陳博 許宗幸 葛偉青

【摘要】 隨著風(fēng)電行業(yè)的迅猛發(fā)展，大功率機(jī)組不斷投入使用，火災(zāi)事故也由此日益頻發(fā)，對(duì)風(fēng)機(jī)造成了毀滅性的破壞?；馂?zāi)一旦發(fā)生，放置在機(jī)艙和塔筒內(nèi)的手提滅火器就成了擺設(shè)，因而急需尋求一種智能化、快速化的風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)監(jiān)控方案。該系統(tǒng)包含了光纖傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、消防報(bào)警控制器和滅火系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)化、快速化和智能化的風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)火情記錄、故障分析、火災(zāi)預(yù)警報(bào)警和滅火控制功能。

【關(guān)鍵詞】 風(fēng)電機(jī)組 火災(zāi)監(jiān)控 自動(dòng)滅火裝置 光纖傳感

隨著風(fēng)電行業(yè)的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由陸地走到海洋[1]，由傳統(tǒng)的1.5兆瓦風(fēng)機(jī)發(fā)展到6兆瓦風(fēng)機(jī)，由2007年風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量世界第五發(fā)展到2011年世界第一，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到62.7吉瓦。過(guò)去幾年間爆炸式增長(zhǎng)把中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)推上世界第一的位置，但產(chǎn)業(yè)的精細(xì)化、成熟度還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的水平，質(zhì)量和運(yùn)行可靠性問(wèn)題逐漸凸顯，安全事故頻發(fā)[2、3]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2011年1月到7月底，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有大約8臺(tái)風(fēng)機(jī)由于各種不同的原因被火災(zāi)徹底燒毀，所造成的損失更是觸目驚心。為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，降低維護(hù)成本，最有效的方法是監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)[4、5]。近年來(lái)，隨著光纖傳感技術(shù)的快速發(fā)展，光纖傳感器其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用不斷出現(xiàn)[6、7]。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由光纖傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、消防報(bào)警控制器和滅火系統(tǒng)構(gòu)成。光纖傳感器實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的溫度信息；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)存儲(chǔ)和處理來(lái)自光纖傳感器和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并發(fā)送控制信息給視頻監(jiān)控系統(tǒng)、消防報(bào)警控制器和滅火系統(tǒng)；消防報(bào)警控制器實(shí)現(xiàn)消防報(bào)警功能；滅火系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)滅火功能。該監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)的預(yù)警、報(bào)警功能；實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)監(jiān)控的實(shí)時(shí)話、快速化和智能化；記錄風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)的發(fā)生部位、發(fā)生過(guò)程，為分析火災(zāi)起因提供依據(jù)；實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組快速滅火，減少因火災(zāi)造成的毀滅性損失。

一、風(fēng)電機(jī)組的火災(zāi)特性

我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般安裝在“三北”地區(qū)和東南沿海風(fēng)力資源儲(chǔ)量豐富的地區(qū)，其偏遠(yuǎn)型性決定了火災(zāi)發(fā)生時(shí)，消防救援無(wú)法及時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)；風(fēng)電機(jī)組一般都安裝在幾十米的高空，一旦失火，無(wú)法撲救；風(fēng)電機(jī)組燒毀以后也很難判斷著火原因，一般只能推測(cè)風(fēng)電機(jī)組著火原因以及著火點(diǎn)。因此，風(fēng)電機(jī)組需要一個(gè)對(duì)火災(zāi)具有預(yù)警報(bào)警功能、記錄功能和滅火功能的智能化、快速化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 風(fēng)電機(jī)組的組成

1、葉輪。葉輪是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，由葉片、整流罩、輪轂、葉片調(diào)節(jié)電機(jī)與控制系統(tǒng)等組成。雷擊、超負(fù)荷運(yùn)行、控制系統(tǒng)老化使葉片、調(diào)劑電機(jī)與控制系統(tǒng)成為風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)發(fā)生的隱患部位。2、機(jī)艙。機(jī)艙是風(fēng)電機(jī)組的核心部位，由主軸軸承、潤(rùn)滑散熱系統(tǒng)、齒輪箱、剎車(chē)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、提升機(jī)、偏航軸承、偏航驅(qū)動(dòng)、機(jī)艙底座、照明系統(tǒng)、傳輸電纜、控制柜等組成。由于機(jī)艙空間相對(duì)封閉，高溫運(yùn)行、通風(fēng)不良、過(guò)熱老化、潤(rùn)滑油泄露、高速制動(dòng)等都成了火災(zāi)發(fā)生的原因。其隱患部位為潤(rùn)滑散熱系統(tǒng)、齒輪箱、剎車(chē)系統(tǒng)、機(jī)艙底座、傳輸電纜、控制柜等。3、塔架。塔架一般為中空?qǐng)A柱形，設(shè)有數(shù)個(gè)平臺(tái)，內(nèi)有爬梯、傳輸控制電纜，塔架底層設(shè)有變頻柜、控制柜等。由于控制柜空間狹小、通風(fēng)不良、電氣元件過(guò)熱老化擊穿，電纜過(guò)流絕緣降低，使傳輸控制電纜、變頻柜、控制柜等成為其隱患部位。

