風(fēng)電自動化設(shè)備中的火災(zāi)消防監(jiān)控技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用研究

引言

風(fēng)力發(fā)電作為全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要組成部分，近年來得到廣泛應(yīng)用。然而，風(fēng)電場中復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)及其運行環(huán)境使得火災(zāi)隱患成為影響安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。風(fēng)電設(shè)備長期處于高負(fù)荷運行狀態(tài)，電氣設(shè)備和機(jī)械部件極易發(fā)生過熱、電纜老化及短路等故障，而這些問題一旦未能被及時發(fā)現(xiàn)，極有可能引發(fā)火災(zāi)。此外，由于風(fēng)電場多分布在偏遠(yuǎn)地區(qū)，傳統(tǒng)的人工巡檢和消防手段無法及時有效地控制火災(zāi)。因此，智能化、自動化的火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)在風(fēng)電場中的應(yīng)用逐漸成為趨勢。

一、風(fēng)電自動化設(shè)備中的火災(zāi)風(fēng)險

（一)設(shè)備過熱及電氣故障

風(fēng)電設(shè)備長期處于高負(fù)荷運行狀態(tài)，其電氣組成部分很可能出現(xiàn)發(fā)熱與老化現(xiàn)象，這可能導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。在長時間遭受高電壓和高電流的作用下，電氣設(shè)備關(guān)鍵部件的溫度會逐漸升高，若散熱效率不佳，便可能引發(fā)過熱問題。設(shè)備的持續(xù)運作導(dǎo)致電纜絕緣層隨著時間的推移而老化、磨損，這會顯著增加短路的可能性。在通常情況下，電纜表層溫度處于 75^qC 至 90^°C 區(qū)間內(nèi)。然而，當(dāng)電纜的絕緣層出現(xiàn)老化現(xiàn)象時，溫度會急劇上升，一旦超過 120^°C ，便有可能引發(fā)火災(zāi)。風(fēng)電設(shè)施在頻繁啟停過程中，其高頻率的運轉(zhuǎn)給電氣組件帶來額外的負(fù)擔(dān)，從而增加了設(shè)備故障及過熱風(fēng)險。

(二)外部環(huán)境因素

在偏遠(yuǎn)地區(qū)，尤其是高海拔和沿海地帶，安裝的風(fēng)力發(fā)電裝置易受外部環(huán)境的影響，這往往是導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的一個關(guān)鍵因素。風(fēng)電場火災(zāi)的一個重要外部原因是雷電的直接打擊。在風(fēng)能發(fā)電場所，每平方公里每年雷擊次數(shù)在3次至5次的區(qū)域，尤其在季風(fēng)及雷雨頻發(fā)的季節(jié)里，雷電成為火災(zāi)事故的顯著觸發(fā)因素。自然環(huán)境中的干燥氣候、極端狀況以及強(qiáng)風(fēng)均可能誘發(fā)風(fēng)電場周邊植物的燃燒現(xiàn)象，進(jìn)而使火災(zāi)波及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，對其安全構(gòu)成威脅。當(dāng)風(fēng)速超出10米/秒，火災(zāi)擴(kuò)散速度會達(dá)到常規(guī)風(fēng)速的1.5倍，從而顯著擴(kuò)大火場范圍并增加滅火工作的難度。

（三)消防手段有限

位于郊外的風(fēng)電設(shè)施，因遠(yuǎn)離城市中心和救援中心，常常無法得到迅速的消防援助。位于偏遠(yuǎn)地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場所發(fā)生的火災(zāi)事件，通常需耗時30分鐘至45分鐘才可得到消防隊伍的救援響應(yīng)，倘若火災(zāi)事故正值高峰期，響應(yīng)時間可延至60分鐘以上。針對風(fēng)電場所配備的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在高空或封閉空間內(nèi)，火源的直接撲滅存在一定難度，導(dǎo)致傳統(tǒng)的滅火設(shè)施與方法在處理這些區(qū)域火災(zāi)時的效率并不高。風(fēng)電場所火災(zāi)往往發(fā)生在設(shè)備運行的高峰時段，如果沒有自動化的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，就難以在火災(zāi)的早期階段進(jìn)行有效干預(yù)，從而可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。在地理位置較為偏遠(yuǎn)的區(qū)域，因環(huán)境因素的限制，消防設(shè)施的配置與巡檢頻次受到制約，進(jìn)而導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險相應(yīng)增加

