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.國家電投集團內(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)濟的飛速發(fā)展，對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的電力需求，并且在環(huán)境危機日益嚴重、環(huán)保意識不斷提高的今天也無法滿足環(huán)保要求。并且隨著煤礦、石油這些不可再生的資源的開采不斷增加，全球的工業(yè)規(guī)模擴大，對能源的消耗也不斷增大，能源危機日益嚴峻。在這樣的條件與背景之下，風能發(fā)電因其清潔、可再生等優(yōu)勢特點，在世界范圍內(nèi)的電力發(fā)展與能源危機環(huán)節(jié)中扮演中重要的角色，并且其重要性還可能在未來的發(fā)展過程中不斷加強。但是隨著而來的是嚴峻的風電場火災(zāi)問題，風電場的火災(zāi)的頻繁發(fā)生，不僅會導(dǎo)致風電場遭受巨大的經(jīng)濟損失，還會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，還會嚴重阻礙我國風電事業(yè)的發(fā)展與進步。并且由于風電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件復(fù)雜且造價高昂，火災(zāi)發(fā)生后難以及時處理[1]。并且由于我國風電行業(yè)起步較晚，風電場配備的消防裝置較為傳統(tǒng)落后，難以滿足風電場的消防要求，難以做到對火災(zāi)的及時預(yù)警與及時反應(yīng)。安裝智慧消防系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)對風電場的及時監(jiān)控與火災(zāi)預(yù)警，及時對火災(zāi)的發(fā)生選取相應(yīng)的解決措施，減少火災(zāi)的發(fā)生，減少風電場的經(jīng)濟損失，實現(xiàn)對風電場的經(jīng)濟利益的維護，保障該地區(qū)的供電穩(wěn)定。

1 我國風電場發(fā)展現(xiàn)狀

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

2 風電場火災(zāi)發(fā)生原因

2.1 雷擊

雷擊是最容易引起風電場發(fā)電機組火災(zāi)的原因。通過對近幾年國內(nèi)外的風電機火災(zāi)的事故原因進行搜集與整理可以發(fā)現(xiàn)，雷擊不僅是引起風電場火災(zāi)的重要原因之一，并且雷擊導(dǎo)致的火災(zāi)風險率還在不斷上升。在風電機的實際運作過程中，如果風電機組沒有安裝相應(yīng)的避雷措施，或者避雷裝置安裝不合理，導(dǎo)致了避雷裝置沒有產(chǎn)生作用，就有可能導(dǎo)致風電機組的發(fā)生火災(zāi)。對于在野外矗立，沒有遮擋物，并且高度極高的風力發(fā)電裝置而言，雷擊是無法避免的，因此雷擊極易成為風電廠的火災(zāi)起因。

2.2 電氣設(shè)備安裝不當

電氣設(shè)備安裝不當也是一個導(dǎo)致風電機起火的重要原因之一。在對風電機進行安裝的過程中，由于工作人員的疏忽或者是錯誤，導(dǎo)致風電機在安裝過程中產(chǎn)生技術(shù)性錯誤或者是導(dǎo)致風電機的組成部分、零件安裝不當，就有可能導(dǎo)致風電機內(nèi)部出現(xiàn)接觸不良，進而可能導(dǎo)致電路短路，還有可能導(dǎo)致過載保護裝置失效等一系列風電機的內(nèi)部問題，同樣可能會導(dǎo)致風電機起火，造成火災(zāi)，引發(fā)嚴重的后果。

2.3 運行過程中產(chǎn)生的高溫接觸到易燃物

在風電機運行過程中，變速箱和機械制動裝置都會在運行過程中產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致裝置的表面的溫度升高到一個比較高的溫度，當這個裝置表面接觸到可燃物就有可能引發(fā)火災(zāi)。并且在風電機的內(nèi)部裝置運行過程中還有可能產(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

