風(fēng)力發(fā)電機(jī)組消防系統(tǒng)升級改造措施探討

西藏消防救援總隊拉薩支隊哲蚌寺大隊 桑旦多吉

截至2020年底，我國累計風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)2.8億kW，而其中運(yùn)行超過5年的風(fēng)電機(jī)組將超過累計裝機(jī)的50%[1]。在我國“雙碳”目標(biāo)下，風(fēng)電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行是實現(xiàn)我國電力減碳、能源減碳目標(biāo)的重要保障。然而我國風(fēng)電設(shè)備火災(zāi)事故的發(fā)生頻率正在逐步上升，傳統(tǒng)的風(fēng)電消防措施已經(jīng)不能夠適應(yīng)當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組運(yùn)作的需求[2]。

然而，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境特殊（溫差大、震動大等），其火災(zāi)特性規(guī)律與普通民用建筑和工業(yè)建筑大不相同，常規(guī)的滅火裝置難以滿足其要求。同時，多數(shù)風(fēng)電機(jī)組由于投產(chǎn)較早，不具備火災(zāi)在線檢測及自動滅火功能，而僅在塔筒一層和機(jī)艙安裝手提式滅火器，一旦發(fā)生火災(zāi)，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組地處偏遠(yuǎn)、不易救援，機(jī)艙距地面較高（65米以上）、滅火困難，外部救援滅火無能為力，將會造成機(jī)組燒毀的重大損失。因此，對傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組開展消防系統(tǒng)升級改造，加強(qiáng)風(fēng)電場的消防管理，是預(yù)防風(fēng)電場及風(fēng)電設(shè)備火災(zāi)、減少火災(zāi)危害，保護(hù)人身和財產(chǎn)安全的重要手段。

1 傳統(tǒng)機(jī)組火災(zāi)事故原因分析

傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上采用的可燃物品種類較多，包括各類潤滑油脂、液壓油、高壓膠管、通風(fēng)管、電氣元件、電線電纜、密封材料、機(jī)艙罩和葉片材料等，這些可燃物品分布在葉輪、機(jī)艙和塔架的不同部位，其中機(jī)艙罩內(nèi)的可燃物品種類和數(shù)量最多，機(jī)器設(shè)備也多，布置密集、空間窄小，由于內(nèi)部過熱、電氣設(shè)備故障、雷擊等火災(zāi)危險性最高，造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)事故的原因眾多，針對國內(nèi)外造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)爆發(fā)和蔓延事件，分析火災(zāi)的事故原因：

雷擊。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于70m 以上的高空，如避雷設(shè)施若出現(xiàn)問題，因雷擊導(dǎo)致火災(zāi)的風(fēng)險就特別高。大量火災(zāi)數(shù)據(jù)顯示，雷擊是引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)的主要原因之一。近年來，在暴露場所(通常具有高海拔)、大規(guī)模高建筑物及其他場合遭受雷擊的風(fēng)險都有所上升。

電氣安裝不當(dāng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣安裝不當(dāng)也是引起火災(zāi)的主導(dǎo)原因之一[3]。接地故障、電路短路及產(chǎn)生的電弧等造成部件過載，繼而過熱引起火災(zāi)。

表面炙熱。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的空氣動力制動系統(tǒng)發(fā)生故障時，常采用機(jī)械制動的方式使轉(zhuǎn)子減速，而產(chǎn)生的熱量易使可燃金屬燃燒。在發(fā)生緊急制動現(xiàn)象時，機(jī)械制動產(chǎn)生的飛濺火花也能點燃遠(yuǎn)處的可燃物，產(chǎn)生較高的火災(zāi)風(fēng)險。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或其中部件的缺陷，如冷卻油泄漏或液壓系統(tǒng)受污染，也會增加火災(zāi)風(fēng)險。另外，由于過載或電機(jī)潤滑故障等原因使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備過熱，從而使?jié)櫥偷纫兹疾牧吓c高溫表面接觸也能引起易燃物燃燒。

機(jī)組內(nèi)大量的可燃、易燃材料。機(jī)組內(nèi)易燃材料不僅增加了火災(zāi)隱患，同時也會加快火焰蔓延的速度[4]。主要可燃、易燃材料包括：齒輪箱油和其他潤滑用油(如發(fā)電機(jī)軸承、低速軸軸承處)；由玻璃增強(qiáng)熱固性塑料或玻璃鋼、玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成的機(jī)艙罩及葉片；液壓系統(tǒng)(如角度調(diào)整器和制動系統(tǒng))用液壓油；各種線纜外包橡膠皮等。

