消防安全：风力发电机组火灾原因分析及对策

一、风力发电机组成（一）风轮。大型风力发电机的风轮结构分为水平轴、垂直轴达拉斯和扩散体三种。风轮叶片通常是三片。叶片材料主要是增强型树脂玻璃纤维、增强型聚酯玻璃纤维和碳纤维，表面涂层为浅灰色以防光反射。风轮的运行是全自动的。风速达到切入风速3-4m/s时，风轮起动。发电机通过控制器软切换并网。（二）齿轮箱。低速直接驱动采用无增速齿轮箱；混合驱动采用一级齿轮传动；高速驱动有多级齿轮箱。多级齿轮箱的第一级是结构紧凑且坚固的高转矩行星齿轮，第二和第三级为旋转级。齿轮箱内的冷却油与发电机冷却系统的热交换器相连。系统监控油温以确保冷却油保持恒定或最佳温度值。（三）发电机。目前，兆瓦级风力发电机以双馈异步发电机为主，电励磁同步发电机和永磁同步发电机也在不断发展。发电机设计性能应满足高效率最佳运行，适合宽范围转速调节，采用F级绝缘，可工作在B级绝缘，这样可延长发电机寿命。发电机安装在机舱内比安装在塔底地面有利于空气流通散热。（四）偏航系统。偏航系统采用四点球轴承回转环，确保风轮处于正确的风向位置。偏航操作由三个行星齿轮完成，每一个由电力电子控制的电机驱动，这样偏航齿轮的负荷大小均匀。偏航制动由六个液压制动器控制的大盘制动，且每一个偏航齿轮独立制动，整个系统保证偏航控制平滑。偏航系统有两个独立的风向标检测风速并送主计算机，保证风能最佳利用且驱动链应力最小。（五）雷电保护。风力发电机的塔架一般有圆锥形钢结构和梯形栅格钢结构两种。塔架基础采用地下钢筋混凝土结构。随着塔身高度增加，风轮叶片遭受雷击的概率也增加，必须设计防雷系统。（六）控制器。风轮功率控制采用大功率整流-逆变控制器，以及有源滤波和无功补偿。信号处理通常有两个独立的计算机或高速数字信号处理芯片。转自二、风电机组火灾危险性在任何地方，风电机组和电器设备的运行区域都是在位于距地面50米以上的高度，且无人值守。由于灭火条件不佳，因此火灾的发生对风力发电机组往往产生毁灭性的损失。风电机组火灾危险性如下：（一）电气系统分布广泛，线路隐蔽。火灾隐患时间长且不易发现。（二）机舱中强气流的狭小空间内容纳了各种机械和电气设备。（三）风力发电机组内部存在着大量的隔音泡沫、油污、润滑用油、变压器油等可燃、易燃材料不仅增加了危险，同时也会加快火焰蔓延的速度。（四）设备长时间持续运行，工作环境复杂，零下40度到零上50度。（五）风电场均地处偏远，不易救援。机舱位于高空，灭火条件困难。（六）发电机组价格昂贵，灭火剂选用不当造成二次伤害。三、风电机组发生火灾的原因造成风力发电机组火灾的原因很多，针对国内外造成风力发电机组火灾案例的分析，可概括为以下几个方面：（一）由雷击导致火灾。大量火灾数据显示，雷击是引起风力发电机组火灾的主导原因之一。风力发电机组处于50m以上的高空，如没有避雷设施或设施维护不当，因雷击导致火灾的风险就特别高。若安装的避雷针接触电阻太高，则遭受雷击是无法避免的。（二）电气短路引发火灾。变压器本体故障或污闪引发电气短路。火灾由接地故障、电路短路及产生的电弧等造成部件过载，继而过热引起。污闪是指电气设备绝缘表面附着的污秽物在潮湿条件下，其可溶物质逐渐溶于水，在绝缘表面形成一层导电膜，使绝缘子的绝缘水平大大降低，在电力场作用下出现的强烈放电现象。（三）润滑油泄漏引起火灾。风力发电机组或其中部件的缺陷，如泄露或液压系统受污染，会增加火灾风险。另外，由于过载或电机润滑故障等原因，使风力发电机组设备过热，从而使润滑油等易燃材料与高温表面接触也能引起易燃物燃烧。（四）过热引发火灾。