高山林地风电机组火灾原因和防护措施

2023-01-05王立刚

黑龙江科学 2022年10期

王立刚

(黑龙江捷迅自动化设备有限公司，哈尔滨 150001)

1 高山林地风电机组火灾特征

火灾扑救难度大。因为地理位置和交通条件的特殊性，如果高山林地风电机组发生火灾事故，在火灾现场无法快速利用传统公共消防设备，即使消防车到达火灾发生位置，由于风机整体通常具有较大的高度，且风机采用独立式密闭结构，将影响救援工作的开展。风电机组成本较高，如果发生火灾，会造成较大的经济损失。每次风机停机需要1～2 d的维护，要考虑产能减少和人工成本，即使采取外部救援，也无法弥补造成的损失[1-2]。

着火隐患点较多。风电机组各部位都可能存在火灾风险，容易引起火灾的包括机舱轮毂、齿轮箱中的润滑油液压油等及各种传输电缆由于热聚集效应和电流过大引起燃烧。塔架中的各种电子设备，如变频柜、控制器等，由于老化短路，都会引发火灾。发生火灾后，因为机舱空气流动性较大，在塔筒内部可能会形成烟囱效应，加大火灾隐患。

火灾类型复杂。风电机组的主要材质包括金属、玻璃钢及橡胶等，可能会发生电气火灾、固体火灾及液体火灾等。由于安装维护人员操作不规范会引起机械故障或电器短路，提高火灾发生概率。

火灾影响较大。高山林地发生火灾后，风电机组周围有茂密的植物，这增强了火灾的危险性，如果无法及时控制风机火情，将会导致周围林木着火，引发山火、林火，造成严重的财产损失。

2 风电机组火灾类型

叶轮。风电机组叶轮主要包括叶片、变桨机构及控制装置等，当前主要是利用玻璃钢复合材料制作叶片，叶片夹芯结构利用巴沙轻木芯材，这类材料具有不易燃性，但是叶片雷击发生率较高，因此很容易发生火灾。如果叶片长时间处于超负荷运行状态，将会因过热老化发生电气击穿问题，控制箱通风效果较差，也会导致过热问题，如果没有及时处理，将会引发火灾[3]。

机舱。塔筒是机舱的支撑结构，机舱罩全面包围机舱，形成了独立的空间，机舱包括主轴、齿轮箱及发电机等，因为机舱内部通风效果较差，因此机舱内温度通常较高，内部电气设备和线缆更容易发生老化问题。机舱设备长时间处于运行状态，在实际运行中发生振动将会令接头和插件松动，接触电阻因此增加，不断提高局部温度。电气火灾出现频率较高，机舱中控制柜着火之后，将会引燃整个机舱。机舱中各组件泄露润滑油或液压油之后，不但会严重污染机舱设备，还可能使火势不断蔓延。

塔筒。塔筒负责支撑风机叶轮和机舱，通常有几个平台，上下部之间具有独立空间，在塔筒中还有爬梯和照明系统等。一些风电机组在塔筒下层平台中设置变频柜和控制柜，因为塔筒空间较小，很难保持通风效果，因此各种电气元件更加容易发生老化问题。此外，各插件和电缆连接效果不好，将会引发电缆过流问题，损坏绝缘层之后，很容易引发火灾问题。

3 高山林地风电机组火灾发生的原因

3.1 雷击放电

雷击是高山林地风电机组最常见的火灾诱因，我国逐渐实现了风电机组大型化发展，在50 m以上的高空放置风机机舱和叶片部件，将会产生突出的尖端放电效应。如果没有合理设计选择避雷设施或没有合理选择安装位置，忽视日常检修，将会增加雷击火灾发生率。选择的避雷针具有较高的接触电阻，将会显著提高雷击概率。高山林地本身具有较高的海拔，而大型风电塔筒和叶片的高度较大，将会提高雷击发生率[4]。

3.2 发电机原因

风力发电机定转子出口电缆对地绝缘不断降低或发生短路故障，将会发生放电情况，引燃电缆设备。一些寒冷高海拔地区的机舱中，加热器和发电机电缆距离较近，如果加热器出现保护失灵，导致加热器持续性工作，将会引燃电缆。一些风机因为出厂质量不符合标准，接线盒端子的距离不符合标准，导致螺丝垫片很容易放电，产生火灾隐患。发电机轴承自动注油系统在运行阶段发生故障，或利用性能较差的润滑油，轴承运行阶段承受较大的摩擦，将导致发电机轴承热量堆积，引燃周围的油污或遗落的布条等易燃物。此外，发电机轴承冷却风扇工作失误，会急速提高轴承的温度。

3.3 电气短路过载

风电机组电气结构如果在日常运行中发生接地断路等故障或电线短路等，引发过载问题，将会引发火灾事故。发生静电干扰或接触不良等问题，产生的电弧将会点燃可燃物品，后者发生气体点燃，将会引发火灾问题。

3.4 油品泄漏

风电机组具有齿轮箱和液压装置，这些设备运行需要利用各类机油，如果设备制造不完善或发生密封磨损泄露问题，遇到高温和明火，会触发火灾。油品泄露将会提高风机着火几率[5]。

