趙發(fā)明

（國家電投集團(tuán)廣西卓潔電力工程檢修有限公司，南寧 530000）

風(fēng)能作為一種可再生能源，在推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)我國“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)中起著舉足輕重的作用[1]。我國幅員遼闊，風(fēng)能資源儲備豐富，風(fēng)能資源豐富區(qū)分布廣泛。在各項(xiàng)政策措施的引導(dǎo)和支持下，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，即便受到全球新冠病毒感染疫情影響，依然憑借自身優(yōu)勢和努力保持全球領(lǐng)先地位。隨著越來越多的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投運(yùn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組事故發(fā)生的概率和頻次也在逐步攀升，其中風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)事故占有很大比例。因此，對風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)產(chǎn)生的原因和特性進(jìn)行分析，提出管理措施、技術(shù)措施和應(yīng)急處置措施就顯得緊迫和必要。

1 概況

1.1 中國風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

在“雙碳”目標(biāo)下，新能源在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中被賦予了“主體能源”地位，未來5~10 a 是中國能源轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展的關(guān)鍵期，風(fēng)電等可再生能源發(fā)展空間巨大[2]。據(jù)國家能源局最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2022 年風(fēng)電新增裝機(jī)約37.6 GW，同比增長11.2%，截至2022 年12 月底，全國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量約3.7 億kW，占全部電力裝機(jī)容量25.6 億kW 的14.45%，風(fēng)電成為我國第四大電源。十多年來，我國風(fēng)電出現(xiàn)了躍升發(fā)展、領(lǐng)先世界，風(fēng)電裝機(jī)占到全球約40%，每年新增裝機(jī)容量約占全球的一半。2013—2022 年中國風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量及在全球所占比重如圖1 所示。

圖1 2013—2022 年中國風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量及在全球所占比重

1.2 風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)

據(jù)英國風(fēng)能機(jī)構(gòu)對全球風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生的各類事故的不完全統(tǒng)計(jì)，截至2020 年，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)事故發(fā)生了403 起，約占到各類風(fēng)力發(fā)電機(jī)組事故2 794起的14.4%，已成為繼雷擊后第二大毀滅性災(zāi)害[3]。風(fēng)電機(jī)組各類事故統(tǒng)計(jì)如圖2 所示。

圖2 截至2020 年風(fēng)電機(jī)組各類事故統(tǒng)計(jì)

一篇來自《火災(zāi)科學(xué)》的研究成果表明，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生火災(zāi)事故的概率要比行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為的概率高出10 倍之多[4]。幾位來自倫敦帝國理工學(xué)院、愛丁堡大學(xué)和瑞典SP 技術(shù)研究院的研究人員對20 萬臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了評估，認(rèn)為當(dāng)前公開報(bào)道的全球風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)年平均發(fā)生為11.7 起，而實(shí)際每年可能發(fā)生117 起以上。

2 風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)特性及原因分析

2.1 風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)典型案例

2022 年5 月6 日，海南某風(fēng)電場發(fā)生一起風(fēng)機(jī)火災(zāi)事故，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)變壓器及部分電氣設(shè)備燒毀。事故原因?yàn)橄渥兏邏簜?cè)避雷器性能劣化，在風(fēng)機(jī)送電恢復(fù)運(yùn)行過程中避雷器擊穿造成風(fēng)機(jī)變壓器著火。

2020 年1 月12 日，遼寧某風(fēng)電場45 號風(fēng)電機(jī)組著火，事故導(dǎo)致機(jī)艙燒損，輪轂及3 只葉片根部過火。事故原因?yàn)殡姎夤駜?nèi)690 V 變頻器供電回路中連接350 A保險(xiǎn)與L 型銅排螺栓的有效螺紋長度不足，因機(jī)械震動造成松動，松動部位持續(xù)發(fā)熱，引燃L 型銅排絕緣隔板，發(fā)生相間短路，最終導(dǎo)致柜內(nèi)起火，將機(jī)艙引燃。

2018 年8 月8 日，新疆某風(fēng)電場B8-311 風(fēng)電機(jī)組發(fā)生火災(zāi)，事故導(dǎo)致機(jī)艙燒毀、葉片根部及上節(jié)塔筒燒傷。事故原因?yàn)轱L(fēng)機(jī)主軸軸承在運(yùn)行過程中發(fā)生失效，軸承內(nèi)、外圈與滾子、保持架劇烈摩擦產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致潤滑油脂被點(diǎn)燃，火勢蔓延至齒輪箱、發(fā)電機(jī)等部位，引發(fā)火災(zāi)。

