高山林地風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)原因和防護(hù)措施

王立剛

(黑龍江捷迅自動(dòng)化設(shè)備有限公司，哈爾濱 150001)

1 高山林地風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)特征

火災(zāi)撲救難度大。因?yàn)榈乩砦恢煤徒煌l件的特殊性，如果高山林地風(fēng)電機(jī)組發(fā)生火災(zāi)事故，在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)無法快速利用傳統(tǒng)公共消防設(shè)備，即使消防車到達(dá)火災(zāi)發(fā)生位置，由于風(fēng)機(jī)整體通常具有較大的高度，且風(fēng)機(jī)采用獨(dú)立式密閉結(jié)構(gòu)，將影響救援工作的開展。風(fēng)電機(jī)組成本較高，如果發(fā)生火災(zāi)，會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。每次風(fēng)機(jī)停機(jī)需要1～2 d的維護(hù)，要考慮產(chǎn)能減少和人工成本，即使采取外部救援，也無法彌補(bǔ)造成的損失[1-2]。

著火隱患點(diǎn)較多。風(fēng)電機(jī)組各部位都可能存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，容易引起火災(zāi)的包括機(jī)艙輪轂、齒輪箱中的潤(rùn)滑油液壓油等及各種傳輸電纜由于熱聚集效應(yīng)和電流過大引起燃燒。塔架中的各種電子設(shè)備，如變頻柜、控制器等，由于老化短路，都會(huì)引發(fā)火災(zāi)。發(fā)生火災(zāi)后，因?yàn)闄C(jī)艙空氣流動(dòng)性較大，在塔筒內(nèi)部可能會(huì)形成煙囪效應(yīng)，加大火災(zāi)隱患。

火災(zāi)類型復(fù)雜。風(fēng)電機(jī)組的主要材質(zhì)包括金屬、玻璃鋼及橡膠等，可能會(huì)發(fā)生電氣火災(zāi)、固體火災(zāi)及液體火災(zāi)等。由于安裝維護(hù)人員操作不規(guī)范會(huì)引起機(jī)械故障或電器短路，提高火災(zāi)發(fā)生概率。

火災(zāi)影響較大。高山林地發(fā)生火災(zāi)后，風(fēng)電機(jī)組周圍有茂密的植物，這增強(qiáng)了火災(zāi)的危險(xiǎn)性，如果無法及時(shí)控制風(fēng)機(jī)火情，將會(huì)導(dǎo)致周圍林木著火，引發(fā)山火、林火，造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。

2 風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)類型

葉輪。風(fēng)電機(jī)組葉輪主要包括葉片、變槳機(jī)構(gòu)及控制裝置等，當(dāng)前主要是利用玻璃鋼復(fù)合材料制作葉片，葉片夾芯結(jié)構(gòu)利用巴沙輕木芯材，這類材料具有不易燃性，但是葉片雷擊發(fā)生率較高，因此很容易發(fā)生火災(zāi)。如果葉片長(zhǎng)時(shí)間處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，將會(huì)因過熱老化發(fā)生電氣擊穿問題，控制箱通風(fēng)效果較差，也會(huì)導(dǎo)致過熱問題，如果沒有及時(shí)處理，將會(huì)引發(fā)火災(zāi)[3]。

機(jī)艙。塔筒是機(jī)艙的支撐結(jié)構(gòu)，機(jī)艙罩全面包圍機(jī)艙，形成了獨(dú)立的空間，機(jī)艙包括主軸、齒輪箱及發(fā)電機(jī)等，因?yàn)闄C(jī)艙內(nèi)部通風(fēng)效果較差，因此機(jī)艙內(nèi)溫度通常較高，內(nèi)部電氣設(shè)備和線纜更容易發(fā)生老化問題。機(jī)艙設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于運(yùn)行狀態(tài)，在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生振動(dòng)將會(huì)令接頭和插件松動(dòng)，接觸電阻因此增加，不斷提高局部溫度。電氣火災(zāi)出現(xiàn)頻率較高，機(jī)艙中控制柜著火之后，將會(huì)引燃整個(gè)機(jī)艙。機(jī)艙中各組件泄露潤(rùn)滑油或液壓油之后，不但會(huì)嚴(yán)重污染機(jī)艙設(shè)備，還可能使火勢(shì)不斷蔓延。

塔筒。塔筒負(fù)責(zé)支撐風(fēng)機(jī)葉輪和機(jī)艙，通常有幾個(gè)平臺(tái)，上下部之間具有獨(dú)立空間，在塔筒中還有爬梯和照明系統(tǒng)等。一些風(fēng)電機(jī)組在塔筒下層平臺(tái)中設(shè)置變頻柜和控制柜，因?yàn)樗部臻g較小，很難保持通風(fēng)效果，因此各種電氣元件更加容易發(fā)生老化問題。此外，各插件和電纜連接效果不好，將會(huì)引發(fā)電纜過流問題，損壞絕緣層之后，很容易引發(fā)火災(zāi)問題。