風電機的葉片內(nèi)部的變槳電機可能出現(xiàn)故障或者是其他葉片內(nèi)部的障礙和問題，導(dǎo)致順槳失敗，風電機內(nèi)部的空氣制動失去作用和效果，就可能引起風電機組的高速飛車。在發(fā)生高速風車的情況的時候，輪轂會開始高速的運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致劇烈的摩擦，會在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，就有可能影響輪轂中的可燃物。變速箱的高速運轉(zhuǎn)就有可能導(dǎo)致電機滑環(huán)造成毀壞，最終導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)生起火的情況。如果在面對這這種緊急情況的時候，如果積極性機械制動，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)生的時候，還有可能導(dǎo)致機艙和塔體的共振，最終導(dǎo)致整個風電機裝置的倒塌。

2.5 風電機產(chǎn)生漏油或存在其他易燃物品

風電機內(nèi)部需要大量的液壓油和潤滑油保障內(nèi)部的平穩(wěn)運行，但是對于這些油需要進行及時的清理和定期的檢查，保障油污的積存不至于對其他部分的零件造成嚴重的污染，最終影響整個風電機的運行，并且這些油污極其易燃，可能會被內(nèi)部任何一個部分產(chǎn)生的細小火花引燃，最終釀成一場火災(zāi)。并且由于這些油污的存在還及容易促進火災(zāi)態(tài)勢的擴大，還有因為油污引起的火災(zāi)區(qū)別于其他易燃物引起的火災(zāi)，會進一步加大滅火的難度，增加消防的工作量，造成更為嚴重的經(jīng)濟損失。

3 風電場專用智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用問題

風電場區(qū)別于其他消防系統(tǒng)的應(yīng)用場景，具有自身的獨特性，在進行對風電場的智慧消防系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)需要著眼于風電場的實際需求，進行有針對性的開發(fā)設(shè)計與應(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電場的特殊環(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)問題[3]。主要需要著重解決以下3 個方面的問題。

（1）火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)備的選擇。在這一方面，感溫電纜、吸氣式感煙探測器在進行相應(yīng)的防火處理和其他一系列的保護措施之后，能夠適應(yīng)風電場的火災(zāi)報警的需求，做到對火災(zāi)發(fā)生情況進行及時的預(yù)警。圖像型的火災(zāi)報警系統(tǒng)可以在對風電場進行監(jiān)控的同時進行火災(zāi)的報警工作，能夠極大減輕工作人員的負擔。

（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)風電場的特殊環(huán)境，尤其是南北方不同季節(jié)內(nèi)較為極端的氣溫對于該系統(tǒng)的運行的影響，要保障滅火系統(tǒng)能夠在極短的氣溫下，還能夠做到對于火災(zāi)的及時反應(yīng)。同時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行。

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

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

4.1 優(yōu)化風電智慧消防控制系統(tǒng)

風電場的智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)是要保障在無人的情況下，實現(xiàn)對風電場進行火災(zāi)檢測，需要系統(tǒng)實現(xiàn)自動的消防隱患識別，并且在發(fā)現(xiàn)消防隱患的時候及時的采用相應(yīng)的措施實現(xiàn)及時的處理，從而實現(xiàn)對風電場發(fā)生火災(zāi)的概率進行減少，或者實現(xiàn)對火災(zāi)規(guī)模的及時控制，減少風電場的經(jīng)濟損失。要實現(xiàn)這樣的智慧系統(tǒng)的構(gòu)建，就需要針對火災(zāi)探測、火災(zāi)預(yù)警、火災(zāi)撲滅3 個部分進行智慧化設(shè)計。在這個系統(tǒng)中的火災(zāi)預(yù)測和預(yù)警系統(tǒng)都主要安裝在葉輪、機艙、塔架等容易因為種種原因發(fā)生起火的部位，對這些部分進行長期、持續(xù)的監(jiān)控，并對其內(nèi)部環(huán)境進行持續(xù)的檢測，檢測的主要項目有風電機內(nèi)部的煙霧、溫度等，通過對這些結(jié)果進行統(tǒng)計與分析，實現(xiàn)對風電機內(nèi)部是否起火實現(xiàn)判斷[5]。并且還要將報警系統(tǒng)與滅火系統(tǒng)進行聯(lián)系，當報警系統(tǒng)檢測到風電機內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時，通過信息數(shù)據(jù)的傳輸，促使滅火系統(tǒng)及時反應(yīng)，對風電機的火災(zāi)情況實現(xiàn)控制。加強這風格環(huán)節(jié)的數(shù)字化管理能夠極大的優(yōu)化風電智慧消防系統(tǒng)，通過數(shù)字化手段能夠促使檢測、預(yù)警裝置更加敏銳，能更加智能化的對環(huán)境進行判斷，能夠避免對火災(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，還有助于加強預(yù)警系統(tǒng)和滅火系統(tǒng)之間的聯(lián)系，實現(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)之間存在的時間誤差，促進滅火系統(tǒng)能夠更加及時對風電機的火災(zāi)情況進行處理，更加及時的控制火勢，減少火災(zāi)造成的風電場的經(jīng)濟損失。通過現(xiàn)代化數(shù)字手段參與風電場智慧消防系統(tǒng)的構(gòu)建，還能夠極大的減少工作人員的工作負擔。風電機組消防控制系統(tǒng)的基本要求如圖1 所示。

