風(fēng)電場(chǎng)智慧消防系統(tǒng)數(shù)字化管理方向探究

姜禹含，李昕龍，左秀江，王大威

（1.蒙東協(xié)合新能源有限公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.國(guó)家電投集團(tuán)內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

0 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)電力的需求不斷增大，但是傳統(tǒng)的發(fā)電方式不僅不能滿足不斷增長(zhǎng)的電力需求，并且在環(huán)境危機(jī)日益嚴(yán)重、環(huán)保意識(shí)不斷提高的今天也無(wú)法滿足環(huán)保要求。并且隨著煤礦、石油這些不可再生的資源的開(kāi)采不斷增加，全球的工業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，對(duì)能源的消耗也不斷增大，能源危機(jī)日益嚴(yán)峻。在這樣的條件與背景之下，風(fēng)能發(fā)電因其清潔、可再生等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)的電力發(fā)展與能源危機(jī)環(huán)節(jié)中扮演中重要的角色，并且其重要性還可能在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中不斷加強(qiáng)。但是隨著而來(lái)的是嚴(yán)峻的風(fēng)電場(chǎng)火災(zāi)問(wèn)題，風(fēng)電場(chǎng)的火災(zāi)的頻繁發(fā)生，不僅會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)由于供電不足或停止，影響到更為廣泛的居民，造成巨大而廣泛的不良影響，還會(huì)嚴(yán)重阻礙我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。并且由于風(fēng)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件復(fù)雜且造價(jià)高昂，火災(zāi)發(fā)生后難以及時(shí)處理[1]。并且由于我國(guó)風(fēng)電行業(yè)起步較晚，風(fēng)電場(chǎng)配備的消防裝置較為傳統(tǒng)落后，難以滿足風(fēng)電場(chǎng)的消防要求，難以做到對(duì)火災(zāi)的及時(shí)預(yù)警與及時(shí)反應(yīng)。安裝智慧消防系統(tǒng)，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的及時(shí)監(jiān)控與火災(zāi)預(yù)警，及時(shí)對(duì)火災(zāi)的發(fā)生選取相應(yīng)的解決措施，減少火災(zāi)的發(fā)生，減少風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)利益的維護(hù)，保障該地區(qū)的供電穩(wěn)定。

1 我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，風(fēng)能發(fā)揮著越來(lái)越重要的地位，風(fēng)電在國(guó)內(nèi)供電體系中所占的比例也越來(lái)越高，風(fēng)能發(fā)電因其清潔和可再生的優(yōu)勢(shì)成為世界緩解能源危機(jī)的重要發(fā)展方向。自21 世紀(jì)初，我國(guó)頒布了《中華人民共和國(guó)可再生能源法》，自本能源法頒布以來(lái)，我國(guó)風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)和發(fā)展不斷擴(kuò)大。僅2006—2009 年，這四年每年我國(guó)的風(fēng)電累積裝電量的增長(zhǎng)率都達(dá)到了一倍以上，并且仍需保持良好、快速的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)我國(guó)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2012年，我國(guó)的新增的風(fēng)電機(jī)裝機(jī)量接近8000 臺(tái)，并且這個(gè)數(shù)據(jù)還不包括臺(tái)灣地區(qū)，年增長(zhǎng)率超過(guò)了20%，我國(guó)的裝機(jī)量長(zhǎng)期持續(xù)保持增長(zhǎng)率世界第一。根據(jù)我國(guó)的有關(guān)于新能源的相關(guān)規(guī)劃，預(yù)計(jì)在2015 年我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)要達(dá)到1 億kW，全年的發(fā)電量要接近2000 億kW·h。在我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)中，海上風(fēng)電機(jī)占據(jù)了極大的比例，并且給發(fā)展較為迅速，目前已經(jīng)形成了相對(duì)完整的行業(yè)體系，在風(fēng)電裝備的制造行業(yè)中具備了一定的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。截至2020 年，我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)量已經(jīng)達(dá)到了2億kW，年發(fā)電量接近4000 億kW·h，僅海上風(fēng)電裝機(jī)量就占據(jù)了15%，這些數(shù)據(jù)直觀的展現(xiàn)了風(fēng)電在我國(guó)電力系統(tǒng)中的重要地位和發(fā)展前景[2]。目前我國(guó)主要的風(fēng)電機(jī)以1.5MW 和2MW 為主要型號(hào)，新型號(hào)，更高性能的風(fēng)電機(jī)組也在投入試驗(yàn)和不斷研發(fā)中，目前我國(guó)在風(fēng)電機(jī)行業(yè)飛速發(fā)展，吸引來(lái)了全世界各國(guó)的風(fēng)電機(jī)前沿公司，在我國(guó)境內(nèi)投入資金、開(kāi)辦工廠。