如果风力发电机组的空气动力制动发生故障，一般采用机械制动的方式使转子减速，而产生的热量易使可燃物质燃烧。若发生紧急制动现象，机械制动产生的飞溅火花也能点燃远处的可燃金属，产生较高的火灾风险。四、消防技术系统和管理系统风电机组消防安全是“人机环境”系统相互协调的一个最佳“秩序”状态。其消防安全工作，是由火灾事故的预防和火灾发生后损失的控制两个方面构成的。要实现本质安全，一方面要在技术上采取措施，使“机环境”系统具有保障安全状态的能力，另一方面要管理协调“人机”系统的关系，以实现整个系统的安全。（一）消防技术系统组成和设置。为使风力发电机组的消防技术系统具有高效、安全、经济、无污染等特点，必须对每台风力发电机组的运行环境进行独立评估，综合考虑火灾探测器、灭火药剂与灭火系统等。1、火灾探测器。风力发电机组不仅要选择高精度的探测器，还要根据不同的位置选择不同类型的探测器，且同一位置至少选择2种不同报警等级的探测器。火灾探测器主要有烟感探测器、温感探测器、火焰探测器及空气采样探测器。烟感探测器可用于机舱内部、各种控制柜及变流器柜内的火灾监测，若某个控制柜内选择了灵敏度较高型号的烟感探测器作为一级报警，则灵敏度稍低的型号将作为二级报警。温感探测器一般用作二级报警用探测器，安装在密封性较好的控制柜内。火焰探测器用于监测飞起的火花或电弧，它较适合用来监测发电机定、转子接线盒，刹车系统或变压器的火灾情况，可用作一级报警。空气采样探测器一般用于机舱或塔底这种空间密封性差、空气流动性大、噪音振动较大地方的火灾监测。2、灭火药剂。对于风力发电机组的不同部位，其使用安装的灭火药剂和灭火系统也不同。对于风力发电机组而言，灭火药剂应尽可能选择无残留、无腐蚀性和无导电性能的材料，一般不推荐使用干粉灭火系统和粉尘式灭火装置，以避免给风力发电机组设备带来间接损坏。适用于风电场的灭火药剂主要有高压二氧化碳、惰性气体如七氟丙烷、氮气、氩气等、细水雾添加有少量防复燃药剂和泡沫液等。一般变流器、控制器等相对密封的空间可采用安全的惰性气体或高压二氧化碳。其他部件如刹车系统、发电机、齿轮箱、液压站、偏航系统和变压器等处于空气流动性较强的位置，可配备特殊无污染液体。3、灭火系统。根据选择灭火药剂的不同，灭火系统可分为气体灭火系统、液体灭火系统和粉末式灭火系统。为实现风力发电机组设备的有效灭火，应选择自动且稳定的气体灭火系统与细水雾液体灭火系统。这两种系统相结合的灭火方式是目前国内外风力发电机组使用最多的灭火方式。（二）消防管理系统消防安全管理是保证人们按照一定的方式从事工作，并为采取消防技术措施提供依据和方案，同时还要对技术设施加强维修保养，保证性能正常。1、消防设施管理。风力发电机组交付使用后，要建立健全包括全部设施在内的消防设施检查、检测、维护保养制度，从而保证消防设施始终处于良好的运行状态。2、电气设施管理。定期检查电器、电缆、电源主回路电缆端子的联接质量，以防电源回路虚接而引发的电气火灾。有条件的购买热成像仪对风机内部的电源柜、主电缆进行运行检查，发现过热现象及时处理。3、施工作业管理。在风力发电机内部作业时，保持内部卫生，禁止在风机内部遗留杂物，特别是油污棉丝等易燃物，对于机舱内部泄露的齿轮油、液压油等必须及时清理，以减少火险隐患。在机舱内放置高空逃生装置，一旦发生机舱内起火无法扑救时，维修人员可以迅速逃生。4、编制火灾应急预案。发电场要编制火灾应急预案，与当地消防队建立联动关系，一旦发生风力发电机起火，由风电场运行人员迅速切断集电线路的电源防止场内电网短路事故并派人控制现场，由消防队控制起火范围并进行灭火。