摘要：

風(fēng)力發(fā)電作為可再生能源的重要組成部分，在全球范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展。然而，風(fēng)力發(fā)電變頻器作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，其消防安全問題日益凸顯。本文對風(fēng)力發(fā)電變頻器火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)源與特性進(jìn)行詳細(xì)分析，探討當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電變頻器消防系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了針對性的消防安全改進(jìn)措施。通過強(qiáng)化火災(zāi)探測與報(bào)警系統(tǒng)、優(yōu)化滅火裝置配置、完善聯(lián)動控制程序、加強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)以及強(qiáng)化日常維護(hù)與管理，可以有效提升風(fēng)力發(fā)電變頻器的消防安全水平，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；變頻器；消防安全

引言

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，風(fēng)力發(fā)電作為清潔、可再生的能源形式，其裝機(jī)容量和發(fā)電量持續(xù)增長。然而，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中面臨著諸多安全挑戰(zhàn)，其中變頻器的消防安全問題尤為突出。變頻器作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，并控制機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。然而，由于其內(nèi)部電氣元件密集、運(yùn)行環(huán)境惡劣以及人為操作不當(dāng)?shù)纫蛩?，變頻器火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較高。一旦發(fā)生火災(zāi)，不僅會導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，還可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的安全事故，對人身和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

一、風(fēng)力發(fā)電變頻器火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)源及特性分析

（一）風(fēng)力發(fā)電變頻器火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)源

1.電氣故障

變頻器內(nèi)部包含大量電氣元件，如IGBT模塊、電容器、電阻器等。這些元件在持久運(yùn)作期間可能會出現(xiàn)磨損、短路故障，從而導(dǎo)致火災(zāi)。尤其是在高溫、潮濕或腐蝕性環(huán)境中，電氣元件的耐用期限會縮減，提升了火災(zāi)危險(xiǎn)性等級。

2.散熱不良

變頻器工作期間產(chǎn)生大量熱量，若散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)或維護(hù)不當(dāng)，會導(dǎo)致局部溫度數(shù)據(jù)上升，若溫度值超過電氣元件的承受力限制值時(shí)，會導(dǎo)致火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，塵埃和污垢積累也會影響散熱效率，提高了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。

3.環(huán)境因素

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝在鄉(xiāng)村地區(qū)，環(huán)境惡劣，塵埃、侵蝕性氣體、鹽蝕等外界因素會對變頻器造成損害，如腐蝕電氣元件、減弱絕緣能力等，增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。特別是在沿海地區(qū)和工業(yè)聚集區(qū)，環(huán)境因素對變頻器的影響特別顯著。

4.人為因素

操作失誤或保養(yǎng)缺失同樣會導(dǎo)致火災(zāi)隱患。運(yùn)維人員在操作過程中，可能誤觸電氣元件，導(dǎo)致短路或電弧放電；未定期對變頻器進(jìn)行清潔和維護(hù)，導(dǎo)致灰塵和污垢積累，影響散熱效果。

（二）風(fēng)力發(fā)電變頻器火災(zāi)特性

1.發(fā)展迅速

鑒于變頻器內(nèi)置的電氣元件體積小，若出現(xiàn)火情，火焰會快速擴(kuò)散，尤其在高溫條件環(huán)境中，富氧條件下火勢擴(kuò)散迅速。

2.隱蔽性強(qiáng)

變頻器一般設(shè)置在設(shè)備內(nèi)，容積有限，直至火情擴(kuò)散才能被察覺，給火災(zāi)撲救工作帶來極大挑戰(zhàn)。

3.危害嚴(yán)重

變頻器作為設(shè)備核心組件，若設(shè)備出現(xiàn)故障，會造成設(shè)備停運(yùn)，干擾風(fēng)電場的順暢運(yùn)作，甚至?xí)?dǎo)致重大故障，如機(jī)組倒塌、火災(zāi)蔓延至周邊區(qū)域等。

二、風(fēng)力發(fā)電變頻器消防系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電變頻器消防標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

目前，國內(nèi)外在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組消防方面已制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。德國在消防安全規(guī)范行業(yè)處于領(lǐng)先地位，如DINEN50308-2005規(guī)范、VdS-3523標(biāo)準(zhǔn)，對風(fēng)電變頻器的滅火設(shè)備有明確要求與檢測手段，保證其在遇到火災(zāi)時(shí)，順利開展滅火工作。美國的NFPA850標(biāo)準(zhǔn)也在2009年增補(bǔ)了風(fēng)能、太陽能及地?zé)崮馨l(fā)電的消防安全要求。該規(guī)范專門針對風(fēng)力發(fā)電站的消防規(guī)劃、消防設(shè)備配備以及運(yùn)維人員的培訓(xùn)等作出了詳盡規(guī)定，旨在提高風(fēng)力發(fā)電站的消防安全水平。我國也制定了一系列區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)，如寧夏版本DB64/T524-2008。然而，在實(shí)操過程中，大多數(shù)只在設(shè)施內(nèi)配備滅火設(shè)備，缺少自動滅火機(jī)制，導(dǎo)致在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，難以及時(shí)有效開展滅火作業(yè)，導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失^[1]。

