风电机组火灾分析及消防系统设计

风电机组火灾分析及消防系统设计

葛晶伟，朱峰

中能建国际建设集团有限公司

摘要：目前，我国风电机组设备本体应用到的可燃物品种类较多，国家要求系统内风电企业必须配置火灾报警和灭火装置，主控塔基控制柜、机舱控制柜、变流控制柜、并网柜、功率柜等密闭空间内应安装自动灭火装置，实现全淹没式灭火。要求配置火灾报警和灭火装置的双馈机组，至少应在发电机非驱动端和高速刹车盘上方布置自动火灾探测、灭火装置。对于风力发电机的消防要求提出了更为严格的和清晰的要求，为各风电企业老旧风机技术改造提供了明确的方向。

关键词：风机消防；系统设计；火灾分析；自动灭火装置；全淹没式

1  风机火灾分析

1.1  风机火灾风险分析

通过对国内外风力发电机组火灾事故案例的调查分析以及开展的大量试验研究，概括起来，风电机组火灾原因主要包括以下几个方面：

（1）雷击是引起风力发电机组火灾的主要原因之一。如果机组没有避雷设施或避雷设施安装和维护不当、避雷针接触不良或接地电阻过大等任何一个环节出现问题都可能引发风机火灾[1]。

（2）电气设备安装不当，也是引起风机火灾的主要原因之一。由于技术错误和安装不当，出现连接件接触不良、电气短路、接地故障、绝缘不够、过载保护装置选用错误或装置失效、电子元器件和控制部件选用或安装错误等，都可能导致火灾发生。

（3）正常运行温度较高的装置表面和高温飞溅物，具有较高的火灾风险。变速箱和机械制动装置产生大量的热，导致装置表面温度显著升高，可引燃附近可燃物。

（4）失控状态下的高速飞车，具有很高的火灾风险和倒塔风险。由于变桨电机故障、变桨控制柜蓄电池严重亏电或其他机械故障导致顺浆不成功，空气制动失效，引起机组高速飞车，大量飞溅火花引燃周围的油污和其他可燃物。甚至于高速飞车还有可能引起机舱和塔筒剧烈共振，导致机舱和塔筒的倒塌事故。

（5）风电机组设备泄漏油具有较高的火灾风险[2]。双馈式风力发电机组安装有齿轮箱，存在较多润滑油和液压油，并且国产风电机组漏油现象非常普遍。由于风电机组机舱位置较高，运维人员登机巡检劳动强度较大，电缆、吸音棉和维护用棉纱纸张等，不但使火灾风险显著增加，而且增加火灾荷载、加快火焰蔓延速度。

（6）风电机组在定期维护和故障检修作业过程中也有较高火灾风险。运维人员在风机机舱内进行维护和检修工作时，会涉及焊接、热切割、打磨等明火，如果动火作业的安全措施不全、监护不到位，会导致作业范围内可燃物着火。

1.2  风电机组火灾隐患部位

（1）叶轮。由叶片、轮毂、整流罩、叶片调节电机与控制系统等组成，其中叶片、整流罩和轮毂大多采用易燃的玻璃钢等复合材料。

（2）机舱。由塔架支撑，位于塔筒顶部，由机舱罩围成相对封闭的空间。内有主轴总成、齿轮箱、润滑油系统、制动系统、联轴器、提升机、发电机、照明系统、控制柜、变压器、偏航轴承、传输电缆、偏航驱动电机等部件。

（3）塔架。塔架用于支撑风机叶轮和机舱。一般为中空圆柱形，有的设有数个平台形成上下相对封闭的数段，内有爬梯、照明系统和较多的传输电缆和控制电缆，有些在塔架底层平台还设有变频柜和控制柜等设备。

（4）风力发电机组设备材料具有可燃性的种类很多。包括：润滑油、液压油、胶管、密封材料、吸音棉、机舱罩和叶片等。这些材料火灾危险性高，而且运行中油品渗漏现象严重[3]。

2  风电机组消防系统设计要求

2.1  消防系统工作环境

风力发电机组使用的消防系统，其环境适应性和运行可靠性非常重要。风力发电机组所处的特殊环境和技术条件对消防系统的安全可靠运行影响较大，风电机组自动消防 系统存在诸多不利因素：

