浅议热气溶胶灭火装置在风力发电机组中应用

郭希志 王杰

【摘要】基于风力发电机组环境特点及火灾类型的现状分析，结合现在使用的几种灭火系统的优缺点，对热气溶胶自动灭火装置的主要特性进行比对和分析，并针对性地探讨热气溶胶灭火装置在风力发电机组应用的可行性。

【关键词】风力发电机组； 灭火系统； 热气溶胶灭火装置

1 引言

近年国内风电行业发展迅速，越来越多的大功率风力发电机组投入运营，随之风电设备火灾事故也时有发生。火灾不仅会对风力发电机组带来毁灭性的破坏，而且易引发火灾，目前风力发电行业在国内外都属于新兴新能源环保产业，其有效的防火措施尚在不断的论证和尝试中，针对风电行业的特殊性采用何种灭火方式以保证其灭火的有效性和稳定性是一项急需解决的问题。

2 分析风电机组火灾隐患内容

2. 1 风电機组的火灾隐患

（ 1） 由于系统润滑摩擦过热引起的散热系统、齿轮箱、刹车系统、主轴、轮毂等B 类火灾。

（ 2） 由于高温运行、通风不良、电气元件质量不过关、电气元件老化或雷击、极端恶劣天气、电气设备运行故障等引发的控制柜、并网柜、变流柜、刹车盘附件、电机接线盒、叶片、变桨电机与变桨控制系统等电气火灾。

2. 2 风电机组火灾特性

（ 1） 可燃物种类多且火灾荷载大。初起火灾时发烟量少，人员不易发现，起火点多且不易确定具体位置。

（ 2） 通风换气迅速，火焰蔓延速度快，灭火难度大。

（ 3） 设备价值高，一旦发生火灾，将造成巨大的直接和间接损失，同时易诱发附近设施导致大面积火灾。

3 风电机组环境技术条件特点

（ 1） 风口大，泄漏量大。内部通风设备和外部环境风速形成强气流，外部环境风速最大可达25 m/s，机舱内部快速通风换气； 当送风量大于5 m/s，火灾探测器不易正常探测到初起火灾，影响其响应时间； 由于不能形成相对封闭空间，对灭火装置的灭火效能有较大影响。

（ 2） 环境温度变化大。风电机组工作环境的低温（ - 40℃以下） 和高温（ + 70℃以上） ，机组运行还会造成较大的温升，对设备长期运行可靠性和灭火装置的贮存期存在不利影响，需要灭火剂使用温度范围宽。

（ 3） 振动大。长时间自身及风力振动尤其是横向振动对设备安装和安全运行易产生不利影响，需要的灭火装置重量轻、体积小、固定支架及装置结构牢固。

（ 4） 安装高度高且空间小。由于风速及风向变化对风力发电机的发电量有着较大影响，因此风力发电机的安装高度一般都高达几十米甚至上百米，同时机舱内设备利用率高导致空间小，因此灭火设备的运送、体积和重量都应考虑其特殊性，以便于安装和维护。

（ 5） 腐蚀性大。有些风电机组建设在沿海及海上区域，如山东、江苏、福建等地常年处于水雾、盐雾等环境中，这对设备长期可靠运行带来很大影响，需对灭火装置进行防腐蚀处理达到C4 防腐等级要求。

（ 6） 风沙大。有些风电机组建设在沙漠及草原等边远地区，如内蒙古、新疆、辽宁等地，常年受到沙尘暴、冰雹恶劣气候环境的影响。这就要求灭火药剂在平常贮存时要处于密封状态，以保证火灾发生时能够灭火。