2 風(fēng)電場(chǎng)火災(zāi)發(fā)生原因

2.1 雷擊

雷擊是最容易引起風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電機(jī)組火災(zāi)的原因。通過(guò)對(duì)近幾年國(guó)內(nèi)外的風(fēng)電機(jī)火災(zāi)的事故原因進(jìn)行搜集與整理可以發(fā)現(xiàn)，雷擊不僅是引起風(fēng)電場(chǎng)火災(zāi)的重要原因之一，并且雷擊導(dǎo)致的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)率還在不斷上升。在風(fēng)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中，如果風(fēng)電機(jī)組沒(méi)有安裝相應(yīng)的避雷措施，或者避雷裝置安裝不合理，導(dǎo)致了避雷裝置沒(méi)有產(chǎn)生作用，就有可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的發(fā)生火災(zāi)。對(duì)于在野外矗立，沒(méi)有遮擋物，并且高度極高的風(fēng)力發(fā)電裝置而言，雷擊是無(wú)法避免的，因此雷擊極易成為風(fēng)電廠的火災(zāi)起因。

2.2 電氣設(shè)備安裝不當(dāng)

電氣設(shè)備安裝不當(dāng)也是一個(gè)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)起火的重要原因之一。在對(duì)風(fēng)電機(jī)進(jìn)行安裝的過(guò)程中，由于工作人員的疏忽或者是錯(cuò)誤，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)在安裝過(guò)程中產(chǎn)生技術(shù)性錯(cuò)誤或者是導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)的組成部分、零件安裝不當(dāng)，就有可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)接觸不良，進(jìn)而可能導(dǎo)致電路短路，還有可能導(dǎo)致過(guò)載保護(hù)裝置失效等一系列風(fēng)電機(jī)的內(nèi)部問(wèn)題，同樣可能會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)起火，造成火災(zāi)，引發(fā)嚴(yán)重的后果。

2.3 運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的高溫接觸到易燃物

在風(fēng)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，變速箱和機(jī)械制動(dòng)裝置都會(huì)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致裝置的表面的溫度升高到一個(gè)比較高的溫度，當(dāng)這個(gè)裝置表面接觸到可燃物就有可能引發(fā)火災(zāi)。并且在風(fēng)電機(jī)的內(nèi)部裝置運(yùn)行過(guò)程中還有可能產(chǎn)生火花，這些火花飛濺出去，如果周圍存在易燃物，同樣可能導(dǎo)致起火，造成火災(zāi)。

2.4 失控狀態(tài)下的高速飛車

風(fēng)電機(jī)的葉片內(nèi)部的變槳電機(jī)可能出現(xiàn)故障或者是其他葉片內(nèi)部的障礙和問(wèn)題，導(dǎo)致順槳失敗，風(fēng)電機(jī)內(nèi)部的空氣制動(dòng)失去作用和效果，就可能引起風(fēng)電機(jī)組的高速飛車。在發(fā)生高速風(fēng)車的情況的時(shí)候，輪轂會(huì)開(kāi)始高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致劇烈的摩擦，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，就有可能影響輪轂中的可燃物。變速箱的高速運(yùn)轉(zhuǎn)就有可能導(dǎo)致電機(jī)滑環(huán)造成毀壞，最終導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)生起火的情況。如果在面對(duì)這這種緊急情況的時(shí)候，如果積極性機(jī)械制動(dòng)，就有可能導(dǎo)致大量的火花，這些的火花導(dǎo)致飛濺就有可能引燃附近的油污以及其他可能存在的可燃物。在高速飛車發(fā)生的時(shí)候，還有可能導(dǎo)致機(jī)艙和塔體的共振，最終導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)電機(jī)裝置的倒塌。

2.5 風(fēng)電機(jī)產(chǎn)生漏油或存在其他易燃物品

風(fēng)電機(jī)內(nèi)部需要大量的液壓油和潤(rùn)滑油保障內(nèi)部的平穩(wěn)運(yùn)行，但是對(duì)于這些油需要進(jìn)行及時(shí)的清理和定期的檢查，保障油污的積存不至于對(duì)其他部分的零件造成嚴(yán)重的污染，最終影響整個(gè)風(fēng)電機(jī)的運(yùn)行，并且這些油污極其易燃，可能會(huì)被內(nèi)部任何一個(gè)部分產(chǎn)生的細(xì)小火花引燃，最終釀成一場(chǎng)火災(zāi)。并且由于這些油污的存在還及容易促進(jìn)火災(zāi)態(tài)勢(shì)的擴(kuò)大，還有因?yàn)橛臀垡鸬幕馂?zāi)區(qū)別于其他易燃物引起的火災(zāi)，會(huì)進(jìn)一步加大滅火的難度，增加消防的工作量，造成更為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

