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        風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系研究

        2016-06-12 07:10:52劉笑麟楊偉偉孟亞輝蘇州熱工研究院有限公司江蘇蘇州5004華銳風(fēng)電科技內(nèi)蒙古有限公司內(nèi)蒙古包頭04030
        電力安全技術(shù) 2016年4期
        關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電機組安全保衛(wèi)安全防范

        劉笑麟,楊偉偉,孟亞輝(.蘇州熱工研究院有限公司,江蘇 蘇州 5004;.華銳風(fēng)電科技(內(nèi)蒙古)有限公司,內(nèi)蒙古 包頭 04030)

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        風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系研究

        劉笑麟1,楊偉偉2,孟亞輝1
        (1.蘇州熱工研究院有限公司,江蘇 蘇州 215004;
        2.華銳風(fēng)電科技(內(nèi)蒙古)有限公司,內(nèi)蒙古 包頭 014030)

        〔摘 要〕在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的同時,風(fēng)力發(fā)電機組安全防范問題也越來越受到業(yè)界的關(guān)注。我國現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系的主體思想是將風(fēng)力發(fā)電機組看作建筑物,承襲建筑類安全防范標準來開展工作。通過對現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系的分析,提出了一種將風(fēng)力發(fā)電機組看作獨立特殊設(shè)備的理念,以期在此基礎(chǔ)上建立更加科學(xué)合理的風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系。

        〔關(guān)鍵詞〕風(fēng)力發(fā)電機組;安全防范;標準體系;安全保衛(wèi)

        0 引言

        隨著環(huán)保形勢的日益嚴峻,對環(huán)境友好的新能源產(chǎn)業(yè)越來越受到我國乃至全世界的重視,風(fēng)力發(fā)電因其建設(shè)周期短、裝機規(guī)模靈活、造價相對低廉、運行維護簡單的特點,而獲得了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計,2015全球風(fēng)電新增裝機63 013 MW,實現(xiàn)了22 %的年度市場增長率。可以預(yù)見,在未來的數(shù)年內(nèi),風(fēng)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速增長的態(tài)勢仍將繼續(xù),風(fēng)電市場潛力依然巨大。

        但隨著大量新型風(fēng)電機組的投入運行,機組安全也面臨著更多的挑戰(zhàn)。據(jù)英國風(fēng)能機構(gòu)的不完全統(tǒng)計,截至2009-12-31,全球共發(fā)生風(fēng)電機組重大事故715起,其中火災(zāi)事故138起,占總數(shù)的19.3 %,火災(zāi)已成為繼雷擊后的第二大毀滅性風(fēng)電機組災(zāi)害。當前,公開報道的全球風(fēng)電機組火災(zāi)發(fā)生率平均為每年11.7起,而英國研究人員甚至認為,每年實際至少有超過117起風(fēng)電機組著火事故發(fā)生。

        這說明對風(fēng)力發(fā)電機組的安全防范亟待加強。以下討論的安全防范概念涵蓋安全保衛(wèi)與消防2個方面。

        1 我國風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系現(xiàn)狀

        我國目前風(fēng)力發(fā)電機組安全防范相關(guān)標準情況統(tǒng)計如表1所示。

        從表1可以看出,我國現(xiàn)行的風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準,主要側(cè)重安全管理,且尚未形成完整的體系。

        表1 我國風(fēng)力發(fā)電機組安全防范相關(guān)標準統(tǒng)計

        在技術(shù)標準領(lǐng)域,現(xiàn)有標準內(nèi)容以消防標準為主,且主要內(nèi)容大都基于原有的建筑行業(yè)安全防范標準體系,僅配合風(fēng)力發(fā)電機組的消防特點,作了部分完善。

        2008年,寧夏回族自治區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了DB64/T524—2008《風(fēng)力發(fā)電機組消防系統(tǒng)設(shè)計、施工、驗收規(guī)范》,填補了國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機組安全防范領(lǐng)域的空白。標準中明確了風(fēng)力發(fā)電機組消防系統(tǒng)運行的環(huán)境要求,對于專用消防系統(tǒng)的探測裝置和滅火器設(shè)置都作了一些設(shè)計要求,并以此為依據(jù)對風(fēng)力發(fā)電機組的施工和驗收作了相關(guān)規(guī)定。此標準對風(fēng)力發(fā)電機組的安全防范工作開展有一定指導(dǎo)意義,但由于其中未引入消防系統(tǒng)自動控制的理念,已不能適應(yīng)消防領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。