（ 7） 由于风电机组常年处于无人值守状态，火灾发生时人无法正常发现，这就需要安装自动灭火装置。

（ 8） 机舱内强电磁场和电磁兼容性对灭火设备运行的可靠性会有影响，这就需要灭火装置要达到抗电磁兼容性要求。

4 浅析灭火系统的选择对比

4. 1 热气溶胶灭火系统在风电机组的应用性

4.1. 1 环境温度的适用性

目前适用于灭B 类火灾和电气火灾的灭火系统的工作环境温度范围大都在0 ～ 50℃之间，而风电机组所处的极端温度环境可达到- 40 ～ 70℃之间，传统灭火系统一般无法满足其工作要求。近年来随着技术的不断进步，热气溶胶发生剂配方及工艺也取得突破性进展，其适用环境温度范围得到大大提升。依据GA499. 1 -2010《气溶胶灭火系统第1 部分： 热气溶胶灭火装置》[1]（ 以下简称GA 499. 1 - 2010） 6. 6. 1 及6. 6. 2 中高、低温性能要求进行模拟风力发电机组中高、低温环境对热气溶胶灭火装置的贮存试验，将一台1 kg 的热气溶胶灭火装置置于（ 85 ±2） ℃的试验箱中，保持24 h，取出后立即启动，检查并记录灭火装置的喷射性能[1]；将一台1 kg 的热气溶胶灭火装置置于（ - 40 ± 2） ℃的试验箱中，保持24 h，取出后立即启动，检查并记录灭火装置的喷射性能。

1kg气溶胶在高低温条件下的试验结果如下：

高温试验：喷射时间35秒，平稳、无残渣和无火星外喷，外壳无变形；喷口温度120摄氏度。

低温试验：喷射时间36秒；平稳、无残渣和无火星外喷，外壳无变形；喷口温度115摄氏度。

由此说明热气溶胶灭火装置能够满足风电机组的高、低温环境适用性要求。

4. 1. 2 风沙和盐雾环境适用性

（ 1） 热溶胶灭火装置是通过电启动固体发生剂产生大量具有灭火功效的烟雾来达到灭火效果的，其结构主要是具有阻火降温的烟道而没有任何机械装置，因此只需在其喷口位置设置防尘罩，当气溶胶喷射时自然脱落就能达到不影响其正常使用性能同时很好地起到防风沙作用，而不必像其他灭火装置由于有阀体等机械结构的部件受风沙等影响出现磨损、卡滞等现象。

（ 2） 另一方面气溶胶灭火装置的防水防盐雾等防腐蚀处理此项技术已广泛应用于多种气溶胶产品中，模拟热气溶胶灭火装置对盐雾环境适用性要求，试验依据中国船级社《电气电子产品型式认可试验指南》（ 2006） 、《固定式气溶胶（ AEROSOL） 灭火系统认可指南》（ 海安会通函Msc /circ. 1007 ） 及GB /T 20829 -2007《船舶固定式气溶胶灭火系统性能要求和试验方法》，具体试验条件如下： 盐雾沉降率达： 1 ～ 2 mL /（ 80 cm2·h） ； 盐溶液浓度： 5% （ 质量百分比） ； PH 值：温度35℃时，其值为6. 5 ～ 7. 2； 喷雾方式： 连续喷雾；试验时间48 h； 试验后热气溶胶灭火装置表面无腐蚀现象，经过盐雾试验的考核，功能正常。由此说明热气溶胶灭火装置能够满足盐雾环境适用性要求。

4. 1. 3 安装使用的适用性

由于热气溶胶灭火装置无需压力容器，可以根据设计需要作成小型气溶胶灭火装置，体积小，质量轻，可以做成1 kg 以下的灭火装置，运输安装维护非常方便，同时针对风电机组机舱内空间小、着火点多等特点可做到根据舱内情况灵活配置形成多点保护均匀分布的布局设置，更有利于火灾的迅速扑灭。

4. 1. 4 抗电磁干扰的适用性

为了验证采用电启动的热气溶胶灭火装置的抗电磁干扰适用性，依据GB /T 17626. 2 - 2006《电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验》等级3 的要求，试验电压： 空气放电± 8 kV，接触放电± 6 kV，试验结果热气溶胶灭火装置具有抗电磁干扰适用性。

4. 1. 5其他

另外，气溶胶在自动灭火、灭火效能等方面国内外已有广泛文献进行阐述并已有大量实际应用案例，这里就不再赘述。

5 结论

通过以上试验数据分析得出以下结论：（ 1） 热气溶胶灭火装置能够适用风电机组的高、低温环境要求、盐雾腐蚀性要求及抗电磁干扰的要求。（ 2） 风电机组机舱内部通风设备和外部环境风速形成强气流对热气溶胶灭火装置的影响不是很大，在工程应用中需要根据其开口面积适当增大灭火剂用量。

参考文献：

[1 ] GA 499. 1 - 2010，气溶胶灭火系统第1 部分： 热气溶胶灭火装置[S].