3 高山林地風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)發(fā)生的原因

3.1 雷擊放電

雷擊是高山林地風(fēng)電機(jī)組最常見的火災(zāi)誘因，我國(guó)逐漸實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組大型化發(fā)展，在50 m以上的高空放置風(fēng)機(jī)機(jī)艙和葉片部件，將會(huì)產(chǎn)生突出的尖端放電效應(yīng)。如果沒有合理設(shè)計(jì)選擇避雷設(shè)施或沒有合理選擇安裝位置，忽視日常檢修，將會(huì)增加雷擊火災(zāi)發(fā)生率。選擇的避雷針具有較高的接觸電阻，將會(huì)顯著提高雷擊概率。高山林地本身具有較高的海拔，而大型風(fēng)電塔筒和葉片的高度較大，將會(huì)提高雷擊發(fā)生率[4]。

3.2 發(fā)電機(jī)原因

風(fēng)力發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子出口電纜對(duì)地絕緣不斷降低或發(fā)生短路故障，將會(huì)發(fā)生放電情況，引燃電纜設(shè)備。一些寒冷高海拔地區(qū)的機(jī)艙中，加熱器和發(fā)電機(jī)電纜距離較近，如果加熱器出現(xiàn)保護(hù)失靈，導(dǎo)致加熱器持續(xù)性工作，將會(huì)引燃電纜。一些風(fēng)機(jī)因?yàn)槌鰪S質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)，接線盒端子的距離不符合標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致螺絲墊片很容易放電，產(chǎn)生火災(zāi)隱患。發(fā)電機(jī)軸承自動(dòng)注油系統(tǒng)在運(yùn)行階段發(fā)生故障，或利用性能較差的潤(rùn)滑油，軸承運(yùn)行階段承受較大的摩擦，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸承熱量堆積，引燃周圍的油污或遺落的布條等易燃物。此外，發(fā)電機(jī)軸承冷卻風(fēng)扇工作失誤，會(huì)急速提高軸承的溫度。

3.3 電氣短路過載

風(fēng)電機(jī)組電氣結(jié)構(gòu)如果在日常運(yùn)行中發(fā)生接地?cái)嗦返裙收匣螂娋€短路等，引發(fā)過載問題，將會(huì)引發(fā)火災(zāi)事故。發(fā)生靜電干擾或接觸不良等問題，產(chǎn)生的電弧將會(huì)點(diǎn)燃可燃物品，后者發(fā)生氣體點(diǎn)燃，將會(huì)引發(fā)火災(zāi)問題。

3.4 油品泄漏

風(fēng)電機(jī)組具有齒輪箱和液壓裝置，這些設(shè)備運(yùn)行需要利用各類機(jī)油，如果設(shè)備制造不完善或發(fā)生密封磨損泄露問題，遇到高溫和明火，會(huì)觸發(fā)火災(zāi)。油品泄露將會(huì)提高風(fēng)機(jī)著火幾率[5]。

3.5 機(jī)械摩擦

如果風(fēng)速較大或風(fēng)機(jī)輪轂、葉片、發(fā)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生故障，通常會(huì)緊急制動(dòng)停車，利用轉(zhuǎn)子減速實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，偏航剎車盤或風(fēng)輪剎車盤在摩擦階段將會(huì)產(chǎn)生熱量，當(dāng)發(fā)生剎車裝置故障或沒有采用合理的措施控制，都會(huì)產(chǎn)生火花，引燃周圍易燃物質(zhì)發(fā)生火災(zāi)。

3.6 人為失誤

氣候干燥時(shí)期，工作人員進(jìn)入林區(qū)如果攜帶火種或沒有嚴(yán)格管理火種，將會(huì)引發(fā)林區(qū)火災(zāi)，進(jìn)而引發(fā)風(fēng)電機(jī)組著火。操作人員的實(shí)際操作不合理或發(fā)生錯(cuò)誤操作，如接錯(cuò)電氣排線導(dǎo)致短路，造成氣溶膠罐誤噴風(fēng)機(jī)誤報(bào)警?，F(xiàn)在主流的滅火器材氣溶膠滅火罐，開始工作后會(huì)有引信物質(zhì)釋放大量的化學(xué)能，如果冷卻劑配比不合理或個(gè)別產(chǎn)品存在質(zhì)量問題，其本身也是火災(zāi)隱患之一[6]。

4 高山林地風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)防范措施

4.1 加強(qiáng)火災(zāi)檢測(cè)

