趙永景

摘 ?要：風力發(fā)電相比火電、核電發(fā)電方式在投資、成本效益、安全環(huán)保等方面獨具優(yōu)勢，受到世界各國人民的青睞。隨著風力發(fā)電技術在單機容量、規(guī)模化開發(fā)方面條件日趨成熟，十二五至十三五以來，中國風電事業(yè)突飛猛進，規(guī)模逐步增大，隨之而來的風力發(fā)電安全環(huán)保問題也成為關注和研究的課題，文章主要討論高山林地風電場風電機組火災原因和防護措施。

關鍵詞：高山林地;風電機組;火災;防護

中圖分類號：TU998.1 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）25-0124-02

Abstract： The wind power generation has unique advantages in investment， cost-effectiveness， safety and environmental protection， compared with thermal power and nuclear power generation， and is favored by people all over the world. With the conditions of wind power generation technology in single unit capacity and large-scale development are becoming more and more mature. Since the 12th Five-Year Plan to the 13th Five-Year Plan， China's wind power generation industry has developed by leaps and bounds and the scale has gradually increased. The subsequent safety and environmental protection of wind power generation has also been a national concern and research topic. This paper mainly discusses the causes and protective measures of wind turbine fire of wind farm in alpine woodland.

Keywords： alpine woodland; wind turbine; fire; protection

引言

全球風能總量約2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)顯示，2018年，全國風電新增并網(wǎng)風電裝機量2059萬千瓦，同比增長37%;累計并網(wǎng)裝機容量達1.84億千瓦，占全部發(fā)電裝機容量的9.7%。截至2019年11月底，我國風電累計并網(wǎng)容量已超過2億千瓦。

當前中國已成為世界風電第一大國。規(guī)模效應形成后風電生產(chǎn)安全生態(tài)環(huán)保問題逐步突出，越來越受到人們關注。國家林業(yè)和草原局于2019年2月27日印發(fā)《關于規(guī)范風電場項目建設使用林地的通知》，對新建以及規(guī)劃建設的風電項目使用林地情況進行了明確規(guī)范，對風電機組用林用地和植被保護水土保持等進行了規(guī)定。受風能資源分布影響，風力發(fā)電場面對的自然災害風險因素較多，主要有雷擊、地震、火災、寒潮冰凍等。

1 高山林地風電機組火災的特征

1.1 火災撲救難度大

在高山林地建設的風電機組因受到地理位置、交通條件等因素的限制，公用消防設備無法快速抵達火災現(xiàn)場，即便是消防車輛達到風機位置，風機高度太高、風機獨立式密閉結構也限制了救援。如果發(fā)生火災通常會造成較大的直接損失，當前大型的（2.0MW）風電機組設備價格約700-800萬元，3.0MW及以上機組價格超過1000萬元;檢修恢復造成發(fā)電量減少也很明顯，最主要的是外部救援對挽回損失顯得無能為力。

1.2 著火隱患點多

風電機組從頂部機艙到塔筒底部各部位都不同程度存在發(fā)生火災風險，主要是塔筒底部的變流器、控制柜;電纜;機艙部位的發(fā)電機、齒輪箱及控制柜等。且火災環(huán)境惡劣，機艙外部空氣流動大，塔筒內部容易形成煙囪效應等。

1.3 火災類型復雜

從風電機組材質和構配件看，主要是金屬、玻璃鋼、橡膠、塑料等制品。電氣火災、固體火災和液體火災均有可能發(fā)生。因此，風機上的潤滑油脂、液壓油、電器電控設備、電線電纜、葉片、機艙罩及其保溫材料等在具備著火條件時都可能發(fā)生火災。

1.4 火災影響范圍大

高山林地火災因其位于林地范圍內，風機周邊植被茂密，風機著火引發(fā)周邊森林著火的危險性較大。如果風機火情不能得到有效控制可能造成周圍林木起火，那么火災事故擴大必將造成更多的財產(chǎn)等損失。

2 高山林地風電機組火災原因分析

造成高山林地風力發(fā)電機組火災的因素很多，本文在總結國內外風力發(fā)電機組火災教訓基礎上結合高山林地實際特點，基本概括為以下幾個方面：

2.1 雷擊放電引起火災

雷擊放電瞬時釋放的能量相當巨大，目前風電機組都朝著大型化發(fā)展，風機機艙、葉片大多處于50米以上高空，尖端放電效應突出。第一，如果避雷設施選型設計不當或者安裝位置不合理，加上日常檢修維護不足，則遭受雷擊引發(fā)火災的風險就會很高;第二，如果安裝的避雷器接觸電阻太高，遭受雷擊的概率大大增加。尤其是高山林地，地區(qū)海拔高，加上風機塔筒和葉片本身高度，風機遭受雷擊的風險遠高于低海拔平原地區(qū)，從統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，雷擊引起的火災是風機火災的主要原因之一。

2.2 電氣短路過載引發(fā)火災

風電機組電氣部分由于發(fā)生接地故障、電線短路及產(chǎn)生電弧等造成過載，繼而過熱引起火災。接地故障、電線短路的時候，電流迅速升高至額定電流的10-15倍，使電線電路嚴重超負荷而發(fā)熱，導致火災發(fā)生。電氣過載，電氣本身及線路因超負荷而發(fā)熱燃燒，導致火災發(fā)生。因靜電或接觸不良等原因產(chǎn)生的電弧將可燃物品或氣體點燃導致火災發(fā)生。

2.3 油品泄漏引起火災

風力發(fā)電機組上如果有齒輪箱、液壓裝置，這些設備都需使用油品，齒輪箱、液壓裝置如果存在制造缺陷或者密封磨損泄漏缺陷，潤滑（液壓）油泄漏遇到高溫或者明火極易引發(fā)火災。前期國內許多使用齒輪箱的風機著火基本都與油品泄漏管理不良有很大關系。