1.2 風(fēng)電機(jī)組的火災(zāi)特性

（1）可燃物種類(lèi)多，火災(zāi)荷載密度大；（2）火災(zāi)隱患多，容易發(fā)生電氣火災(zāi)、固體火災(zāi)和液體火災(zāi)； （3）通風(fēng)換氣迅速，火焰蔓延速度快；（4）容易引起附近建構(gòu)筑物火災(zāi)，誘發(fā)森林火災(zāi)和草原火災(zāi)；（5）火災(zāi)撲救難度大，外部救援幾無(wú)可能，且火災(zāi)墜落物嚴(yán)重威脅救援人員人身安全；（6）設(shè)備價(jià)值高，火災(zāi)損失大，一旦發(fā)生火災(zāi)，將造成巨大的直接損失和間接損失。（7）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多位于偏遠(yuǎn)山區(qū)、丘陵和近海，消防救援無(wú)法及時(shí)趕到、救援難度大。（8）風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)起火原因、著火點(diǎn)均無(wú)從查起，同樣的火災(zāi)事故屢屢發(fā)生。因此，早期火災(zāi)的預(yù)警、報(bào)警、監(jiān)控和滅火顯得無(wú)比重要，必須立足自救、防患于未然。

二、火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

由于目前風(fēng)電機(jī)組的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)只有報(bào)警功能，當(dāng)消防人員趕到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，火災(zāi)已經(jīng)無(wú)法控制。因此，需要一個(gè)能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組火災(zāi)進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警、滅火、火災(zāi)記錄的智能化、快速化的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，以避免或減少火災(zāi)造成的損失。

2.1 組成與結(jié)構(gòu)

本文所提出的新型智能化、快速化火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)主要由光纖傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、消防報(bào)警控制器和滅火系統(tǒng)等組成。其中，光纖傳感器主要是耐高溫、高靈敏度的特種光纜；視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是具有過(guò)程記錄、圖像識(shí)別的攝像系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要是采集、處理來(lái)自光纖傳感器和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，控制消防報(bào)警控制器和滅火系統(tǒng)；消防報(bào)警控制器和滅火系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)預(yù)警、報(bào)警和滅火功能。其主要結(jié)構(gòu)如上圖1所示。

2.2 工作原理

將光纖傳感器敷設(shè)在風(fēng)電機(jī)組的葉輪、機(jī)艙和塔架中需要監(jiān)測(cè)的設(shè)備和環(huán)境中，快速感知其溫度信息，并將攜帶溫度信息的光信號(hào)傳至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；經(jīng)采集處理后得到溫度數(shù)據(jù)，將其存儲(chǔ)和顯示；判斷溫度是否異常，如果異常，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將聯(lián)動(dòng)火災(zāi)報(bào)警控制器，并啟動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)，由視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視火災(zāi)發(fā)展變化的狀況，由滅火系統(tǒng)將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將溫度數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)和報(bào)警信息通過(guò)通信模塊傳送至遠(yuǎn)端監(jiān)控中心，也可以短信的方式發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.3 主要功能特點(diǎn)

（1）分布式監(jiān)測(cè)：將探測(cè)光纜沿塔架壁、機(jī)艙頂正弦波敷設(shè)，進(jìn)行環(huán)境溫度變化實(shí)時(shí)分布式監(jiān)測(cè)，無(wú)監(jiān)測(cè)盲區(qū)。（2）分區(qū)監(jiān)測(cè)：根據(jù)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為三個(gè)分區(qū)：塔架、機(jī)艙、葉輪；據(jù)此劃分防火分區(qū)，分段防護(hù)。（3）重點(diǎn)監(jiān)測(cè)：根據(jù)風(fēng)機(jī)火災(zāi)起因，對(duì)潤(rùn)滑散熱系統(tǒng)、齒輪箱、剎車(chē)系統(tǒng)、機(jī)艙底座、傳輸電纜、控制柜、調(diào)節(jié)電機(jī)與控制系統(tǒng)、傳輸控制電纜、變頻柜、控制柜等重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。（4）多級(jí)報(bào)警：定溫報(bào)警：60℃、70℃、85℃、105℃、138℃、180℃；差溫報(bào)警：10℃/min、20℃/min、30℃/min，可按分區(qū)設(shè)置報(bào)警方式、報(bào)警閾值。（5）聯(lián)動(dòng)控制：利用消防聯(lián)動(dòng)控制器聯(lián)動(dòng)滅火設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備，將火災(zāi)消滅在早期。

三、結(jié)論

該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)具備了分布式監(jiān)測(cè)、分區(qū)監(jiān)測(cè)、重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、多級(jí)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制等功能特點(diǎn)。它實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)監(jiān)控的實(shí)時(shí)化、快速化、智能化，具有火災(zāi)監(jiān)測(cè)、火情記錄和滅火控制功能，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組的故障分析、火災(zāi)預(yù)警報(bào)警和滅火功能。為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的火災(zāi)監(jiān)控，降低火災(zāi)造成的損失提供了保證。

參 考 文 獻(xiàn)

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