文 | 付彥海 李曉雪

風電機組通風排煙防火技術改造

文 | 付彥海 李曉雪

風電能源產業(yè)的迅速發(fā)展，風電機組的分布廣泛，地理位置、氣候條件差異很大，沿海地區(qū)空氣濕度大、鹽霧重、高溫時間長。風電機組運行的環(huán)境溫度一般不超過40℃，且持續(xù)時間不長。但因機艙、塔筒內空間狹小，相對密閉，設備運行環(huán)境惡劣，存在一定的安全隱患。本文以上海電氣生產的W2000N－93－80型風電機組為基礎進行通風、排煙、消防的技改工作。

現(xiàn)有風電機組運營中存在的問題

一、內部運行環(huán)境惡劣

在高溫、潮濕、振動環(huán)境中設備運行環(huán)境比較惡劣。電纜、母排過熱老化絕緣降低，電氣原件過熱老化、信號誤動，油脂劣化、潤滑不好，電動轉機過熱、出力下降，轉動機械潤滑不良，磨損振動加大、IGBT過熱燒毀等各種不良影響。

二、風電機組現(xiàn)有通風狀況

W2000N－93－80型風電機組發(fā)電機冷卻系統(tǒng)由空－空冷卻器組成，發(fā)電機運行產生的熱量經空氣環(huán)管路帶出，經空－空冷卻器與環(huán)境中流動的空氣換熱。W2000N－93－80型風電機組的進、出氣口均設計在機艙外面。塔底通風通過在塔筒門上面預留一個向外排風的風電機組。塔筒內排風效果不理想，機艙內沒有良好的通風，所以在高溫天氣，風電機組設備的工作環(huán)境比較惡劣，出現(xiàn)電氣原件老化，控制系統(tǒng)死機現(xiàn)象。

三、防火重點部位與火災危害

風電機組按整體的結構來分，可分為葉輪、機艙、塔筒和控制系統(tǒng)四個組成部分。葉輪部分由葉片、整流罩、輪轂、電動執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)組成，其火患的原因多為雷擊、電動機過負荷、控制系統(tǒng)過熱老化等原因。機艙部分由發(fā)電機、傳動鏈、潤滑系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、電纜、控制柜等組成，其火患的原因多為高溫運行、通風不良、過熱老化、油脂泄漏、高速制動和極端天氣等；塔筒部分由電力電纜、控制電纜、爬梯組成；塔底部分由變頻柜、控制柜、小型變壓器等組成，其火患的原因多為通風不良、電氣元件過熱老化等。

風電機組上采用的可燃材料包括各類潤滑油脂、液壓油、橡膠制品、電線電纜、電氣原件、油漆等，這些化工產品在燃燒或高溫環(huán)境中能熱解出有毒氣體或煙霧，常見的毒氣有一氧化碳、二氧化碳、氯化氫、氰酸、硫化氫、二氧化硫等，對塔內工作人員造成致命的傷害。

技術改造方案

一、通風系統(tǒng)

風電機組內部設備原件的設計工作環(huán)境要求為，工作溫度為?30℃－+40℃，生存溫度為?40℃－+50℃，相對濕度最大為100%。本文通風改造利用塔筒的風道效應，以塔底進風—塔筒通風—機艙排風為路徑設置風電機組的通風系統(tǒng)。本通風系統(tǒng)在機艙設置排風設備，在塔底設置送風設備。

排風設備采用按溫度分級強化排風的方法，第一級在+40℃以下，利用風電機組原有的機艙環(huán)境進行排風，當溫度上升至+40℃以上時啟動改造設置的排煙風電機組進行聯(lián)合排風。其溫度參數(shù)為機艙、各節(jié)塔筒、塔底各測量溫度數(shù)值的最大值。

送風設備，在風電機組塔筒門下面進行開孔，裝高1.1.5kW的軸流風電機組和加裝風道進行送風，要求風道必須通至基礎環(huán)的最下面，以達到全面通風冷卻的效果。

二、排煙系統(tǒng)

負壓機械排煙方式是利用排煙機把著火空間中產生的煙氣通過排煙口排到室外的排煙方式。在火災發(fā)展初期，這種排煙方式能使著火空間內壓力下降，造成負壓，煙氣不會像其它區(qū)域擴散。另外排煙機要求能承受高溫煙氣，而且還需要設防火閥，在超溫時自動關閉停止排煙。