        DL/T796—2012《風(fēng)力發(fā)電場安全規(guī)程》是一個適用于陸上風(fēng)力發(fā)電場的安全生產(chǎn)和應(yīng)急處理的相關(guān)規(guī)程;不僅規(guī)定了風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)人員、環(huán)境、安全作業(yè)的基本要求,也對風(fēng)力發(fā)電機組安裝、調(diào)試、檢修和維護提出了相關(guān)的安全要求,并對風(fēng)電場突發(fā)事件的應(yīng)急處理作了規(guī)定。

        NB/T31052—2014《風(fēng)力發(fā)電場高處作業(yè)安全規(guī)程》同樣是一個側(cè)重于安全管理的規(guī)程;針對風(fēng)電場的工作環(huán)境,對高處作業(yè)這種高風(fēng)險工作作了操作和管理方面的詳細規(guī)定。

        由中國工程建設(shè)標準化協(xié)會頒布的CECS 391—2014《風(fēng)力發(fā)電機組消防系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》是迄今為止涵蓋范圍最廣的一個風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域消防技術(shù)規(guī)范。該規(guī)程首先對風(fēng)力發(fā)電機組作了防護單元的劃分,以此為基礎(chǔ)對機組內(nèi)部做了分區(qū)域的消防配置和要求。并且,將消防用設(shè)備劃歸為火災(zāi)探測裝置、報警控制器與滅火控制裝置、滅火裝置3部分;又對每部分的設(shè)備作了細化的規(guī)定,涉及從設(shè)計到施工再到竣工驗收的整個流程,其中的設(shè)備參數(shù)和功能要求對供應(yīng)商進行設(shè)備研發(fā)也有一定的指導(dǎo)作用。

        2 現(xiàn)階段我國風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系的局限性

        從實施效果來看,我國現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系在指導(dǎo)風(fēng)電安全防范工作開展方面確實取得了一定成效,但提升空間仍然很大。要進一步提高風(fēng)力發(fā)電機組安全系數(shù),還要繼續(xù)完善標準體系。經(jīng)過實踐,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)直接套用建筑用安全防范標準、將風(fēng)力發(fā)電機組當作一般建筑來處理,面臨一系列難以適配的問題。

        2.1 不能完全契合風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

        現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)展趨勢是:風(fēng)場大規(guī)?;C組現(xiàn)場無人值守、分布偏遠且分散,因此外部力量救援難度加大。如:風(fēng)電場各機組之間、機組與其他建筑之間的間距等,在現(xiàn)有標準中并未被嚴格規(guī)范,加上不同風(fēng)場地質(zhì)條件千差萬別,設(shè)計基準中保留的余量是否符合實際安全需求(如救援時間等),并不明晰;風(fēng)力發(fā)電機組與普通建筑的較大的不同之處在于,由于風(fēng)力發(fā)電機組生產(chǎn)控制系統(tǒng)需要實時掌控每臺風(fēng)力發(fā)電機組的運行狀態(tài)或故障情況等,各獨立機組需要通過通信組網(wǎng)良好互連。而現(xiàn)有標準并未對風(fēng)力發(fā)電機組的通信方式作詳細規(guī)定,因此也難以與風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域?qū)S玫谋O(jiān)控標準IEC61400—25良好對接。

        2.2 對風(fēng)力發(fā)電機組特點考慮不足

        相比于普通建筑建設(shè)周期較長、結(jié)構(gòu)性大型損壞較少的特點,風(fēng)力發(fā)電機組的建設(shè)周期短、致命損壞較多。所以在施工周期上,注重高安全保障的繁瑣細節(jié)將加大進度壓力;而在損壞的防護上,為了保護抗損壞性能差的機組所設(shè)置的針對性策略,應(yīng)傾向于防止損壞事件的發(fā)生,即盡量通過對機組運行狀態(tài)的在線監(jiān)測、綜合考慮自然環(huán)境因素,從而產(chǎn)生有預(yù)測性的結(jié)論,并以此為依據(jù)使機組作出有前瞻性的預(yù)防損害的動作。在現(xiàn)有標準體系下,仍應(yīng)將補救性措施放在最重要的位置,作為現(xiàn)有技術(shù)條件下的權(quán)宜之計,而未來的技術(shù)完善方向應(yīng)是以預(yù)防為主。

