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(dú)具優(yōu)勢(shì)，受到世界各國(guó)人民的青睞。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在單機(jī)容量、規(guī)模化開(kāi)發(fā)方面條件日趨成熟，十二五至十三五以來(lái)，中國(guó)風(fēng)電事業(yè)突飛猛進(jìn)，規(guī)模逐步增大，隨之而來(lái)的風(fēng)力發(fā)電安全環(huán)保問(wèn)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(chǎng)風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)原因和防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：高山林地;風(fēng)電機(jī)組;火災(zāi);防護(hù)

中圖分類號(hào)：TU998.1 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2018年，全國(guó)風(fēng)電新增并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)量2059萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)37%;累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)1.84億千瓦，占全部發(fā)電裝機(jī)容量的9.7%。截至2019年11月底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)容量已超過(guò)2億千瓦。

當(dāng)前中國(guó)已成為世界風(fēng)電第一大國(guó)。規(guī)模效應(yīng)形成后風(fēng)電生產(chǎn)安全生態(tài)環(huán)保問(wèn)題逐步突出，越來(lái)越受到人們關(guān)注。國(guó)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(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)使用林地的通知》，對(duì)新建以及規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)電項(xiàng)目使用林地情況進(jìn)行了明確規(guī)范，對(duì)風(fēng)電機(jī)組用林用地和植被保護(hù)水土保持等進(jìn)行了規(guī)定。受風(fēng)能資源分布影響，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)面對(duì)的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)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(jī)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(jī)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(wú)法快速抵達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，即便是消防車輛達(dá)到風(fēng)機(jī)位置，風(fēng)機(jī)高度太高、風(fēng)機(jī)獨(dú)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(huì)造成較大的直接損失，當(dāng)前大型的（2.0MW）風(fēng)電機(jī)組設(shè)備價(jià)格約700-800萬(wàn)元，3.0MW及以上機(jī)組價(jià)格超過(guò)1000萬(wàn)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(duì)挽回?fù)p失顯得無(wú)能為力。

1.2 著火隱患點(diǎn)多

風(fēng)電機(jī)組從頂部機(jī)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(xiǎn)，主要是塔筒底部的變流器、控制柜;電纜;機(jī)艙部位的發(fā)電機(jī)、齒輪箱及控制柜等。且火災(zāi)環(huán)境惡劣，機(jī)艙外部空氣流動(dòng)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(jī)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(jī)上的潤(rùn)滑油脂、液壓油、電器電控設(shè)備、電線電纜、葉片、機(jī)艙罩及其保溫材料等在具備著火條件時(shí)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(jī)周邊植被茂密，風(fēng)機(jī)著火引發(fā)周邊森林著火的危險(xiǎn)性較大。如果風(fēng)機(jī)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(kuò)大必將造成更多的財(cái)產(chǎn)等損失。

2 高山林地風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)原因分析

造成高山林地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)的因素很多，本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)教訓(xùn)基礎(chǔ)上結(jié)合高山林地實(shí)際特點(diǎn)，基本概括為以下幾個(gè)方面：

2.1 雷擊放電引起火災(zāi)

雷擊放電瞬時(shí)釋放的能量相當(dāng)巨大，目前風(fēng)電機(jī)組都朝著大型化發(fā)展，風(fēng)機(jī)機(jī)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(jì)不當(dāng)或者安裝位置不合理，加上日常檢修維護(hù)不足，則遭受雷擊引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)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(jī)塔筒和葉片本身高度，風(fēng)機(jī)遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于低海拔平原地區(qū)，從統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)看，雷擊引起的火災(zāi)是風(fēng)機(jī)火災(zāi)的主要原因之一。

2.2 電氣短路過(guò)載引發(fā)火災(zāi)

風(fēng)電機(jī)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(guò)載，繼而過(guò)熱引起火災(zāi)。接地故障、電線短路的時(shí)候，電流迅速升高至額定電流的10-15倍，使電線電路嚴(yán)重超負(fù)荷而發(fā)熱，導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。電氣過(guò)載，電氣本身及線路因超負(fù)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(diǎn)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(jī)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(rùn)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(guó)內(nèi)許多使用齒輪箱的風(fēng)機(jī)著火基本都與油品泄漏管理不良有很大關(guān)系。

2.4 機(jī)械摩擦過(guò)熱引發(fā)火災(zāi)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)速過(guò)大或者發(fā)生故障時(shí)需要進(jìn)行緊急制動(dòng)停車，制動(dòng)方式一般采用的是轉(zhuǎn)子減速，機(jī)械制動(dòng)裝置劇烈摩擦?xí)a(chǎn)生大量熱量，剎車裝置故障或者制動(dòng)控制不當(dāng)會(huì)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(jìn)入林區(qū)的人員攜帶火種或者火種管理失誤也會(huì)造成林區(qū)發(fā)生森林火災(zāi)進(jìn)而引發(fā)風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)，另外操作人員操作處理不當(dāng)或者誤操作也會(huì)間接造成風(fēng)電機(jī)組發(fā)生火災(zāi)事故。