按風電機組的結構型式，采用分區(qū)排煙，將排煙系統(tǒng)分成機艙區(qū)和塔底區(qū)兩個區(qū)域，機艙區(qū)與塔底區(qū)分別設置獨立的排煙風電機組。W2000N－93－80型風電機組機艙規(guī)格為13.6m×4.7m×4.6m，面積為63.92m2。機艙區(qū)借助原發(fā)電機的出風風口，設置風道三通，用支架將排煙風電機組固定，電源使用機艙動力電源，控制及通信模塊設置于主控柜內。最小排煙量為13.6×4.7×60=3835.2m3/ h。

塔底區(qū)借肋原塔筒門上方的通風機位置和電源，控制及通信模塊設置與塔底控制柜內。塔筒直徑為4.2m，最小排煙量為3.14×2.12×60=830.84 m3/ h。風電機組測試符合GB50045－95消防規(guī)范測試要求。所選風電機組參數(shù)見表 1。

三、報警消防系統(tǒng)

火災自動探測裝置的選擇原則，（1）少量的煙霧可能被大量的空氣稀釋，應選用高靈敏度的感煙探測器；（2）空間狹小易形成熱屏障效應及設備、線纜的阻擋，探測器設置的位置要適當、要多點布置；（3）電氣設備控制柜等裝置密閉性強，柜內應單獨設置；（4）電纜火災初期發(fā)熱量和發(fā)煙量少，宜采用纜式線型感溫探測器。

結合風電機組的結構特點報警探測器設置分為如下幾部分。機艙設置一臺靈敏度高的吸氣式煙感探測器，一支采樣管近排風口測、一支采樣管設在機艙控制柜內。機艙到塔底電纜采用纜式線型感溫探測器。塔底設置一臺靈敏度高的吸氣式煙感探測器，一支采樣管位于基礎環(huán)內、一支采樣管位于變流器柜內，一支采樣管塔底控制柜共用。選用參數(shù)見表2。

四、消防滅火系統(tǒng)

自動滅火裝置選擇的原則：（1）設備密集、空間狹小，會阻擋藥劑的噴放和擴散，應選用全淹沒和局部應用能力都比較好的快速滅火器；（2）應重點布置在變速箱、剎車盤、發(fā)電機、電纜夾層、控制柜、變流柜和變壓器附近；（3）滅火藥劑不會對設備產生二次污染、容易清理，不污染環(huán)境。

機艙作為一個防護區(qū)，實行全淹沒滅火，設置瓶組式細水霧滅火裝置，具有備自動、手動和自身溫控三種啟動方式。電氣控制柜、變流柜等封閉設備內設置氣溶性或其他小型滅火裝置，具有備自動、手動和自身溫控三種啟動方式。電纜采取涂刷電纜防火涂料和采用防火堵料封堵井口、洞口和進出線口的方式防火，采用現(xiàn)場配備手動滅火裝備。配置裝置選型見表3。

系統(tǒng)控制策略

一、通風系統(tǒng)控制策略

通風控制策略是設置三處溫度測量區(qū)，即機艙t1、塔筒t2、塔底t3，以上溫度參數(shù)t1、t2、t3是該區(qū)幾個測點的平均值。當T＜min｛t1、t2、t3｝時，其中T 為設定的最小啟動溫度。當+40℃＜max｛t1、t2、t3｝時，t1 或t2為最大值時聯(lián)合啟動機艙排煙風機，t3 為最大值時聯(lián)合啟動塔底排煙風機。

表1 HTF-I型消防高溫排煙軸流風電機組性能參數(shù)表

表2 報警裝置選型

表3 滅火裝置選型

二、消防系統(tǒng)控制策略

本系統(tǒng)報警信號有機艙火警A1－1、機艙控制柜火警A1－2、電纜火警A2、塔底控制柜火警A3－1、塔底變流器柜火警A3－2。滅火的控制策略為當A1－2為真啟動機艙控制柜滅火裝置和機艙滅火裝置，當A1－1、A3－1、A3－2分別為真時，啟動對應的滅火裝置，當A2為真時，啟動報警人工滅火。

消防系統(tǒng)控制策略為，出現(xiàn)火災報警時，首先停止通風運行減小助燃。其次分兩種情況，其一為，當有人在塔上工作時（風電機組服務模式），以火災時保護人身安全為主，啟動排煙裝置，火警A1－1或A1－2或A2啟動機艙排煙裝置，火警A3－1或A3－2啟動塔底排煙裝置。當人逃離后，可人工啟動滅火程序，排煙裝置停止，滅火裝置啟動。其二、當沒有人員在塔上工作時（風電機組服務模式），按上文滅火的控制策略開展滅火。滅火后可人工啟動排煙為救援提供條件。

（作者單位：付彥海 ：上海臨港海上風力發(fā)電有限公司；李曉雪：蘇州龍源白鷺風電職業(yè)技術培訓中心有限公司）

攝影：張進