3 風(fēng)電場(chǎng)專用智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用問(wèn)題

風(fēng)電場(chǎng)區(qū)別于其他消防系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景，具有自身的獨(dú)特性，在進(jìn)行對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的智慧消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)需要著眼于風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際需求，進(jìn)行有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，在一方面要注重消防設(shè)備的選擇，需要消防器械使用風(fēng)電場(chǎng)的特殊環(huán)境，另一方面也要注重系統(tǒng)的集成優(yōu)化情況，解決相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題[3]。主要需要著重解決以下3 個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備的選擇。在這一方面，感溫電纜、吸氣式感煙探測(cè)器在進(jìn)行相應(yīng)的防火處理和其他一系列的保護(hù)措施之后，能夠適應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)的火災(zāi)報(bào)警的需求，做到對(duì)火災(zāi)發(fā)生情況進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警。圖像型的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以在對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控的同時(shí)進(jìn)行火災(zāi)的報(bào)警工作，能夠極大減輕工作人員的負(fù)擔(dān)。

（2）滅火系統(tǒng)的選擇。滅火系統(tǒng)的選擇一定要保障能夠適應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)的特殊環(huán)境，尤其是南北方不同季節(jié)內(nèi)較為極端的氣溫對(duì)于該系統(tǒng)的運(yùn)行的影響，要保障滅火系統(tǒng)能夠在極短的氣溫下，還能夠做到對(duì)于火災(zāi)的及時(shí)反應(yīng)。同時(shí)還要考慮器械和空間之間的大小關(guān)系，確保滅火器械的順利運(yùn)行。

（3）滅火藥劑的選擇。對(duì)滅火藥劑的選擇要在一方面滿足風(fēng)電場(chǎng)的特殊環(huán)境，確保滅火藥劑能在風(fēng)電場(chǎng)依舊發(fā)揮較好的滅火效果，同時(shí)在另一方面，由于風(fēng)電機(jī)設(shè)備的造價(jià)高昂，所以需要減少滅火藥劑對(duì)于風(fēng)電機(jī)設(shè)備的損害，并且要盡可能的減少對(duì)環(huán)境的污染[4]。

4 風(fēng)電場(chǎng)智慧消防系統(tǒng)數(shù)字化管理應(yīng)用優(yōu)化措施

4.1 優(yōu)化風(fēng)電智慧消防控制系統(tǒng)

風(fēng)電場(chǎng)的智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)是要保障在無(wú)人的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行火災(zāi)檢測(cè)，需要系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的消防隱患識(shí)別，并且在發(fā)現(xiàn)消防隱患的時(shí)候及時(shí)的采用相應(yīng)的措施實(shí)現(xiàn)及時(shí)的處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)的概率進(jìn)行減少，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)規(guī)模的及時(shí)控制，減少風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)損失。要實(shí)現(xiàn)這樣的智慧系統(tǒng)的構(gòu)建，就需要針對(duì)火災(zāi)探測(cè)、火災(zāi)預(yù)警、火災(zāi)撲滅3 個(gè)部分進(jìn)行智慧化設(shè)計(jì)。在這個(gè)系統(tǒng)中的火災(zāi)預(yù)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)都主要安裝在葉輪、機(jī)艙、塔架等容易因?yàn)榉N種原因發(fā)生起火的部位，對(duì)這些部分進(jìn)行長(zhǎng)期、持續(xù)的監(jiān)控，并對(duì)其內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行持續(xù)的檢測(cè)，檢測(cè)的主要項(xiàng)目有風(fēng)電機(jī)內(nèi)部的煙霧、溫度等，通過(guò)對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)內(nèi)部是否起火實(shí)現(xiàn)判斷[5]。并且還要將報(bào)警系統(tǒng)與滅火系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，當(dāng)報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到風(fēng)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通過(guò)信息數(shù)據(jù)的傳輸，促使滅火系統(tǒng)及時(shí)反應(yīng)，對(duì)風(fēng)電機(jī)的火災(zāi)情況實(shí)現(xiàn)控制。加強(qiáng)這風(fēng)格環(huán)節(jié)的數(shù)字化管理能夠極大的優(yōu)化風(fēng)電智慧消防系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)字化手段能夠促使檢測(cè)、預(yù)警裝置更加敏銳，能更加智能化的對(duì)環(huán)境進(jìn)行判斷，能夠避免對(duì)火災(zāi)情況的誤判。并且在智慧系統(tǒng)中加入數(shù)字化管理手段，還有助于加強(qiáng)預(yù)警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)信息更加暢通的交流，減少預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)到滅火系統(tǒng)做出反應(yīng)之間存在的時(shí)間誤差，促進(jìn)滅火系統(tǒng)能夠更加及時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)的火災(zāi)情況進(jìn)行處理，更加及時(shí)的控制火勢(shì)，減少火災(zāi)造成的風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)現(xiàn)代化數(shù)字手段參與風(fēng)電場(chǎng)智慧消防系統(tǒng)的構(gòu)建，還能夠極大的減少工作人員的工作負(fù)擔(dān)。風(fēng)電機(jī)組消防控制系統(tǒng)的基本要求如圖1 所示。