（二）現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電變頻器消防系統(tǒng)

1.設(shè)施簡陋

當(dāng)前，某些風(fēng)電場的變頻器消防安全系統(tǒng)設(shè)備比較粗糙，消防設(shè)施配備不足。眾多風(fēng)力發(fā)電站只在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙內(nèi)配備若干滅火設(shè)備，這些滅火器能夠應(yīng)對初期火災(zāi)，但缺少更為專業(yè)且全面的自動滅火系統(tǒng)。各種消防設(shè)備，如自動噴淋系統(tǒng)、氣體消防系統(tǒng)，在火災(zāi)初期迅速采取行動，遏制火勢擴(kuò)散。然而，一些風(fēng)電發(fā)電設(shè)施尚未配備基礎(chǔ)應(yīng)急滅火設(shè)備，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電站遇到火災(zāi)時(shí)，只能手動介入，增加了應(yīng)急滅火操作難度和不確定性。

2.適應(yīng)性差

現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電變頻器消防系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，往往未能充分考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處的特殊環(huán)境對消防系統(tǒng)的影響。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)常處于強(qiáng)磁場環(huán)境中，設(shè)備運(yùn)行時(shí)會引起顯著振動，若干要素對消防系統(tǒng)的穩(wěn)固性和可靠度提出了更為嚴(yán)格的要求。目前的防火系統(tǒng)未全面考慮各種要素，使得在實(shí)際操作過程中防火效果受限，無法妥善應(yīng)對各類突發(fā)狀況^[2]。

3.聯(lián)動性差

在火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)，滅火設(shè)施需要與企業(yè)安全生產(chǎn)體系緊密協(xié)作，即刻斷開電源、停運(yùn)通風(fēng)設(shè)備等重要機(jī)械，以避免火情進(jìn)一步蔓延。消防安全設(shè)施必須與火警自報(bào)系統(tǒng)完成有效協(xié)同，保證在火災(zāi)初期可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并觸發(fā)警報(bào)。然而，在實(shí)施過程中，聯(lián)動控制體系存在缺陷，防火設(shè)施往往未能及時(shí)和其他設(shè)備有效協(xié)同，進(jìn)而出現(xiàn)誤操作情況。

三、風(fēng)力發(fā)電變頻器消防安全改進(jìn)措施

（一）風(fēng)力發(fā)電變頻器消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

消防系統(tǒng)應(yīng)能夠快速響應(yīng)火災(zāi)，有效控制火勢蔓延。要全方位考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對火災(zāi)撲救的影響，確保設(shè)備正常運(yùn)行。優(yōu)化消防安全設(shè)施、工業(yè)安全保障工具、火警預(yù)警系統(tǒng)之間的協(xié)同流程，防止錯(cuò)誤操作。滅火劑應(yīng)環(huán)保無污染、易于清理，不會對機(jī)組設(shè)備造成潛在損害和二次污染^[3]。

（二）風(fēng)力發(fā)電變頻器消防安全具體優(yōu)化措施

1.強(qiáng)化火災(zāi)探測與報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)探測器是消防系統(tǒng)的“眼睛”，其靈敏度直接關(guān)系到火災(zāi)的早期發(fā)現(xiàn)和處置。目前，傳統(tǒng)火災(zāi)探測器時(shí)常出現(xiàn)反應(yīng)遲鈍、頻繁誤報(bào)問題，難以適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的復(fù)雜環(huán)境。因此，設(shè)計(jì)高度敏感的煙霧探測器如VESDA（極早期氣態(tài)監(jiān)測）是合適的選擇。一旦測量到煙霧濃度異常數(shù)據(jù)，立刻觸發(fā)警報(bào)，完成火情的首次報(bào)告。VESDA設(shè)備具有高準(zhǔn)確性探測、快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠在火災(zāi)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情征兆，預(yù)防火情擴(kuò)散。另外，消防安全預(yù)警設(shè)備需要具有分級別報(bào)警機(jī)制?；馂?zāi)初期，常常煙霧較少，溫度迅速升高，分級別報(bào)警系統(tǒng)可以隨著火災(zāi)火情蔓延，逐漸激活相應(yīng)的警報(bào)等級，防止造成混亂和誤操作。