2 傳統(tǒng)機(jī)組消防系統(tǒng)升級改造必要性

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)危害巨大，包括：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)可燃物種類多，火災(zāi)荷載密度大；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)隱患多，易發(fā)生電氣火災(zāi)、固體火災(zāi)和液體火災(zāi)等；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生火災(zāi)后，通風(fēng)換氣迅速，火焰蔓延速度快；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備價值高，一旦發(fā)生火災(zāi)將造成巨大的直接損失和間接損失；風(fēng)電場多地處自然保護(hù)區(qū)，發(fā)生火災(zāi)后容易引起附近森林火災(zāi)和草原火災(zāi)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)撲救難度大，且火災(zāi)墜落物嚴(yán)重威脅救援人員人身安全。

為降低風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)頻率及危害，2014年國家能源局下發(fā)的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》（國能安全〔2014〕161號）中，對風(fēng)電機(jī)組消防系統(tǒng)提出了相應(yīng)要求[5]。因此，應(yīng)采取相應(yīng)手段及時探知著火點并將其扼殺在萌芽狀態(tài)，從而提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身的防火滅火能力，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開展消防系統(tǒng)升級改造十分必要。

3 風(fēng)電機(jī)組消防系統(tǒng)升級改造目標(biāo)及措施

電機(jī)組消防系統(tǒng)升級改造，應(yīng)結(jié)合風(fēng)電場運(yùn)維特點以及消防系統(tǒng)不完善之處，采用針對性的措施，以實現(xiàn)以下目的：

針對風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)原因采取相應(yīng)主動防護(hù)措施，盡可能消除火災(zāi)隱患；對火災(zāi)的初級階段（如過熱、陰燃、或低溫?zé)彷椛涞龋┑脑缙谛盘栠M(jìn)行探測，對潛在的火情提供盡可能早的預(yù)警；采用高效清潔滅火劑，對各防火分區(qū)實行全淹沒滅火保護(hù)。為提高滅火效率，機(jī)艙通風(fēng)口應(yīng)能迅速關(guān)閉，滅火后控制系統(tǒng)將打開機(jī)艙各風(fēng)口，機(jī)艙內(nèi)煙氣和殘留滅火藥劑應(yīng)便于清理和排出；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工況環(huán)境復(fù)雜，如高溫、低溫、振動等，自動消防系統(tǒng)應(yīng)能在各種惡劣環(huán)境條件下長期可靠工作；自動消防系統(tǒng)將火災(zāi)報警信號、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備故障等信息遠(yuǎn)傳至集控中心和風(fēng)電場監(jiān)控中心，同時能接收監(jiān)控中心發(fā)出的控制指令。

為實現(xiàn)上述改造目標(biāo)，應(yīng)充分應(yīng)用現(xiàn)代傳感技術(shù)及自動化技術(shù)，采取在線/離線消防設(shè)施，主動/被動消防相結(jié)合的理念，針對性的開展相應(yīng)升級改造措施。如：

在電纜上敷設(shè)線性感溫探測裝置，并將溫度信號接至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及現(xiàn)場自動滅火系統(tǒng)；在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙電控柜、齒輪箱、制動器、發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端、塔基控制柜、變頻柜安裝探測裝置和自動滅火噴頭；采用接地系統(tǒng)監(jiān)測報警儀對接地系統(tǒng)狀況實時監(jiān)測報警，并建立響應(yīng)機(jī)制，一旦發(fā)現(xiàn)接地電阻超過設(shè)定值或斷線接地系統(tǒng)監(jiān)測報警儀發(fā)出報警信號，并遠(yuǎn)傳至監(jiān)控中心，及時提醒維修人員進(jìn)行檢修。

針對剎車閘與制動圓盤摩擦可能會產(chǎn)生的大量熱量及火花，將機(jī)械剎車過熱保護(hù)裝置安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的增速箱端面，使剎車閘和圓盤置于護(hù)罩中，并在護(hù)罩上設(shè)置強(qiáng)制散熱的風(fēng)扇；在機(jī)艙安裝滅火裝置，感溫、感煙和紅外探測器；合理選擇機(jī)艙及塔筒滅火器，確保滅火器在安全使用區(qū)間，并優(yōu)化滅火器放置位置；安裝通訊線路、風(fēng)機(jī)塔基火災(zāi)控制器、風(fēng)電場中控室火災(zāi)控制柜。

建立風(fēng)機(jī)現(xiàn)場傳感裝置、自動滅火系統(tǒng)與遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)間的通訊網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)流如圖1所示；在風(fēng)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中開發(fā)消防系統(tǒng)監(jiān)控模塊，并定期驗證風(fēng)電機(jī)組消防系統(tǒng)的可靠性；針對升級改造后的消防系統(tǒng)，建立相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施管理制度[6]。

圖1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置、自動滅火系統(tǒng)與集控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)流示意圖

綜上，本文在分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)原因、消防系統(tǒng)升級改造必要性的基礎(chǔ)上，提出了基于離線/在線設(shè)施輔助、主動/被動方式結(jié)合、技術(shù)/管理并重的消防系統(tǒng)升級改造措施，以提高風(fēng)電設(shè)備防火災(zāi)能力，降低風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)風(fēng)險和損失。