2009 年7 月14 日，內(nèi)蒙某風(fēng)電場發(fā)生風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)事故，事故造成機(jī)艙和葉片全部燒毀，所有部件損傷。事故原因?yàn)樽鳂I(yè)人員違章作業(yè)，在電焊過程中引燃機(jī)艙內(nèi)泄漏積存的油脂，從而引發(fā)火災(zāi)。

2.2 風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)特性

2.2.1 可燃物種類多，火災(zāi)隱患點(diǎn)多

風(fēng)電機(jī)組主要是由金屬、玻璃鋼、橡膠和塑料等材質(zhì)和構(gòu)配件組成，加上電器電控設(shè)備、電線電纜、液壓油和潤滑油等各類油脂，在具備著火條件時(shí)，風(fēng)機(jī)各個部位都存在不同程度的火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[5]。

2.2.2 處在通風(fēng)環(huán)境，火災(zāi)蔓延迅速

由于風(fēng)電場通常處于通風(fēng)良好，風(fēng)力較大的環(huán)境中，且塔筒內(nèi)部容易形成煙囪效應(yīng)。據(jù)測定，因?yàn)橛袩焽栊?yīng)和火風(fēng)壓的存在，在火勢發(fā)展的階段，火勢水平蔓延速度為0.5~0.8 m/s，垂直蔓延速度為3~4 m/s，100 m 的塔筒內(nèi)火勢蔓延開來只需要33 s[6]。因此，一旦在風(fēng)電場發(fā)生火災(zāi)，火勢會快速蔓延，進(jìn)而引發(fā)整個機(jī)組甚至整片區(qū)域內(nèi)的大型火災(zāi)。

2.2.3 火災(zāi)撲救難度大，容易擴(kuò)大影響范圍

風(fēng)電場大多處于偏僻地區(qū)，交通不便，再加上風(fēng)機(jī)高度一般是100 m 左右，內(nèi)部多為獨(dú)立密閉的結(jié)構(gòu)，給消防車和消防器材到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場，開展火災(zāi)救援帶來很多不便。而且伴隨火災(zāi)的發(fā)生，一方面會產(chǎn)生大量的二氧化碳、一氧化碳、氯化氫等有害氣體，對電氣元件產(chǎn)生影響，降低絕緣性能，進(jìn)而引發(fā)一系列的短路事故[7]；另一方面發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會掉落葉片和機(jī)艙的殘片，這些殘片往往具有高溫，非常容易引燃機(jī)組周圍的雜草和建構(gòu)筑物，從而造成火災(zāi)影響范圍的擴(kuò)大。

2.2.4 設(shè)備價(jià)值高，火災(zāi)損失大

現(xiàn)在每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的價(jià)值都在千萬元上下，如果發(fā)生火災(zāi)通常會造成較大的直接經(jīng)濟(jì)損失，而且發(fā)生火災(zāi)后快速恢復(fù)生產(chǎn)的可能性較低，因?yàn)檩^長的檢修恢復(fù)時(shí)間，還會造成較大的電量損失等間接經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)原因分析

2.3.1 客觀因素

一是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部有許多的易燃和可燃材料，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)及材料原因，不僅可能導(dǎo)致火災(zāi)，同時(shí)也可能會加快火勢蔓延。二是由于風(fēng)電機(jī)組大部分都處在山頂或海拔較高地方，容易受到雷擊，且伴隨著長時(shí)間運(yùn)行，電氣元件及電纜存在不同程度老化，容易導(dǎo)致電氣元件過熱、絕緣降低或短路導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生。三是目前國內(nèi)許多風(fēng)電主機(jī)廠在市場低價(jià)惡性競爭的情況下，未對風(fēng)電機(jī)組配置有效的自動消防系統(tǒng)，導(dǎo)致火災(zāi)前期不能有效遏制火源及火勢發(fā)展[8]。風(fēng)電機(jī)組常見火災(zāi)隱患部位及原因見表1。