        2.3 原有建筑類消防設(shè)備與風(fēng)力發(fā)電機組不適配

        現(xiàn)有標準體系中,在消防用相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)的選用中,多使用傳統(tǒng)的火災(zāi)探測設(shè)備、報警控制和滅火控制系統(tǒng)、滅火裝置,而它們都是面向普通工業(yè)或一般建筑來開發(fā)研制的,并未過多考慮風(fēng)力發(fā)電機組所處環(huán)境的特殊性,難以滿足風(fēng)力發(fā)電機組的特殊要求。如:用于火災(zāi)探測的中點式感煙設(shè)備,在風(fēng)力發(fā)電機組內(nèi)部容易形成強氣流的客觀條件下,很有可能難以實現(xiàn)預(yù)期的火災(zāi)快速響應(yīng);吸氣式感煙設(shè)備能夠通過主動式吸氣抵抗一部分的紊流干擾,但考慮到風(fēng)場地區(qū)自然條件惡劣,多有風(fēng)沙粉塵等不利環(huán)境,容易對吸氣式感煙設(shè)備的進氣管和濾網(wǎng)等造成堵塞、損壞,導(dǎo)致火災(zāi)誤報警甚至電機燒毀等狀況;滅火劑的選用上,實際應(yīng)用中,滅火效果最好的是超細干粉滅火劑,但由于風(fēng)力發(fā)電機組內(nèi)部帶電設(shè)備較多,很容易對超細干粉產(chǎn)生靜電吸附作用,給滅火后的清理工作帶來很大困難。

        2.4 不適應(yīng)風(fēng)電場安全保衛(wèi)需求

        現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系,并未對風(fēng)力發(fā)電機組的安全保衛(wèi)工作產(chǎn)生足夠重視,幾乎沒有相關(guān)標準規(guī)范。就風(fēng)電場現(xiàn)狀來看,由于風(fēng)電場各風(fēng)機分布較為分散,部分風(fēng)機距控制室的距離甚至可以達到幾十千米,在風(fēng)電場大多是無人值守或者少人值守的狀況下,這就意味著這些風(fēng)電機組對人為蓄意破壞或盜竊行為的防衛(wèi)能力幾乎為零。一方面由于入侵探測及報警設(shè)備缺失,對于一些盜竊和破壞的狀況只能依靠人工巡檢來查看,信息反饋延時;另一方面即使風(fēng)電機組加裝了攝像機等探測設(shè)備,并且成功發(fā)現(xiàn)并上報控制室,但由于距離較遠加之環(huán)境因素影響,也很容易造成響應(yīng)時間過長的現(xiàn)象。雖然風(fēng)力發(fā)電機組并不像核電機組那樣容易成為恐怖分子的破壞目標,但近年來針對無人值守風(fēng)力發(fā)電機組電纜等的盜竊現(xiàn)象屢見不鮮,加強風(fēng)電機組的安全保衛(wèi)工作迫在眉睫。

        部分風(fēng)力發(fā)電機組需求及現(xiàn)有標準局限性對比如表2所示。此外,由于繼承于建筑規(guī)范的原因,現(xiàn)有標準體系將風(fēng)力發(fā)電機組消防系統(tǒng)與其他系統(tǒng)嚴格區(qū)分,不允許其間的任何設(shè)備共用。這就意味著如果要給風(fēng)力發(fā)電機組加裝安全保衛(wèi)設(shè)備(如攝像機等),則需要額外敷設(shè)大量電纜、光纖等。這對業(yè)主來說增加了大量的建設(shè)成本,不利于風(fēng)電場安全保衛(wèi)工作的推進。