3.5 机械摩擦

如果风速较大或风机轮毂、叶片、发电机在实际运行中发生故障，通常会紧急制动停车，利用转子减速实现制动，偏航刹车盘或风轮刹车盘在摩擦阶段将会产生热量，当发生刹车装置故障或没有采用合理的措施控制，都会产生火花，引燃周围易燃物质发生火灾。

3.6 人为失误

气候干燥时期，工作人员进入林区如果携带火种或没有严格管理火种，将会引发林区火灾，进而引发风电机组着火。操作人员的实际操作不合理或发生错误操作，如接错电气排线导致短路，造成气溶胶罐误喷风机误报警。现在主流的灭火器材气溶胶灭火罐，开始工作后会有引信物质释放大量的化学能，如果冷却剂配比不合理或个别产品存在质量问题，其本身也是火灾隐患之一[6]。

4 高山林地风电机组火灾防范措施

4.1 加强火灾检测

检测人员需要精确检测风电机组各个部位的火情隐患，合理安装检测仪表，根据报警级别安装不同的检测仪表。例如：在机舱和控制柜及电缆桥架等部位安装点型烟感探测器，在发电机和转子接线盒等部位安装温度探测器和火焰探测器等，因为这些部位很容易产生电弧和火花，在线缆走线处增加感温电缆，因为电缆火灾也是风机常见火情。利用智慧消防的预报警系统，精确检测火灾，检测人员结合检测仪表信息和报警冗余等，提出针对性的控制措施，准确开展检测，提高灭火效率。

4.2 完善设备维护和消防设施

针对风电机组开展安全管理，加强风电机组消防管理，提高风电机组火灾防范水平，注重设备管控，提高风电机组各部件质量。风电场需要严格要求供货厂商，使其严格遵守行业规定生产设备，例如：风机叶片和机舱保温层需要利用隔热吸音棉，将防火涂料均匀涂刷在机舱内部。在机舱和塔筒中，要配备阻燃性电缆，配置火灾预警系统。风机机舱中需要配置干粉灭火装置和气溶胶灭火装置等，利用烟敏热敏元件完成探测，落实灭火装置误报防护措施，避免因误动作损害设备。风电场要加强购置和维护消防设备，根据高山林地风电机组实际情况，配置足够的防火设备和灭火设备等，可以配置专业的呼吸器和防毒面具等，要定期维护风电机组的防火设备，及时实现设备更新换代，检查灭火器是否处于有效期内，保障在发生火灾时能有效应用[7]。

将防火封堵设备设置在每一节塔筒中，保障封堵设备的厚度，提高整体严密性。在电缆和其他部件摩擦部位，要安装防护皮网和金属罩，避免因摩擦而产生火花。要不断提高火灾预警系统和自动灭火系统的智能化、精准化，使其处于稳定的运行状态。

4.3 利用灭火介质

风电机组火灾类型不同，需要利用不同类型的灭火介质。选择风电机组灭火介质，要根据电气设备灭火要求，选择的材料不能具备导电性和腐蚀性。使用干粉灭火器会产生干粉物质，会二次伤害风电机组的电气设备，因此在精密性仪器中不能使用干粉灭火器[8]。在扑救电气设备火灾时，可以利用高压二氧化碳和惰性气体等，掺加少量的阻燃药剂和泡沫液等，有利于优化扑灭效果，目前主流的灭火器材是气溶胶灭火器。气溶胶灭火过程中会产生气体颗粒，不会对机舱内的机械设备、电气设备产生影响。灭火后无需清洁各类设备，但是其价格较高，需要综合考虑。风电机组刹车系统和发电机及液压站等发生火灾后，可以融合细水雾和阻燃药剂等形成液体，作为灭火介质。

4.4 细化管理制度

风电场需要加强培训维护人员，建立专业的维护队伍，要提高他们的防火意识，所有人员进入到风机内部都不能吸烟，严禁携带挥发性液体。风电场可实施班组责任制，安排相关负责人负责不同的工作区域，避免在机舱中遗留抹布和纸张等易燃物，在机舱内部严禁任何明火作业[9]。

4.5 完善灭火系统

高山林地的风电由于路途遥远，道路不便，无法实现人工实时灭火，技术人员可以选用自动灭火系统，在风电机组的机舱和塔底部位布置自动灭火系统，其中，机舱灭火系统主要负责管理机舱机械区域和机舱控制柜等，塔底灭火系统负责管理变压器区域和电器柜等。在实际运行过程中，检测系统利用温度探测器和烟感探测器等检测相关信号，发现异常信号之后会自动报警，向控制中枢传递火灾预警，控制系统完成判断之后，发出动作指令，开启各个灭火器罐，扑灭火灾。很多风场设有专门的视频监控系统，通过环网线路连接中控站，这类风电可以配置手动工作模式，当值守人员通过视频确定火情后，发出远程指令实施灭火，以减小误喷误报的损失。

4.6 实施定期检查和专项检查

针对风电机组开展定期检查，检查风电机组维护质量，重点检查轮毂、齿轮箱、电气设备工作状态。要开展消防检查，检查发电机出口电缆和机舱内部环境，观察电气排线端子是否出现虚接、断接。要根据高山林地环境特征和季节特征等开展专项检查，例如：观察设备发热情况，检查风机接地导通性和防震性。控制定期检查和专项检查频率，检查与周围树木等易燃物的间隔距离，有序开展检查[10]。