2.優(yōu)化滅火裝置配置

針對風(fēng)力發(fā)電變頻器的火災(zāi)特性，優(yōu)化滅火裝置配置是確保消防安全的關(guān)鍵措施。風(fēng)力發(fā)電變頻器內(nèi)電氣元件眾多，如果發(fā)生火災(zāi)，擴(kuò)散快速。因此，挑選合適的滅火設(shè)備至關(guān)重要。七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)（HFC-227ea）是一種理想的選擇。七氟丙烷清澈透明、無味，具有滅火性能優(yōu)良、不導(dǎo)電、不損害機(jī)械設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。在火災(zāi)發(fā)生之際，七氟丙烷通過化學(xué)抑制和物理隔離迅速滅火，不會對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電氣設(shè)備造成損害，也不會造成二次污染。因此，應(yīng)在變頻器周圍合理布置滅火裝置，確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)能夠迅速啟動并有效撲滅火災(zāi)。消防安全設(shè)施應(yīng)包括煙霧感應(yīng)器、控制中心和噴射設(shè)備等，構(gòu)建全面的消防安全體系。當(dāng)煙霧報(bào)警器監(jiān)測到火災(zāi)情況時(shí)，及時(shí)通過控制單元激活滅火系統(tǒng)，噴射滅火介質(zhì)，快速滅火^[4]。

3.完善聯(lián)動控制程序

需統(tǒng)籌考慮各系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系，建立全面的協(xié)作架構(gòu)。煙霧感知主動警報(bào)裝置探測到火災(zāi)情況時(shí)，必須立刻激活安全監(jiān)管體系，立即斷開電力供應(yīng)、停止運(yùn)作重要機(jī)械并啟動滅火系統(tǒng)，聯(lián)合調(diào)控流程，在火情初期快速切斷火源，避免火情擴(kuò)散，減少設(shè)備損失。強(qiáng)化消防系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集成能力和遠(yuǎn)距離信號傳輸能力，完成風(fēng)電基地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的統(tǒng)一監(jiān)管和檢修工作。構(gòu)建統(tǒng)一的消防監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)管各種工作狀況和消防設(shè)施運(yùn)作情況。如果有設(shè)備出現(xiàn)火災(zāi)情況，可以立即報(bào)警，制訂處置措施，指導(dǎo)運(yùn)維人員立即采取應(yīng)急行動^[5]。

4.加強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

優(yōu)化環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻器消防安全的關(guān)鍵因素。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組經(jīng)常安裝在野外，面臨高溫天氣、低溫環(huán)境、沙塵、鹽霧等各類極端環(huán)境。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生顯著的機(jī)械振動，導(dǎo)致消防安全裝備的固定構(gòu)件脫落，甚至干擾機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，需要利用減震架、加固設(shè)施等，保障機(jī)器在振動條件下的穩(wěn)定性與信賴度^[6]。因此，消防設(shè)施的容器需要具有優(yōu)良的密封功能，避免塵埃與水分滲入內(nèi)部，干擾其正常運(yùn)作。與此同時(shí)，需要考慮防銹策略，特別是在海濱地帶，鹽分侵蝕對機(jī)械設(shè)備具有明顯的損害性，必須使用抗腐蝕材質(zhì)，增加機(jī)械的使用期限^[7]。

5.強(qiáng)化日常維護(hù)與管理

加強(qiáng)定期檢修是保障風(fēng)力發(fā)電變頻器消防系統(tǒng)長期有效運(yùn)行的關(guān)鍵措施。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作環(huán)境多變、復(fù)雜，設(shè)備常常處于高負(fù)荷工作狀態(tài)，消防安全設(shè)施性能和可靠性也會逐漸降低。定期對消防安全設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，特別注重火警感應(yīng)器、消防設(shè)備、控制單元等重要部件，確保其保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。針對消防設(shè)備，應(yīng)經(jīng)常檢驗(yàn)儲氣容器壓力值、噴嘴狀況等，預(yù)防設(shè)備問題。與此同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行電路系統(tǒng)的連通、信號線的檢測，確保系統(tǒng)順暢運(yùn)作。加強(qiáng)員工訓(xùn)練，強(qiáng)化運(yùn)維人員對滅火設(shè)備的認(rèn)識和操作能力。運(yùn)維人員是消防安全系統(tǒng)的關(guān)鍵操作者與責(zé)任承擔(dān)者，其技術(shù)素養(yǎng)和操作水平直接關(guān)系到防火效能。因此，需要開展消防安全培訓(xùn)和實(shí)際操作演練，增強(qiáng)運(yùn)維人員的應(yīng)急處理能力和操作能力，促使其熟練掌握消防設(shè)施的操作步驟和維護(hù)要點(diǎn)，一旦火災(zāi)發(fā)生，能立即進(jìn)行應(yīng)對^[8]，如表1。

結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電變頻器作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，其消防安全對風(fēng)力發(fā)電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。本文通過對風(fēng)力發(fā)電變頻器火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)源及特性進(jìn)行詳細(xì)分析，探討了當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電變頻器消防系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出了針對性的消防安全改進(jìn)措施。研究結(jié)果表明，通過強(qiáng)化火災(zāi)探測與報(bào)警系統(tǒng)、優(yōu)化滅火裝置配置、完善聯(lián)動控制程序、加強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)以及強(qiáng)化日常維護(hù)與管理，可以有效提升風(fēng)力發(fā)電變頻器的消防安全水平，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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作者簡介：米鑫（1998— ），男，回族，吉林長春人，本科，初級職稱，研究方向：風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行檢修與管理。