表1 風(fēng)電機(jī)組常見火災(zāi)隱患部位及原因

2.3.2 主觀因素

一是維護(hù)檢修作業(yè)不規(guī)范，作業(yè)人員攜帶火種，作業(yè)后未及時(shí)清理可燃物，埋下火災(zāi)隱患[9]；二是工器具使用不當(dāng)，隨意接入電源或者未采取有效防護(hù)措施，因線路過熱或使用電焊機(jī)產(chǎn)生火花而引發(fā)火災(zāi)；三是管理不到位，因保護(hù)定值整定不合理，保護(hù)裝置不能正常動作，甚至設(shè)備廠家為保證機(jī)組可利用率，故意掩蓋部分故障問題，如屏蔽安全鏈告警信息等。常見導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)的人為因素及原因見表2。

表2 常見導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)的人為因素及原因

3 風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)防范措施

3.1 管理措施

1）健全規(guī)章制度，做好防火措施。建立健全風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)急處置規(guī)范，定期開展消防知識培訓(xùn)和事故處置培訓(xùn)、演練，提高員工業(yè)務(wù)素質(zhì)水平及事故狀態(tài)下的應(yīng)急處置能力。

2）完善招標(biāo)要求，滿足消防規(guī)范。在新建項(xiàng)目風(fēng)電機(jī)組招標(biāo)文件中明確防止火災(zāi)事故要求，設(shè)計(jì)須滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（2022 年版）》、CECS 391：2014《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組消防系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》等國家、行業(yè)相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)。

3）加強(qiáng)巡視檢查，防患于未然。一是梳理風(fēng)機(jī)日常巡檢、檢修清單，按照巡檢及檢修周期開展相關(guān)工作。二是加強(qiáng)巡查和監(jiān)測力度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有電氣設(shè)備缺陷、漏油、溫度持續(xù)過高等安全隱患時(shí)，要早發(fā)現(xiàn)早處理。三是充分利用風(fēng)電機(jī)組視頻監(jiān)控系統(tǒng)，細(xì)化和完善監(jiān)控的項(xiàng)目、內(nèi)容和周期，利用視頻監(jiān)控手段加強(qiáng)風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)隱患的排查和治理工作，遇到高溫或者雷雨天氣，要適當(dāng)加密監(jiān)視頻次。四是發(fā)現(xiàn)有影響風(fēng)電機(jī)組安全的故障或頻繁發(fā)生的故障，嚴(yán)禁遠(yuǎn)程復(fù)位重啟，要及時(shí)就地檢查處理。

4）嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)程和工藝要求，開展風(fēng)機(jī)維護(hù)工作。一是進(jìn)入風(fēng)機(jī)機(jī)艙、塔筒內(nèi)，嚴(yán)禁攜帶火種、嚴(yán)禁吸煙。二是風(fēng)機(jī)機(jī)艙、塔筒內(nèi)的動火作業(yè)，必須按照要求開具動火工作票。三是嚴(yán)禁對風(fēng)機(jī)任何保險(xiǎn)進(jìn)行短接或混用。四是嚴(yán)禁對風(fēng)機(jī)任何信號進(jìn)行屏蔽，尤其是溫度信號。五是電氣一次連接部位的電纜頭必須按照工藝要求進(jìn)行制作，一次設(shè)備動力電纜必須選用阻燃電纜。六是電氣元器件的連接必須使用型號匹配的螺栓。七是嚴(yán)禁使用汽油、酒精等易燃物清洗和擦拭設(shè)備，若需清洗和擦拭，必須使用非易燃清洗劑。八是風(fēng)機(jī)維護(hù)、檢修作業(yè)結(jié)束后，風(fēng)機(jī)內(nèi)不得留有廢棄的備件、易耗品、油品等雜物，應(yīng)做到“工完、料清、場地清”。

5）做好定期試驗(yàn)工作。制訂風(fēng)機(jī)保護(hù)校驗(yàn)（安全鏈功能、葉片互鎖、風(fēng)機(jī)偏航側(cè)風(fēng)等）工作清單，利用每年風(fēng)機(jī)檢修契機(jī)，開展保護(hù)功能校驗(yàn)工作，保證相關(guān)保護(hù)功能信號正常上傳風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 技術(shù)措施