檢測(cè)人員需要精確檢測(cè)風(fēng)電機(jī)組各個(gè)部位的火情隱患，合理安裝檢測(cè)儀表，根據(jù)報(bào)警級(jí)別安裝不同的檢測(cè)儀表。例如：在機(jī)艙和控制柜及電纜橋架等部位安裝點(diǎn)型煙感探測(cè)器，在發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)子接線盒等部位安裝溫度探測(cè)器和火焰探測(cè)器等，因?yàn)檫@些部位很容易產(chǎn)生電弧和火花，在線纜走線處增加感溫電纜，因?yàn)殡娎|火災(zāi)也是風(fēng)機(jī)常見火情。利用智慧消防的預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，精確檢測(cè)火災(zāi)，檢測(cè)人員結(jié)合檢測(cè)儀表信息和報(bào)警冗余等，提出針對(duì)性的控制措施，準(zhǔn)確開展檢測(cè)，提高滅火效率。

4.2 完善設(shè)備維護(hù)和消防設(shè)施

針對(duì)風(fēng)電機(jī)組開展安全管理，加強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組消防管理，提高風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)防范水平，注重設(shè)備管控，提高風(fēng)電機(jī)組各部件質(zhì)量。風(fēng)電場(chǎng)需要嚴(yán)格要求供貨廠商，使其嚴(yán)格遵守行業(yè)規(guī)定生產(chǎn)設(shè)備，例如：風(fēng)機(jī)葉片和機(jī)艙保溫層需要利用隔熱吸音棉，將防火涂料均勻涂刷在機(jī)艙內(nèi)部。在機(jī)艙和塔筒中，要配備阻燃性電纜，配置火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)機(jī)艙中需要配置干粉滅火裝置和氣溶膠滅火裝置等，利用煙敏熱敏元件完成探測(cè)，落實(shí)滅火裝置誤報(bào)防護(hù)措施，避免因誤動(dòng)作損害設(shè)備。風(fēng)電場(chǎng)要加強(qiáng)購(gòu)置和維護(hù)消防設(shè)備，根據(jù)高山林地風(fēng)電機(jī)組實(shí)際情況，配置足夠的防火設(shè)備和滅火設(shè)備等，可以配置專業(yè)的呼吸器和防毒面具等，要定期維護(hù)風(fēng)電機(jī)組的防火設(shè)備，及時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備更新?lián)Q代，檢查滅火器是否處于有效期內(nèi)，保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)能有效應(yīng)用[7]。

將防火封堵設(shè)備設(shè)置在每一節(jié)塔筒中，保障封堵設(shè)備的厚度，提高整體嚴(yán)密性。在電纜和其他部件摩擦部位，要安裝防護(hù)皮網(wǎng)和金屬罩，避免因摩擦而產(chǎn)生火花。要不斷提高火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)的智能化、精準(zhǔn)化，使其處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

4.3 利用滅火介質(zhì)

風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)類型不同，需要利用不同類型的滅火介質(zhì)。選擇風(fēng)電機(jī)組滅火介質(zhì)，要根據(jù)電氣設(shè)備滅火要求，選擇的材料不能具備導(dǎo)電性和腐蝕性。使用干粉滅火器會(huì)產(chǎn)生干粉物質(zhì)，會(huì)二次傷害風(fēng)電機(jī)組的電氣設(shè)備，因此在精密性儀器中不能使用干粉滅火器[8]。在撲救電氣設(shè)備火災(zāi)時(shí)，可以利用高壓二氧化碳和惰性氣體等，摻加少量的阻燃藥劑和泡沫液等，有利于優(yōu)化撲滅效果，目前主流的滅火器材是氣溶膠滅火器。氣溶膠滅火過程中會(huì)產(chǎn)生氣體顆粒，不會(huì)對(duì)機(jī)艙內(nèi)的機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備產(chǎn)生影響。滅火后無需清潔各類設(shè)備，但是其價(jià)格較高，需要綜合考慮。風(fēng)電機(jī)組剎車系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)及液壓站等發(fā)生火災(zāi)后，可以融合細(xì)水霧和阻燃藥劑等形成液體，作為滅火介質(zhì)。

4.4 細(xì)化管理制度

風(fēng)電場(chǎng)需要加強(qiáng)培訓(xùn)維護(hù)人員，建立專業(yè)的維護(hù)隊(duì)伍，要提高他們的防火意識(shí)，所有人員進(jìn)入到風(fēng)機(jī)內(nèi)部都不能吸煙，嚴(yán)禁攜帶揮發(fā)性液體。風(fēng)電場(chǎng)可實(shí)施班組責(zé)任制，安排相關(guān)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)不同的工作區(qū)域，避免在機(jī)艙中遺留抹布和紙張等易燃物，在機(jī)艙內(nèi)部嚴(yán)禁任何明火作業(yè)[9]。