圖1 風(fēng)電機(jī)組消防控制系統(tǒng)的基本要求

4.2 優(yōu)化設(shè)備管理和巡檢

風(fēng)電場(chǎng)的智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)還有助于優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備和對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)的巡檢。電氣設(shè)備安裝不當(dāng)?shù)韧瑯邮秋L(fēng)電場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)的重要原因之一，通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)的智慧消防數(shù)字管理系統(tǒng)，能夠通過(guò)現(xiàn)代化的數(shù)字手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)裝機(jī)設(shè)備進(jìn)行預(yù)先分析，通過(guò)對(duì)整個(gè)風(fēng)電機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃與分析，能夠得到更優(yōu)的裝配方案，通過(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)設(shè)備的選擇，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備安裝過(guò)程中的監(jiān)控能夠有效的減少火災(zāi)發(fā)生的安全隱患。同時(shí)，為了避免和減少火災(zāi)的發(fā)生，還需要對(duì)風(fēng)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行定時(shí)巡檢，通過(guò)巡檢風(fēng)電機(jī)的部分與零件，進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)、維修與更換，能夠在最大程度上維護(hù)風(fēng)電機(jī)的運(yùn)行安全，保障房風(fēng)電機(jī)的長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行，能夠減少火災(zāi)隱患，避免火災(zāi)的發(fā)生。引入智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)能夠有效的對(duì)巡檢進(jìn)行更加科學(xué)、合理的安排，能夠優(yōu)化巡檢過(guò)程和巡檢頻率，能夠在最大程度上對(duì)風(fēng)電機(jī)的火災(zāi)隱患進(jìn)行排除，能夠減少火災(zāi)的發(fā)生的可能性。

4.3 加強(qiáng)對(duì)油脂的控制

風(fēng)電機(jī)的內(nèi)部需要用到大量的潤(rùn)滑油、液壓油等油脂來(lái)保障風(fēng)電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，并且這部分油脂本身具有易燃的特性，是風(fēng)電機(jī)發(fā)生火災(zāi)的重要燃料，因此必須實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)內(nèi)部油脂的控制與清除。引入智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)，能夠加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電機(jī)內(nèi)部油脂的控制。智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)能夠通過(guò)火災(zāi)檢測(cè)裝置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)油脂情況進(jìn)行檢測(cè)，并且通過(guò)巡檢工作實(shí)現(xiàn)對(duì)油脂的定期清理，智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)能夠針對(duì)油脂的控制設(shè)置一條完整的控制和管理措施，加強(qiáng)對(duì)油脂的管理，減少火災(zāi)發(fā)生的燃燒物，減少火災(zāi)發(fā)生的可能性，也可以縮小火災(zāi)的發(fā)生規(guī)模，減少火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)風(fēng)電和風(fēng)電機(jī)行業(yè)的發(fā)展而來(lái)的，是應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的管理與風(fēng)電機(jī)可靠性的重視程度。因?yàn)槲覈?guó)的風(fēng)電行業(yè)發(fā)展時(shí)間極短，在極短的時(shí)間內(nèi)大批的風(fēng)電機(jī)產(chǎn)品投入生產(chǎn)和實(shí)際運(yùn)用，安全事故時(shí)有發(fā)生，風(fēng)電機(jī)的質(zhì)量安全性成為行業(yè)發(fā)展需要解決的重要問(wèn)題。在我國(guó)近年來(lái)發(fā)生的風(fēng)電場(chǎng)的安全事故中最主要的事故類型就是火災(zāi)，并且火災(zāi)是影響范圍和嚴(yán)重程度都最大的事故類型，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)造成了十分嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。比鞥且隨著風(fēng)電機(jī)投入使用，機(jī)器零件逐漸發(fā)生磨損，就進(jìn)一步提升了發(fā)生故障的概率，也進(jìn)一步提高了火災(zāi)發(fā)生的可能性。由于風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量對(duì)于我國(guó)的供電量的重要貢獻(xiàn)，因此就必須通過(guò)智慧消防系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)全方位的管理與監(jiān)控，避免和減少風(fēng)電場(chǎng)的火災(zāi)發(fā)生概率。