2.4 機械摩擦過熱引發(fā)火災

風力發(fā)電機組在風速過大或者發(fā)生故障時需要進行緊急制動停車，制動方式一般采用的是轉子減速，機械制動裝置劇烈摩擦會產(chǎn)生大量熱量，剎車裝置故障或者制動控制不當會產(chǎn)生火花使周圍可燃、易燃物質燃燒而引發(fā)火災。

2.5 人為失誤引起的火災

在春秋干旱少雨、氣候干燥季節(jié)，進入林區(qū)的人員攜帶火種或者火種管理失誤也會造成林區(qū)發(fā)生森林火災進而引發(fā)風電機組火災，另外操作人員操作處理不當或者誤操作也會間接造成風電機組發(fā)生火災事故。

3 高山林地風電機組火災防范的措施

綜上對高山林地火災特征和原因的分析闡述，我們清晰看出高山林地風力發(fā)電機組大多建設在海拔相對較高、位置偏僻、道路交通條件較差的區(qū)域，一般無法配套消防栓，公共的消防資源無法及時到場救援。所以風電機組消防的重點工作：一是風機設備部件材料（重點是電氣設備）采用不燃或難燃、阻燃材料;二是采用高效可靠的消防滅火系統(tǒng);三是科學高效的設備管理水平。特別強調的是風電機組消防要努力在“人、機、料、法、環(huán)”五個方面系統(tǒng)協(xié)調作用以實現(xiàn)本質安全，用“物防、人防、技防”共同保障安全生產(chǎn)。本文主要介紹利用風機滅火系統(tǒng)進行消防控制。

3.1 火災檢測

為實現(xiàn)對風力發(fā)電機組各部位的火情精確檢測，一般采用冗余思路安裝檢測儀表，根據(jù)報警級別的不同，設置不同的檢測儀表。目前常見的火災檢測儀表包括煙感探測器、溫度探測器、火焰探測器、空氣采樣探測器等幾類。煙感探測器安裝在機艙、控制柜、變流器柜、電纜橋架等密閉空間部位作為一級報警，溫度探測器、火焰探測器、空氣采樣探測器作為二級或者三級報警安裝在易于產(chǎn)生火花和電弧的發(fā)電機定、轉子接線盒、剎車制動裝置處。精確靈敏的火災檢測是消防控制的神經(jīng)系統(tǒng)，檢測儀表檢測信息和報警的冗余又對消防系統(tǒng)的控制和動作提供參考依據(jù)，做到精準檢測精準滅火。

3.2 滅火介質

火災類型不同，滅火介質的使用類型也不一樣，風電機組滅火介質的選擇要適合電氣設備著火滅火要求，盡可能選擇無殘留，無腐蝕、不導電的材料。由于干粉滅火器產(chǎn)生的干粉物質會對電氣設備造成二次傷害，一般電氣設備尤其是精密儀器著火不推薦使用干粉。高壓二氧化碳（CO2），惰性氣體比如七氟丙烷（HFC-227ea/FM200）、氮氣（N2）、氬氣（Ar）等、細水霧添加有少量阻燃藥劑和泡沫液等在撲救電氣設備著火中最為常用，風電機組的變流器、控制器等相對密閉的柜體基本都采用安全的惰性氣體或者高壓二氧化碳氣體。剎車系統(tǒng)、發(fā)電機、齒輪箱、液壓站、偏航系統(tǒng)、變壓器等處一般采用細水霧添加阻燃藥劑或泡沫液等液體滅火介質。

3.3 滅火系統(tǒng)

當前，應用到風力發(fā)電機組的滅火系統(tǒng)有氣體滅火系統(tǒng)、液體滅火系統(tǒng)、干粉滅火系統(tǒng)。為了保證風力發(fā)電機組滅火系統(tǒng)能快速有效滅火，一般選擇配套可靠性、穩(wěn)定性好的自動滅火系統(tǒng)。目前風電機組自動滅火系統(tǒng)基本都布置在機艙和塔底兩個部位，機艙滅火系統(tǒng)包括機艙機械區(qū)域和機艙控制柜區(qū)域，塔底滅火系統(tǒng)包括塔底變壓器區(qū)域和塔底電氣柜區(qū)域;檢測系統(tǒng)通過溫度探測器、煙感探測器、火焰探測器等儀表檢測氣體、溫度、火災信號并啟動報警，火災信號傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)判斷火災級別并按級別發(fā)出控制命令，相應區(qū)域噴嘴開啟噴射滅火劑實現(xiàn)滅火?，F(xiàn)場中自動滅火系統(tǒng)有的風機獨立設置，有的接入主控系統(tǒng)（SCADA）實現(xiàn)在線監(jiān)控，在線檢測配套上視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以準確直觀的發(fā)現(xiàn)并操作滅火系統(tǒng)，實現(xiàn)自動或者強制手動啟動滅火系統(tǒng)工作。

4 結束語

按照國家《中華人民共和國消防法》關于火災“預防為主、防消結合”的指導方針，高山林地風電場要在火災預防方面積極開展工作，從風機材料阻燃性能提升到滅火系統(tǒng)升級改造都要開展研究實驗，開發(fā)制造消防滅火系統(tǒng)要認真總結分析國內外經(jīng)驗教訓，在風電機組火災的檢測和控制方面研發(fā)更適合更經(jīng)濟高效的滅火系統(tǒng)。同時，已建成、正在建設的或者規(guī)劃建設的風電項目應加大相關投入，把5G、云計算、AI技術應用到新能源場站“安全、高效、綠色、智慧”建設上，不斷提高機組技術和管理水平，降低成本，創(chuàng)造更大效益。

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