4.5 完善滅火系統(tǒng)

高山林地的風(fēng)電由于路途遙遠(yuǎn)，道路不便，無法實(shí)現(xiàn)人工實(shí)時(shí)滅火，技術(shù)人員可以選用自動(dòng)滅火系統(tǒng)，在風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙和塔底部位布置自動(dòng)滅火系統(tǒng)，其中，機(jī)艙滅火系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)管理機(jī)艙機(jī)械區(qū)域和機(jī)艙控制柜等，塔底滅火系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理變壓器區(qū)域和電器柜等。在實(shí)際運(yùn)行過程中，檢測(cè)系統(tǒng)利用溫度探測(cè)器和煙感探測(cè)器等檢測(cè)相關(guān)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)之后會(huì)自動(dòng)報(bào)警，向控制中樞傳遞火災(zāi)預(yù)警，控制系統(tǒng)完成判斷之后，發(fā)出動(dòng)作指令，開啟各個(gè)滅火器罐，撲滅火災(zāi)。很多風(fēng)場(chǎng)設(shè)有專門的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過環(huán)網(wǎng)線路連接中控站，這類風(fēng)電可以配置手動(dòng)工作模式，當(dāng)值守人員通過視頻確定火情后，發(fā)出遠(yuǎn)程指令實(shí)施滅火，以減小誤噴誤報(bào)的損失。

4.6 實(shí)施定期檢查和專項(xiàng)檢查

針對(duì)風(fēng)電機(jī)組開展定期檢查，檢查風(fēng)電機(jī)組維護(hù)質(zhì)量，重點(diǎn)檢查輪轂、齒輪箱、電氣設(shè)備工作狀態(tài)。要開展消防檢查，檢查發(fā)電機(jī)出口電纜和機(jī)艙內(nèi)部環(huán)境，觀察電氣排線端子是否出現(xiàn)虛接、斷接。要根據(jù)高山林地環(huán)境特征和季節(jié)特征等開展專項(xiàng)檢查，例如：觀察設(shè)備發(fā)熱情況，檢查風(fēng)機(jī)接地導(dǎo)通性和防震性?？刂贫ㄆ跈z查和專項(xiàng)檢查頻率，檢查與周圍樹木等易燃物的間隔距離，有序開展檢查[10]。

4.7 完善消防管理系統(tǒng)

開展消防管理，促使風(fēng)電場(chǎng)工作人員嚴(yán)格遵守工作要求，為風(fēng)電機(jī)組消防工作提供參考。要加強(qiáng)維修和保養(yǎng)，優(yōu)化設(shè)備性能，開展消防設(shè)施管理，交付使用風(fēng)電機(jī)組之后，要開展消防設(shè)施檢查和檢測(cè)，執(zhí)行維護(hù)保養(yǎng)制度，使風(fēng)電機(jī)組處于正常的工作狀態(tài)[11]。

加強(qiáng)檢查電器和電纜連接質(zhì)量，避免因虛接電源回路引發(fā)火災(zāi)。如果成本允許，風(fēng)電場(chǎng)可以購(gòu)買熱成像儀，檢查風(fēng)機(jī)內(nèi)部的電源柜和主電纜等，及時(shí)處理過熱現(xiàn)象。

施工作業(yè)管理，要保持風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部良好的衛(wèi)生狀態(tài)，避免存在任何雜物，及時(shí)清理機(jī)艙中暴露的齒輪油和液壓油等，避免留下隱患。將高空逃生裝置放置在機(jī)艙內(nèi)部，如果發(fā)生的火災(zāi)無法順利撲救，可以輔助維修人員逃生。

編排科學(xué)的火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案。風(fēng)電場(chǎng)要制定科學(xué)的火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案，及時(shí)聯(lián)系當(dāng)?shù)叵狸?duì)，如果風(fēng)電機(jī)組發(fā)生火災(zāi)，要及時(shí)切斷電路電源，避免產(chǎn)生電網(wǎng)短路問題，安排專業(yè)人員控制起火范圍，提高滅火效率[12]。

4.8 加強(qiáng)驗(yàn)收

要想提高風(fēng)電設(shè)備防火水平，需注重設(shè)備帶電前的驗(yàn)收和基建轉(zhuǎn)生產(chǎn)驗(yàn)收工作，驗(yàn)收消防設(shè)施的數(shù)量和位置，驗(yàn)收電氣設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量和安裝質(zhì)量，配置風(fēng)電機(jī)組保護(hù)定值，及時(shí)消除消防隱患，編制科學(xué)的應(yīng)急預(yù)案。