圖1 風電機組消防控制系統(tǒng)的基本要求

4.2 優(yōu)化設(shè)備管理和巡檢

風電場的智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)還有助于優(yōu)化風電場設(shè)備和對風電場進行相應(yīng)的巡檢。電氣設(shè)備安裝不當?shù)韧瑯邮秋L電場發(fā)生火災(zāi)的重要原因之一，通過風電場的智慧消防數(shù)字管理系統(tǒng)，能夠通過現(xiàn)代化的數(shù)字手段，實現(xiàn)對風電機裝機設(shè)備進行預(yù)先分析，通過對整個風電機系統(tǒng)的進行詳細的規(guī)劃與分析，能夠得到更優(yōu)的裝配方案，通過對風電機設(shè)備的選擇，加強對設(shè)備安裝過程中的監(jiān)控能夠有效的減少火災(zāi)發(fā)生的安全隱患。同時，為了避免和減少火災(zāi)的發(fā)生，還需要對風電機設(shè)備進行定時巡檢，通過巡檢風電機的部分與零件，進行及時的維護、維修與更換，能夠在最大程度上維護風電機的運行安全，保障房風電機的長期持續(xù)運行，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)能夠有效的對巡檢進行更加科學(xué)、合理的安排，能夠優(yōu)化巡檢過程和巡檢頻率，能夠在最大程度上對風電機的火災(zāi)隱患進行排除，能夠減少火災(zāi)的發(fā)生的可能性。

4.3 加強對油脂的控制

風電機的內(nèi)部需要用到大量的潤滑油、液壓油等油脂來保障風電機的平穩(wěn)運行，并且這部分油脂本身具有易燃的特性，是風電機發(fā)生火災(zāi)的重要燃料，因此必須實現(xiàn)對風電機內(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)，能夠加強對風電機內(nèi)部油脂的控制。智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)能夠通過火災(zāi)檢測裝置，同時實現(xiàn)對油脂情況進行檢測，并且通過巡檢工作實現(xiàn)對油脂的定期清理，智慧消防數(shù)字化管理系統(tǒng)能夠針對油脂的控制設(shè)置一條完整的控制和管理措施，加強對油脂的管理，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)濟損失。

5 結(jié)語

隨著我國風電和風電機行業(yè)的發(fā)展而來的，是應(yīng)該加強對風電場的管理與風電機可靠性的重視程度。因為我國的風電行業(yè)發(fā)展時間極短，在極短的時間內(nèi)大批的風電機產(chǎn)品投入生產(chǎn)和實際運用，安全事故時有發(fā)生，風電機的質(zhì)量安全性成為行業(yè)發(fā)展需要解決的重要問題。在我國近年來發(fā)生的風電場的安全事故中最主要的事故類型就是火災(zāi)，并且火災(zāi)是影響范圍和嚴重程度都最大的事故類型，對風電場造成了十分嚴重的經(jīng)濟損失。比鞥且隨著風電機投入使用，機器零件逐漸發(fā)生磨損，就進一步提升了發(fā)生故障的概率，也進一步提高了火災(zāi)發(fā)生的可能性。由于風電場發(fā)電量對于我國的供電量的重要貢獻，因此就必須通過智慧消防系統(tǒng)對風電場實現(xiàn)全方位的管理與監(jiān)控，避免和減少風電場的火災(zāi)發(fā)生概率。