        表2 部分風(fēng)力發(fā)電機組需求及現(xiàn)有標準局限性對比

        3 對風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系的思考

        針對當前風(fēng)力發(fā)電機組安全防范體系中將機組視作普通建筑所帶來的諸多不足,建議從以下幾點開展后續(xù)工作。

        (1) 風(fēng)力發(fā)電機組不能等同于一般建(構(gòu))筑物,應(yīng)作為一個特殊裝備來開展相應(yīng)的消防性能化設(shè)計。將風(fēng)力發(fā)電機組當成獨立的特殊設(shè)備,提升其整體性。嚴格要求廠家對整個機組負責(zé),對機組整體性能進行優(yōu)化設(shè)計,在出廠前通過機組的聯(lián)調(diào)解決決定產(chǎn)品品質(zhì)的細節(jié)問題。在保障機組品質(zhì)的前提下,盡量縮短施工工期、提升可靠性,進而增加發(fā)電時間以更好地體現(xiàn)業(yè)主利益。

        (2) 將風(fēng)力發(fā)電機組安全防范作為一個綜合多領(lǐng)域的專用系統(tǒng)開展研究,其技術(shù)領(lǐng)域可包括消防安全、保衛(wèi)安全、震動監(jiān)測、塔筒垂直度監(jiān)測等風(fēng)機安全監(jiān)測尚未覆蓋的領(lǐng)域。高集成度的系統(tǒng)集約化管理是近年來設(shè)備管理的大趨勢之一。打破原有消防系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的嚴格隔閡,將消防、保衛(wèi)、震動探測等系統(tǒng)或功能一并置于設(shè)備的安全防范管理系統(tǒng)中,一方面可以降低系統(tǒng)復(fù)雜程度而減小設(shè)備日常運行維護難度;另一方面可以從設(shè)計源頭統(tǒng)籌規(guī)劃,最大限度利用公共資源以避免重復(fù)建設(shè),從而降低運維成本。更重要的是,集約化管理便于設(shè)置系統(tǒng)間的聯(lián)動策略,如:統(tǒng)籌規(guī)劃消防系統(tǒng)與機組生產(chǎn)安全控制系統(tǒng)的邏輯關(guān)系,以避免由于消防系統(tǒng)誤動作對風(fēng)機造成的影響。

        (3) 開展風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系的建設(shè)工作,包括設(shè)備技術(shù)標準、設(shè)計標準、施工及驗收標準、運行維護標準等。完善的標準體系是做好風(fēng)力發(fā)電機組安全防范工作的保障。對風(fēng)力發(fā)電機組建立從頭到尾的完整的標準體系,可以對風(fēng)電安全防范的每個環(huán)節(jié)都進行指導(dǎo),促進整個領(lǐng)域技術(shù)水平的迅速提高。

        4 結(jié)束語

        目前,我國的風(fēng)力發(fā)電機組安全防范標準體系不夠完善,將風(fēng)力發(fā)電機組視作普通建筑的理念也不符合安全防范標準及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進一步發(fā)展的要求。在今后的標準研究及相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)中,應(yīng)當重視風(fēng)力發(fā)電機組因運行環(huán)境所存在的特殊性,將其視作為一個獨立的特種設(shè)備開展標準體系建設(shè)及科研工作。

        參考文獻:

        1 中國工程建設(shè)標準化協(xié)會.CECS391—2014風(fēng)力發(fā)電機組消防系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國計劃出版社,2015.

        2 國家能源局.DL/T796—2012風(fēng)力發(fā)電場安全規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2012.

        3 寧夏回族自治區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.DB64/T524—2008風(fēng)力發(fā)電機組消防系統(tǒng)設(shè)計、施工、驗收規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2008.

        4 國家能源局.NB/T31052—2014風(fēng)力發(fā)電場高處作業(yè)安全規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2015.

        5 徐大軍,張 晉,劉連喜,等.風(fēng)力發(fā)電機組火災(zāi)特性與消防系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].消防科學(xué)與技術(shù),2010,29(12):13-15.

        6 蔡忠勇,荊 超.風(fēng)力發(fā)電廠監(jiān)控通信原理及模型——IEC61400-25標準介紹[J].電力系統(tǒng)通信,2008,29(4):59-65.

        劉笑麟(1989-),男,助理工程師,主要從事安全保衛(wèi)技術(shù)研究工作,email: liuxiaolin@cgnpc.com.cn。

        楊偉偉(1984-),男,工程師,主要從事風(fēng)力發(fā)電機組運維技術(shù)管理工作。

        孟亞輝(1983-),男,工程師,主要從事新能源安全技術(shù)研究及工程設(shè)計工作。

        收稿日期:2016-01-21。

        作者簡介:

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