3 高山林地風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)防范的措施

綜上對(duì)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(jī)組大多建設(shè)在海拔相對(duì)較高、位置偏僻、道路交通條件較差的區(qū)域，一般無(wú)法配套消防栓，公共的消防資源無(wú)法及時(shí)到場(chǎng)救援。所以風(fēng)電機(jī)組消防的重點(diǎn)工作：一是風(fēng)機(jī)設(shè)備部件材料（重點(diǎn)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(qiáng)調(diào)的是風(fēng)電機(jī)組消防要努力在“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個(gè)方面系統(tǒng)協(xié)調(diào)作用以實(shí)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(jī)滅火系統(tǒng)進(jìn)行消防控制。

3.1 火災(zāi)檢測(cè)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部位的火情精確檢測(cè)，一般采用冗余思路安裝檢測(cè)儀表，根據(jù)報(bào)警級(jí)別的不同，設(shè)置不同的檢測(cè)儀表。目前常見(jiàn)的火災(zāi)檢測(cè)儀表包括煙感探測(cè)器、溫度探測(cè)器、火焰探測(cè)器、空氣采樣探測(cè)器等幾類。煙感探測(cè)器安裝在機(jī)艙、控制柜、變流器柜、電纜橋架等密閉空間部位作為一級(jí)報(bào)警，溫度探測(cè)器、火焰探測(cè)器、空氣采樣探測(cè)器作為二級(jí)或者三級(jí)報(bào)警安裝在易于產(chǎn)生火花和電弧的發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子接線盒、剎車制動(dòng)裝置處。精確靈敏的火災(zāi)檢測(cè)是消防控制的神經(jīng)系統(tǒng)，檢測(cè)儀表檢測(cè)信息和報(bào)警的冗余又對(duì)消防系統(tǒng)的控制和動(dòng)作提供參考依據(jù)，做到精準(zhǔn)檢測(cè)精準(zhǔn)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(jī)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(wú)殘留，無(wú)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(huì)對(duì)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?dú)猓∟2）、氬氣（Ar）等、細(xì)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(jī)組的變流器、控制器等相對(duì)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?xì)怏w。剎車系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、液壓站、偏航系統(tǒng)、變壓器等處一般采用細(xì)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(jī)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(jī)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(dòng)滅火系統(tǒng)。目前風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)滅火系統(tǒng)基本都布置在機(jī)艙和塔底兩個(gè)部位，機(jī)艙滅火系統(tǒng)包括機(jī)艙機(jī)械區(qū)域和機(jī)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(cè)系統(tǒng)通過(guò)溫度探測(cè)器、煙感探測(cè)器、火焰探測(cè)器等儀表檢測(cè)氣體、溫度、火災(zāi)信號(hào)并啟動(dòng)報(bào)警，火災(zāi)信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)判斷火災(zāi)級(jí)別并按級(jí)別發(fā)出控制命令，相應(yīng)區(qū)域噴嘴開(kāi)啟噴射滅火劑實(shí)現(xiàn)滅火?，F(xiàn)場(chǎng)中自動(dòng)滅火系統(tǒng)有的風(fēng)機(jī)獨(dú)立設(shè)置，有的接入主控系統(tǒng)（SCADA）實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，在線檢測(cè)配套上視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以準(zhǔn)確直觀的發(fā)現(xiàn)并操作滅火系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或者強(qiáng)制手動(dòng)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

按照國(guó)家《中華人民共和國(guó)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(chǎng)要在火災(zāi)預(yù)防方面積極開(kāi)展工作，從風(fēng)機(jī)材料阻燃性能提升到滅火系統(tǒng)升級(jí)改造都要開(kāi)展研究實(shí)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)制造消防滅火系統(tǒng)要認(rèn)真總結(jié)分析國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)的檢測(cè)和控制方面研發(fā)更適合更經(jīng)濟(jì)高效的滅火系統(tǒng)。同時(shí)，已建成、正在建設(shè)的或者規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)電項(xiàng)目應(yīng)加大相關(guān)投入，把5G、云計(jì)算、AI技術(shù)應(yīng)用到新能源場(chǎng)站“安全、高效、綠色、智慧”建設(shè)上，不斷提高機(jī)組技術(shù)和管理水平，降低成本，創(chuàng)造更大效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊旭坤.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)危險(xiǎn)性及防雷措施 [J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2011（5）：10-12.

[2]徐大軍，張晉，劉連喜.風(fēng)力發(fā)電機(jī)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（12）：1081-1083，1086.

[3]熊芳瑜，葉平，鄭立新.簡(jiǎn)論風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷性能改善的內(nèi)容和方法[J].價(jià)值工程，2018（1）：141-143.

[4]李小光，岳晨曦.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].工業(yè)C，2015（063）：106.