（1）风机机舱内设备安装紧凑，空间非常狭窄，对火灾初期产生的烟、热、光形 成了遮挡，不利于扩散和传递。不利于火灾报警装置的及时检测和报警，容易造成初期 火灾的迅速扩大。

（2）风机机舱和塔筒顶部支撑不是完全密封，有一定缝隙。在内部通风散热设备 的运行情况下，会形成一定空气对流，不利于感温、感烟等火灾探测报警装置的及时检 测和报警，对灭火装置灭火效能也有不利影响。

（3）电气控制柜、变频柜、变压器等装置外壳密闭性较高，内部空间紧凑，对柜 内火灾探测和初期火灾扑救影响较大，需要有针对性的采取探测和灭火措施。

（4）风电机组的工作环境存在极低温度（-40°C以下）和极高温度（50°C以上）对消防系统长期运行稳定性、可靠性有不利影响，甚至直接影响设备的正常工作和使用寿命。

（5）水雾、盐雾和腐蚀性气体、沙尘等恶劣环境对设备长期可靠运行有不利影响。

（6）风电机组布置分散且相隔较远，火灾报警和灭火控制系统需要有较强的远距 离信号传输能力和网络集成能力。

2.2  消防系统响应指标

由于风力发电机组所处的自然环境恶劣且复杂，对消防系统的要求相对其它消防系 统更为苛刻，普通消防系统难以满足风电机组的特殊要求。因此，对风力发电机组的消 防系统提出了更高标准和要求。根据国内外学者的研究和现行颁布的规范标准，风力发电机组消防系统应满足的环境及技术指标为[4]：

（1）通用工作环境温度为：-40°C～75°C。

（2）振动条件：振幅1mm,频率40Hz，X、Y、Z三个相互垂直的轴线方向依次振动2h。

（3）抗电磁干扰条件：电磁环境应符合GA61-2010、GB/T17626.2、GB/T17626.3、GB/T17626.4、GB/T17626.5的要求。

（4）抗耐盐腐条件：陆地型应符合GB/T2423.18中严酷等级(1)的要求，海洋型 应符合GB/T2423.18中严酷等级（2）的要求。

（5）环境相对湿度：M95%。

（6）灭火装置灭火剂用量：根据国内外相关机构实验结果、已颁布的国家标准及 规范规定，并结合风电机组自身特点和实际情况，灭火装置灭火设计密度不应小于生产单位标称密度1.3倍。

（7）采用S型热气溶胶自动灭火装置时，灭火剂的喷放时间不应大于30s。

2.3  风电机组灭火系统其它响应指标条件：

（1）分区管理：根据风机具体构造，在风机内设立多个独立灭火系统，该系统可实现风机内每个防护区单独探测、报警及灭火，不影响其它防区，由控制器统一管理各防区，并在第一时间反馈给风电场主控中心。

（2）极早期、高灵敏探测方式。

（3）高效灭火性能：采用有效、快速灭火机理的灭火装置，在火灾发生后第一时间内控制火情。

（4）抗气流干扰性能：风电机舱并非真正意义上封闭且具有气流干扰，应选取具备局部灭火功能的灭火设备。

（5）储存方式：由于环境因素复杂，维护不便,为防止环境变化对产品储存压力的影响，应采用无压储存的灭火设备。

（6）二次污染：应采用无毒无腐蚀性，符合环保要求的灭火介质，避免对环境产生污染，对设备带来二次损害。

（7）安装维护：应采用安装容易，维护简便的设备。

参考文献：

[1]风力发电机组加装自动消防装置方案探究[J].贺俊华.消防界(电子版),2022(23).

[2]风机自动消防装置并网回路技改设计[J].胡珂瑞.云南水力发电,2022(07).

[3]高山林地风电机组火灾原因和防护措施[J].王立刚.黑龙江科学,2022(10).

[4]双馈风力发电机闪爆事故原因浅析[J].韩斌;马勇;邓巍;蒋成文;张长安.大电机技术,2018(04).