1）做好技術(shù)改造工作。對不具備火災(zāi)報(bào)警及自動滅火功能的風(fēng)機(jī)進(jìn)行技改，在機(jī)艙、塔筒內(nèi)裝設(shè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（如感煙探測器）和自動滅火裝置，風(fēng)機(jī)平臺處按要求設(shè)置合格的滅火器。

2）加強(qiáng)機(jī)艙火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警功能和停機(jī)保護(hù)完善工作。側(cè)重于以預(yù)防為主的智能化消防系統(tǒng)應(yīng)用，采取安裝攝像頭、感煙探頭，完善消防裝置動作報(bào)警功能等措施，及時(shí)將報(bào)警信號接入風(fēng)電機(jī)組SCADA 系統(tǒng)和遠(yuǎn)程集控中心，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙著火情況和消防裝置動作情況的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3）完善遠(yuǎn)程診斷平臺功能。在風(fēng)電機(jī)組電氣一次連接部位安裝測溫片，實(shí)時(shí)監(jiān)測電氣一次連接部位是否存在發(fā)熱現(xiàn)象，并利用巡檢、檢修機(jī)會對測溫片顏色變化進(jìn)行檢查。對密集敷設(shè)區(qū)域的動力電纜或重點(diǎn)部位，采用光纖測溫設(shè)備對電纜溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)診斷發(fā)現(xiàn)溫度異常并預(yù)警，及時(shí)通知現(xiàn)場人員檢查處理。

4）在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)可能泄露油脂或者廢油脂排出部位設(shè)計(jì)廢油收集裝置，定期加注油脂、清理集電環(huán)碳粉、清理機(jī)艙內(nèi)油污，降低風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)發(fā)生概率。

5）做好防火封堵與隔離。一是機(jī)艙和塔底連接線纜使用阻燃電纜或涂刷防火涂料，為防止電纜擠壓或摩擦產(chǎn)生火花，需在易產(chǎn)生摩擦的位置加裝防護(hù)皮網(wǎng)或金屬罩盒。二是在電纜過平臺、穿孔、進(jìn)出線等重點(diǎn)區(qū)域和部位，實(shí)施防火封堵措施。三是在機(jī)組剎車盤處加蓋不可燃的金屬罩盒，防止高速剎車時(shí)的火花濺出。

6）定期對風(fēng)電機(jī)組的接地設(shè)備進(jìn)行檢修維護(hù)，尤其是雷雨、多風(fēng)和汛期等季節(jié)來臨前對浪涌保護(hù)設(shè)備、防雷設(shè)備和接地設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的核查，將火災(zāi)隱患控制在萌芽狀態(tài)[10]。

3.3 應(yīng)急處置

3.3.1 應(yīng)急處置程序

1）先期處置?；馂?zāi)發(fā)現(xiàn)人員發(fā)現(xiàn)火情后，第一時(shí)間向風(fēng)電場值班長進(jìn)行匯報(bào)，并根據(jù)火勢情況對初期火災(zāi)進(jìn)行撲救。風(fēng)電場值班長接到報(bào)告后，根據(jù)職責(zé)和規(guī)定的權(quán)限啟動現(xiàn)場應(yīng)急處置方案，向公司火災(zāi)專項(xiàng)應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室報(bào)告，組織現(xiàn)場人員到現(xiàn)場根據(jù)風(fēng)機(jī)著火部位及火勢情況判斷是否具備現(xiàn)場撲救條件，如具備撲救條件立即組織人員進(jìn)行現(xiàn)場撲救，并做好現(xiàn)場隔離和警戒；如現(xiàn)場不具備撲救條件，應(yīng)立即撥打119 報(bào)警電話請求消防隊(duì)支援，并安排人員到交叉路口等候并引導(dǎo)消防車趕往火災(zāi)現(xiàn)場。

2）應(yīng)急救援?；馂?zāi)專項(xiàng)應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組組織召開應(yīng)急救援工作會，啟動火災(zāi)事故專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，成立應(yīng)急救援指揮部到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)事發(fā)單位（場站）和應(yīng)急隊(duì)伍開展應(yīng)急救援和后期處理。