二、火災(zāi)消防監(jiān)控技術(shù)創(chuàng)新

(一)基于人工智能的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

在風(fēng)電設(shè)備領(lǐng)域，人工智能技術(shù)的融入，使得火災(zāi)監(jiān)控實現(xiàn)跨越式發(fā)展。與傳統(tǒng)系統(tǒng)依賴單一傳感器數(shù)據(jù)不同，AI系統(tǒng)通過深度學(xué)習(xí)和多維數(shù)據(jù)分析，能迅速發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患。人工智能算法能夠?qū)︼L(fēng)電裝置的多種參數(shù)如溫度、濕度、煙霧濃度、電流和電壓等進(jìn)行實時處理，并依托歷史數(shù)據(jù)和設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)進(jìn)行深人的智能分析。例如，在通常情況下，風(fēng)電機(jī)組的溫度保持在 85^°C 左右，一旦溫度不斷上升，超出 105^°C 的臨界值，人工智能系統(tǒng)能夠迅速辨認(rèn)這一異?，F(xiàn)象，并觸發(fā)警報機(jī)制。AI系統(tǒng)能夠通過持續(xù)運行和大數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)自我學(xué)習(xí)和性能優(yōu)化，進(jìn)而提升對火災(zāi)隱患的辨識精準(zhǔn)度和應(yīng)對效率。

以一座實際運用人工智能技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)預(yù)防的風(fēng)電場所采用的系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)具備同時對200臺機(jī)組運作時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控的能力。在正常運作時，系統(tǒng)能自動監(jiān)測各設(shè)備的工作狀態(tài)，包括溫度和電流等關(guān)鍵參數(shù)，并構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。在檢測到設(shè)備生成數(shù)據(jù)異常的情況下，系統(tǒng)能夠在5秒鐘的短暫時間內(nèi)完成預(yù)警信號的釋放，并隨即激活降溫機(jī)制，同時還會將此情況告知運維工作人員，以便進(jìn)行相應(yīng)的檢查。AI火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的優(yōu)勢不僅在于其對多參數(shù)的智能分析，還在于系統(tǒng)的預(yù)警反應(yīng)速度以及準(zhǔn)確率的提升。在風(fēng)電設(shè)備復(fù)雜的運行環(huán)境中，AI系統(tǒng)能夠極大地減少火災(zāi)隱患，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行，如表1所示。

(二)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，風(fēng)電場的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。通過將設(shè)備中的各類傳感器和監(jiān)控設(shè)備接人統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺，監(jiān)控中心能夠在數(shù)千公里外實時掌握風(fēng)電設(shè)備的運行狀況。大量的傳感器節(jié)點是IoT系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要負(fù)責(zé)實時監(jiān)測設(shè)備的溫度、濕度、煙霧濃度、電流等數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至中央控制系統(tǒng)。每個部署在風(fēng)電設(shè)備中的傳感器節(jié)點均配備了自主的故障診斷功能，一旦偵測到任何異常狀況，該系統(tǒng)能夠立即啟動警報系統(tǒng)并啟動相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

選取某沿海地帶的風(fēng)力發(fā)電場所為案例，該場所部署了超過500個傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，這些節(jié)點執(zhí)行著每分鐘500次的頻率監(jiān)控任務(wù)。在IoT系統(tǒng)的輔助下，位于中央的控制中心能夠及時采集各設(shè)備生成的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對其工作狀況進(jìn)行細(xì)致分析與評價。在風(fēng)機(jī)運行過程中，若檢測到溫度異常升高或電纜發(fā)生短路等故障狀況，相關(guān)系統(tǒng)能夠迅速做出響應(yīng)，整個過程所用時間不超過3秒。該系統(tǒng)所具備的即時監(jiān)管功能，在提高設(shè)備安全系數(shù)的同時，顯著降低了人工介人的頻率與經(jīng)濟(jì)投人。根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險減少了30% ，同時設(shè)備故障的反應(yīng)時間縮短到不足5分鐘[2]。通過物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，風(fēng)電設(shè)備的火災(zāi)風(fēng)險得到顯著降低，該技術(shù)的優(yōu)勢在于其高效的數(shù)據(jù)傳輸和快速響應(yīng)能力，可以在設(shè)備出現(xiàn)故障的早期階段及時干預(yù)，避免火災(zāi)發(fā)生，如表2所示。

（三)無人機(jī)巡檢技術(shù)

在風(fēng)電場的火災(zāi)預(yù)防和控制領(lǐng)域，無人機(jī)巡檢技術(shù)扮演了日益關(guān)鍵的角色。無人機(jī)相較于人工方式，在風(fēng)電設(shè)備檢查領(lǐng)域展現(xiàn)了廣覆蓋與精細(xì)化監(jiān)測的優(yōu)勢。紅外熱成像攝像頭的搭載使無人機(jī)能夠?qū)Ω呖赵O(shè)備進(jìn)行實時溫度監(jiān)測。以無人機(jī)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行定期檢查為例，一臺無人機(jī)能在2小時內(nèi)對十臺機(jī)組完成紅外線掃描，通過熱成像技術(shù)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r發(fā)現(xiàn)設(shè)備中溫度異常的區(qū)域。無人機(jī)在風(fēng)電場的火災(zāi)防控方面扮演著溫度變化監(jiān)測的角色，能夠?qū)ν獠凯h(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，如周邊植被的干燥指數(shù)、雷擊的潛在影響等。利用高敏感性的無人機(jī)技術(shù)，在初期階段便可以識別出火災(zāi)的潛在威脅，通過數(shù)據(jù)傳輸裝置，將這些信息及時傳輸至監(jiān)控中心，系統(tǒng)會自動處理這些數(shù)據(jù)并生成一份詳細(xì)的檢查報告。特別是對于大規(guī)模風(fēng)電場的運行維護(hù)，該技術(shù)的應(yīng)用顯著降低了人工進(jìn)行現(xiàn)場檢查的復(fù)雜性，并極大地提高了檢查工作效率[3]

