高山林地風(fēng)電機組火災(zāi)原因和防護措施

趙永景

摘 ?要：風(fēng)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(fēng)力發(fā)電技術(shù)在單機容量、規(guī)?；_發(fā)方面條件日趨成熟，十二五至十三五以來，中國風(fēng)電事業(yè)突飛猛進，規(guī)模逐步增大，隨之而來的風(fēng)力發(fā)電安全環(huán)保問題也成為關(guān)注和研究的課題，文章主要討論高山林地風(fēng)電場風(fēng)電機組火災(zāi)原因和防護措施。

關(guān)鍵詞：高山林地;風(fēng)電機組;火災(zāi);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(fēng)能總量約2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，據(jù)國家能源局數(shù)據(jù)顯示，2018年，全國風(fēng)電新增并網(wǎng)風(fēng)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(fēng)電累計并網(wǎng)容量已超過2億千瓦。

當(dāng)前中國已成為世界風(fēng)電第一大國。規(guī)模效應(yīng)形成后風(fēng)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(guān)注。國家林業(yè)和草原局于2019年2月27日印發(fā)《關(guān)于規(guī)范風(fēng)電場項目建設(shè)使用林地的通知》，對新建以及規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)電項目使用林地情況進行了明確規(guī)范，對風(fēng)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(fēng)能資源分布影響，風(fēng)力發(fā)電場面對的自然災(zāi)害風(fēng)險因素較多，主要有雷擊、地震、火災(zāi)、寒潮冰凍等。

1 高山林地風(fēng)電機組火災(zāi)的特征

1.1 火災(zāi)撲救難度大

在高山林地建設(shè)的風(fēng)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(shè)備無法快速抵達火災(zāi)現(xiàn)場，即便是消防車輛達到風(fēng)機位置，風(fēng)機高度太高、風(fēng)機獨立式密閉結(jié)構(gòu)也限制了救援。如果發(fā)生火災(zāi)通常會造成較大的直接損失，當(dāng)前大型的（2.0MW）風(fēng)電機組設(shè)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(fù)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(fēng)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(zāi)風(fēng)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(zāi)環(huán)境惡劣，機艙外部空氣流動大，塔筒內(nèi)部容易形成煙囪效應(yīng)等。

1.3 火災(zāi)類型復(fù)雜

從風(fēng)電機組材質(zhì)和構(gòu)配件看，主要是金屬、玻璃鋼、橡膠、塑料等制品。電氣火災(zāi)、固體火災(zāi)和液體火災(zāi)均有可能發(fā)生。因此，風(fēng)機上的潤滑油脂、液壓油、電器電控設(shè)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(zāi)。

1.4 火災(zāi)影響范圍大

高山林地火災(zāi)因其位于林地范圍內(nèi)，風(fēng)機周邊植被茂密，風(fēng)機著火引發(fā)周邊森林著火的危險性較大。如果風(fēng)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(zāi)事故擴大必將造成更多的財產(chǎn)等損失。

2 高山林地風(fēng)電機組火災(zāi)原因分析

造成高山林地風(fēng)力發(fā)電機組火災(zāi)的因素很多，本文在總結(jié)國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機組火災(zāi)教訓(xùn)基礎(chǔ)上結(jié)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(zāi)

雷擊放電瞬時釋放的能量相當(dāng)巨大，目前風(fēng)電機組都朝著大型化發(fā)展，風(fēng)機機艙、葉片大多處于50米以上高空，尖端放電效應(yīng)突出。第一，如果避雷設(shè)施選型設(shè)計不當(dāng)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(zāi)的風(fēng)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(fēng)機塔筒和葉片本身高度，風(fēng)機遭受雷擊的風(fēng)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(zāi)是風(fēng)機火災(zāi)的主要原因之一。

2.2 電氣短路過載引發(fā)火災(zāi)

風(fēng)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(zāi)。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(dǎo)致火災(zāi)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(dǎo)致火災(zāi)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(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。

2.3 油品泄漏引起火災(zāi)

風(fēng)力發(fā)電機組上如果有齒輪箱、液壓裝置，這些設(shè)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(zāi)。前期國內(nèi)許多使用齒輪箱的風(fēng)機著火基本都與油品泄漏管理不良有很大關(guān)系。

2.4 機械摩擦過熱引發(fā)火災(zāi)

風(fēng)力發(fā)電機組在風(fēng)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(zhuǎn)子減速，機械制動裝置劇烈摩擦?xí)a(chǎn)生大量熱量，剎車裝置故障或者制動控制不當(dāng)會產(chǎn)生火花使周圍可燃、易燃物質(zhì)燃燒而引發(fā)火災(zāi)。

2.5 人為失誤引起的火災(zāi)

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(zāi)進而引發(fā)風(fēng)電機組火災(zāi)，另外操作人員操作處理不當(dāng)或者誤操作也會間接造成風(fēng)電機組發(fā)生火災(zāi)事故。

3 高山林地風(fēng)電機組火災(zāi)防范的措施

綜上對高山林地火災(zāi)特征和原因的分析闡述，我們清晰看出高山林地風(fēng)力發(fā)電機組大多建設(shè)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(fēng)電機組消防的重點工作：一是風(fēng)機設(shè)備部件材料（重點是電氣設(shè)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(xué)高效的設(shè)備管理水平。特別強調(diào)的是風(fēng)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(diào)作用以實現(xiàn)本質(zhì)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(fēng)機滅火系統(tǒng)進行消防控制。

3.1 火災(zāi)檢測

為實現(xiàn)對風(fēng)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(shè)置不同的檢測儀表。目前常見的火災(zāi)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(zhuǎn)子接線盒、剎車制動裝置處。精確靈敏的火災(zāi)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(zhì)

火災(zāi)類型不同，滅火介質(zhì)的使用類型也不一樣，風(fēng)電機組滅火介質(zhì)的選擇要適合電氣設(shè)備著火滅火要求，盡可能選擇無殘留，無腐蝕、不導(dǎo)電的材料。由于干粉滅火器產(chǎn)生的干粉物質(zhì)會對電氣設(shè)備造成二次傷害，一般電氣設(shè)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(shè)備著火中最為常用，風(fēng)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(zhì)。

3.3 滅火系統(tǒng)

當(dāng)前，應(yīng)用到風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(zāi)信號并啟動報警，火災(zāi)信號傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)判斷火災(zāi)級別并按級別發(fā)出控制命令，相應(yīng)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(fēng)機獨立設(shè)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(jié)束語

按照國家《中華人民共和國消防法》關(guān)于火災(zāi)“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的指導(dǎo)方針，高山林地風(fēng)電場要在火災(zāi)預(yù)防方面積極開展工作，從風(fēng)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(jié)分析國內(nèi)外經(jīng)驗教訓(xùn)，在風(fēng)電機組火災(zāi)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(shè)的或者規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)電項目應(yīng)加大相關(guān)投入，把5G、云計算、AI技術(shù)應(yīng)用到新能源場站“安全、高效、綠色、智慧”建設(shè)上，不斷提高機組技術(shù)和管理水平，降低成本，創(chuàng)造更大效益。

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