3）擴(kuò)大應(yīng)急。若火災(zāi)事故擴(kuò)大時(shí)與相關(guān)應(yīng)急預(yù)案的銜接程序?yàn)椋喝艋馂?zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)大，造成設(shè)備損壞時(shí)，按要求啟動《電力設(shè)備事故專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案》；若火災(zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致人員傷亡，則按要求啟動《人身傷亡事故應(yīng)急預(yù)案》。若超出本單位應(yīng)急處理能力范圍時(shí)，由應(yīng)急救援指揮部請求地方政府協(xié)調(diào)有關(guān)部門和機(jī)構(gòu)、專業(yè)救災(zāi)組織參與應(yīng)急救援工作。

4）應(yīng)急結(jié)束。滿足應(yīng)急結(jié)束條件時(shí)，由應(yīng)急救援指揮部宣布事故應(yīng)急處理情況的終止。

3.3.2 應(yīng)急處置措施

1）火災(zāi)事故發(fā)生后，火災(zāi)發(fā)現(xiàn)人員應(yīng)在確保自身安全的前提下，立即停止該風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，使用滅火器等滅火器材進(jìn)行救火。

2）事發(fā)單位（場站）應(yīng)做好人員疏散，確保人員安全。對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行隔離和警戒，對受火災(zāi)威脅的各種物資、設(shè)備，采取可行的保護(hù)措施，或?qū)ζ溥M(jìn)行轉(zhuǎn)移，盡量減少損失。

3）如出現(xiàn)火勢無法控制或風(fēng)機(jī)可能發(fā)生倒塌情況，應(yīng)立即組織救援人員撤離火災(zāi)現(xiàn)場，轉(zhuǎn)移到安全地帶，等待消防隊(duì)到來，并通知運(yùn)行人員將該線路停電，盡可能減輕火災(zāi)損失。

4）消防隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場后，現(xiàn)場滅火指揮人員應(yīng)立即與消防隊(duì)長取得聯(lián)系，并說明失火風(fēng)機(jī)設(shè)備現(xiàn)狀、運(yùn)行設(shè)備狀況及注意事項(xiàng)，然后協(xié)助消防隊(duì)開展救援工作。

5）當(dāng)滿足應(yīng)急結(jié)束條件時(shí)，由應(yīng)急救援指揮部宣布應(yīng)急救援結(jié)束、應(yīng)急預(yù)案關(guān)閉，有序恢復(fù)生產(chǎn)和生活秩序。

3.3.3 注意事項(xiàng)

1）在火災(zāi)發(fā)生的初期，現(xiàn)場運(yùn)維人員應(yīng)立即停止該風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，對線路進(jìn)行停電，安排人員進(jìn)行隔離和警戒，利用風(fēng)機(jī)周邊的消防設(shè)備積極對火災(zāi)進(jìn)行撲救，避免火災(zāi)范圍的擴(kuò)大。并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，撥打119報(bào)警電話請求消防隊(duì)支援。

2）應(yīng)調(diào)集和儲備必要的防護(hù)器材、急救藥品、備用電源和搶救傷員必備的器械等，以備隨時(shí)應(yīng)用。

3）參加滅火的人員，在滅火時(shí)應(yīng)防止被火燒傷或被燃燒物體所產(chǎn)生的氣體引起中毒、窒息，防止被燃燒物體引起相關(guān)設(shè)備的爆炸，佩戴能有效防止傷害的個人防護(hù)裝備和專業(yè)防護(hù)裝備。

4）火災(zāi)發(fā)生時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證人身安全，其次是設(shè)備安全，不熟悉現(xiàn)場情況和滅火方法的人員不得盲目進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，不可盲目施救。

5）應(yīng)急救援結(jié)束后要全面檢查，確認(rèn)現(xiàn)場無火災(zāi)隱患，各種消防設(shè)備恢復(fù)到正常狀態(tài)，總結(jié)應(yīng)急救援工作的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出改進(jìn)意見建議并對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行完善。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，風(fēng)電能源發(fā)展迅速，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組事故發(fā)生的概率和頻次也在逐步攀升，由于風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)事故占有很大比例且損失重大，如何有效防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)組火災(zāi)事故引起世界各國的高度重視。本文對風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)特性、火災(zāi)發(fā)生原因進(jìn)行了分析，并從管理措施、技術(shù)措施和應(yīng)急處置方面提出防范措施，希望能夠?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組防火災(zāi)安全管理提供參考，同時(shí)也期待風(fēng)電消防技術(shù)不斷更新迭代，為風(fēng)電場的建設(shè)和安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。