(jī)廠明知火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高、損失大，但是迫于國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展政策，在市場低價(jià)惡性競爭的情況下，卻不能采用有效的自動消防系統(tǒng)。因此，國內(nèi)陸上風(fēng)電機(jī)組的消防設(shè)備基本上都是在塔基和機(jī)艙內(nèi)部各放置數(shù)個手提式滅火器。正是這個原因，風(fēng)電機(jī)組在無人的情況下易發(fā)生火災(zāi)，在引發(fā)火災(zāi)前期不能有效遏制火源及火勢發(fā)展，最終造成嚴(yán)重事故。

風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)的防范

一、設(shè)備巡檢

風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部作業(yè)結(jié)束后，要加強(qiáng)防火巡查，對機(jī)艙內(nèi)泄露的齒輪油等可燃物必須及時清理，禁止在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部遺留雜物，特別是油污棉絲等易燃物。要定期檢查電路、電纜、電源主回路電纜端子連接質(zhì)量，確保各部位接地系統(tǒng)安全、可靠、絕緣性能良好，防止虛接引發(fā)火災(zāi)。定期檢查風(fēng)電機(jī)組機(jī)械部件運(yùn)行狀態(tài)，特別是活動部件，如出現(xiàn)損傷、松動等問題，應(yīng)及時更換或維修。

二、防雷設(shè)計(jì)

預(yù)防雷擊起火，必須依據(jù)風(fēng)電機(jī)組類型，調(diào)整雷電過壓保護(hù)。為提供最佳保護(hù)，風(fēng)險(xiǎn)評估必須考慮到雷擊的可能性路徑。疏通雷電流導(dǎo)入大地是安全的必要保障，如果雷電流不能及時接入大地，產(chǎn)生擊穿或大能量釋放，就可能引發(fā)火災(zāi)。例如，雷電擊中葉片，然后經(jīng)主軸、機(jī)艙和塔筒傳至基座。通常需要安裝避雷針或避雷器，避免風(fēng)電機(jī)組低壓系統(tǒng)由于直擊雷而導(dǎo)致過壓和高電流。

三、油脂控制

在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)可能泄露油脂或者廢油脂排出的地方，應(yīng)當(dāng)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備妥善儲存。發(fā)電機(jī)油脂潤滑后廢油排出口通常在發(fā)電機(jī)前、后兩端軸承下部，離發(fā)電機(jī)軸承距離很近，在軸承高溫狀態(tài)下，容易引發(fā)火災(zāi)。齒輪箱出現(xiàn)泄露時，很可能會飛濺至高速運(yùn)轉(zhuǎn)制動盤上面，帶來火災(zāi)隱患。必須針對相應(yīng)部件進(jìn)行廢油收集設(shè)計(jì)，使廢油處在相對安全位置，由此降低風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)發(fā)生幾率。

及時清理長期泄漏積存的液壓油、潤滑油等。廢油收集到一定量，總會有泄露的危險(xiǎn)。加強(qiáng)平時維護(hù)周期，改善風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，減少廢油排放并按時清理。

四、加強(qiáng)消防設(shè)備

消防設(shè)備的配置要從滅火意識改進(jìn)為主動防范意識，消滅火災(zāi)于隱患階段和火災(zāi)初始階段，規(guī)避火災(zāi)帶來的影響與損失。

從電氣技術(shù)角度加強(qiáng)消防預(yù)防，包括熔斷器、斷路器以及剩余電流監(jiān)控設(shè)備在內(nèi)的消防技術(shù)，選擇性識別故障并及時切斷故障的電氣設(shè)備，例如變壓器、導(dǎo)體或發(fā)電機(jī)。另外，消防系統(tǒng)必須確保能夠立即停機(jī)，并向遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送故障信息。此外，交叉保護(hù)的理念很必要，相鄰設(shè)備之間的保護(hù)裝置緊密相連，以達(dá)到為彼此提供后備保護(hù)的效果。比如，一個合適的配置，不但可以預(yù)防由于低壓系統(tǒng)中的電弧故障及斷路器故障而引起的過火風(fēng)險(xiǎn)，而且能夠診斷故障并自動打開變壓器高壓側(cè)的中壓開關(guān)，使故障組件能夠有選擇地從系統(tǒng)中被斷開。

攝影：賈寧

如果在層層預(yù)防措施下，火災(zāi)還是不可避免地發(fā)生了，那么必須做到在第一時間能監(jiān)測到火災(zāi)信號，采取有效措施及配置自動滅火系統(tǒng)能夠?qū)p失降到最低。報(bào)警系統(tǒng)對煙霧、熱量及火焰必須具有高度敏感性，可同時進(jìn)行視覺監(jiān)測及熱監(jiān)測，能夠提早監(jiān)測到火情并向中央火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)傳送信息，由此可以立即關(guān)閉風(fēng)電機(jī)組并啟動滅火系統(tǒng)。為了最大限度確保安全，所有關(guān)鍵點(diǎn)都需安裝指示器，從機(jī)艙、控制柜一直到基座。

風(fēng)電機(jī)組的高度和位置給傳統(tǒng)防火方式提出了極大考驗(yàn)?，F(xiàn)代自動滅火系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，一旦爆發(fā)火災(zāi)，報(bào)警系統(tǒng)能立即激活。采用多種不同類型的滅火技術(shù)相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)最佳防護(hù)。對電氣系統(tǒng)而言，最合適的是氣體滅火，使用二氧化碳、氬氣或氮?dú)?，能夠迅速可靠地熄滅火源，而滅火劑對敏感電子設(shè)備也不會造成損害。而現(xiàn)代水氣化技術(shù)則對控制明火十分有效，當(dāng)機(jī)械部件如機(jī)艙、液壓裝置或制動器起火時，該技術(shù)是最佳選擇。這些滅火系統(tǒng)通過噴射細(xì)水蒸汽，能夠迅速熄滅明火并且有最佳的冷卻效果。

結(jié)語

風(fēng)電機(jī)組消防是一項(xiàng)重要且復(fù)雜的工作，需要采取消防自動預(yù)防系統(tǒng)、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、消防設(shè)備配置等多方面保障措施，才能有效地遏制風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)，保障風(fēng)電機(jī)組及工作人員的安全。此外，加強(qiáng)風(fēng)電消防標(biāo)準(zhǔn)的建立，科學(xué)有效地采取風(fēng)電機(jī)組消防措施是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的重要保障。