（四）自動滅火系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用

在風(fēng)電場所，自動滅火系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。通過智能化和自動化的技術(shù)革新，保障了火災(zāi)防控的有效性。將人工智能算法與傳統(tǒng)的火災(zāi)撲救手段相結(jié)合，此新型自動滅火系統(tǒng)能夠針對不同類型的火災(zāi)，自主決定最適宜的滅火策略。針對電氣火災(zāi)事件，系統(tǒng)將優(yōu)先啟用氣體滅火機(jī)制，而對于源自設(shè)備外部的火源，該系統(tǒng)能夠自動轉(zhuǎn)換至水基滅火手段。傳感器能進(jìn)行實時監(jiān)控，并自動調(diào)節(jié)滅火劑的劑量，防止因過量而導(dǎo)致設(shè)備損害。以某風(fēng)電場所搭載的自動滅火裝置為例，裝置內(nèi)含200個傳感器，具備監(jiān)測溫度、電氣火花、煙霧等多樣化的檢測功能。當(dāng)傳感器探測到火災(zāi)跡象時，該系統(tǒng)能在10秒內(nèi)激活滅火機(jī)制，滅火劑以氣體形式在20秒內(nèi)均勻覆蓋火災(zāi)發(fā)生區(qū)域，從而有效防止火勢蔓延。在過去兩年中，該系統(tǒng)成功地應(yīng)對了5宗火災(zāi)事故，均在火勢擴(kuò)散前將其撲滅，有效地防止了設(shè)備損壞與生產(chǎn)流程中斷。自動滅火系統(tǒng)的智能化和快速響應(yīng)能力大大提高了風(fēng)電場的火災(zāi)防控效率，尤其是在無人看守的情況下，系統(tǒng)能夠自動檢測并迅速處理火災(zāi)，避免造成更大的損失。

三、風(fēng)電自動化設(shè)備中火災(zāi)消防監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用實例

某風(fēng)電場在冬季多次面臨設(shè)備過熱和電纜短路引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險，傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測均未能有效識別火災(zāi)初期的潛在危險。借助人工智能火災(zāi)預(yù)警技術(shù)，風(fēng)電場實時跟蹤其設(shè)備的操作指標(biāo)，如溫度、濕度、電流及電壓等關(guān)鍵參數(shù)。此系統(tǒng)采用深度學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，以辨識出隱藏的火災(zāi)隱患。若風(fēng)機(jī)的運行溫度超出100^°C ，人工智能系統(tǒng)將于5秒內(nèi)在警示系統(tǒng)中報告此異常，指令運維人員進(jìn)行設(shè)備的溫度問題排查。在最近的一次實際操作過程中，人工智能系統(tǒng)監(jiān)測到一臺風(fēng)機(jī)設(shè)備的溫度由 85^°C 急速上升至 110% ，該系統(tǒng)立刻觸發(fā)了報警機(jī)制，而維護(hù)運作團(tuán)隊立即執(zhí)行了降溫操作，從而有效防止了火災(zāi)事故的發(fā)生。

在風(fēng)電場的防火工作中，無人機(jī)技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用。這些無人機(jī)裝備了高精度紅外熱成像攝像頭，定期對風(fēng)機(jī)葉片、塔筒以及電氣設(shè)備進(jìn)行紅外掃描。每日利用無人機(jī)對50臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行例行檢查，整個過程大約耗費2小時。該無人機(jī)的任務(wù)是利用紅外線成像技術(shù)，實時跟蹤并監(jiān)測設(shè)備表面溫度的波動，以便及時識別出設(shè)備潛在的故障或磨損。在最近一次的設(shè)備巡查過程中，一架無人機(jī)監(jiān)測到某臺風(fēng)機(jī)葉片的部分區(qū)域溫度較標(biāo)準(zhǔn)值高出 15^°C ，由此生成監(jiān)測報告，使運維團(tuán)隊能夠迅速識別出葉片部件的磨損情況，并高效地完成了必要的更換工作[4]

結(jié)語

風(fēng)電自動化設(shè)備的火災(zāi)風(fēng)險復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的人工消防手段難以充分應(yīng)對。本文通過分析基于人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)及自動滅火系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)，提出了適用于風(fēng)電場的智能化火災(zāi)防控方案。這些技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了火災(zāi)預(yù)警的準(zhǔn)確性，還顯著減少了人力巡檢成本，提升了風(fēng)電場火災(zāi)防控的整體效率。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能化火災(zāi)防控技術(shù)將在風(fēng)電行業(yè)中得到更加廣泛的應(yīng)用，從而為行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

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