风力发电机组安全防范标准体系研究

2016-06-12刘笑麟杨伟伟孟亚辉苏州热工研究院有限公司江苏苏州5004华锐风电科技内蒙古有限公司内蒙古包头04030

电力安全技术 2016年4期

刘笑麟，杨伟伟，孟亚辉（.苏州热工研究院有限公司，江苏苏州 5004；.华锐风电科技（内蒙古）有限公司，内蒙古包头 04030）

风力发电机组安全防范标准体系研究

刘笑麟1，杨伟伟2，孟亚辉1
（1.苏州热工研究院有限公司，江苏苏州 215004；
2.华锐风电科技（内蒙古）有限公司，内蒙古包头 014030）

〔摘要〕在风电产业迅速发展的同时，风力发电机组安全防范问题也越来越受到业界的关注。我国现有风力发电机组安全防范标准体系的主体思想是将风力发电机组看作建筑物，承袭建筑类安全防范标准来开展工作。通过对现有风力发电机组安全防范标准体系的分析，提出了一种将风力发电机组看作独立特殊设备的理念，以期在此基础上建立更加科学合理的风力发电机组安全防范标准体系。

〔关键词〕风力发电机组；安全防范；标准体系；安全保卫

0 引言

随着环保形势的日益严峻，对环境友好的新能源产业越来越受到我国乃至全世界的重视，风力发电因其建设周期短、装机规模灵活、造价相对低廉、运行维护简单的特点，而获得了广泛应用。据统计，2015全球风电新增装机63 013 MW，实现了22 %的年度市场增长率。可以预见，在未来的数年内，风电产业持续高速增长的态势仍将继续，风电市场潜力依然巨大。

但随着大量新型风电机组的投入运行，机组安全也面临着更多的挑战。据英国风能机构的不完全统计，截至2009-12-31，全球共发生风电机组重大事故715起，其中火灾事故138起，占总数的19.3 %，火灾已成为继雷击后的第二大毁灭性风电机组灾害。当前，公开报道的全球风电机组火灾发生率平均为每年11.7起，而英国研究人员甚至认为，每年实际至少有超过117起风电机组着火事故发生。

这说明对风力发电机组的安全防范亟待加强。以下讨论的安全防范概念涵盖安全保卫与消防2个方面。

1 我国风力发电机组安全防范标准体系现状

我国目前风力发电机组安全防范相关标准情况统计如表1所示。

从表1可以看出，我国现行的风力发电机组安全防范标准，主要侧重安全管理，且尚未形成完整的体系。

表1 我国风力发电机组安全防范相关标准统计

在技术标准领域，现有标准内容以消防标准为主，且主要内容大都基于原有的建筑行业安全防范标准体系，仅配合风力发电机组的消防特点，作了部分完善。

2008年，宁夏回族自治区质量技术监督局发布了DB64/T524—2008《风力发电机组消防系统设计、施工、验收规范》，填补了国内风力发电机组安全防范领域的空白。标准中明确了风力发电机组消防系统运行的环境要求，对于专用消防系统的探测装置和灭火器设置都作了一些设计要求，并以此为依据对风力发电机组的施工和验收作了相关规定。此标准对风力发电机组的安全防范工作开展有一定指导意义，但由于其中未引入消防系统自动控制的理念，已不能适应消防领域发展的趋势。

DL/T796—2012《风力发电场安全规程》是一个适用于陆上风力发电场的安全生产和应急处理的相关规程；不仅规定了风力发电场内人员、环境、安全作业的基本要求，也对风力发电机组安装、调试、检修和维护提出了相关的安全要求，并对风电场突发事件的应急处理作了规定。

NB/T31052—2014《风力发电场高处作业安全规程》同样是一个侧重于安全管理的规程；针对风电场的工作环境，对高处作业这种高风险工作作了操作和管理方面的详细规定。

由中国工程建设标准化协会颁布的CECS 391—2014《风力发电机组消防系统技术规程》是迄今为止涵盖范围最广的一个风力发电领域消防技术规范。该规程首先对风力发电机组作了防护单元的划分，以此为基础对机组内部做了分区域的消防配置和要求。并且，将消防用设备划归为火灾探测装置、报警控制器与灭火控制装置、灭火装置3部分；又对每部分的设备作了细化的规定，涉及从设计到施工再到竣工验收的整个流程，其中的设备参数和功能要求对供应商进行设备研发也有一定的指导作用。

2 现阶段我国风力发电机组安全防范标准体系的局限性

从实施效果来看，我国现有风力发电机组安全防范标准体系在指导风电安全防范工作开展方面确实取得了一定成效，但提升空间仍然很大。要进一步提高风力发电机组安全系数，还要继续完善标准体系。经过实践，已经发现直接套用建筑用安全防范标准、将风力发电机组当作一般建筑来处理，面临一系列难以适配的问题。

2.1 不能完全契合风电产业发展趋势

现今风力发电机组的发展趋势是：风场大规模化、机组现场无人值守、分布偏远且分散，因此外部力量救援难度加大。如：风电场各机组之间、机组与其他建筑之间的间距等，在现有标准中并未被严格规范，加上不同风场地质条件千差万别，设计基准中保留的余量是否符合实际安全需求（如救援时间等），并不明晰；风力发电机组与普通建筑的较大的不同之处在于，由于风力发电机组生产控制系统需要实时掌控每台风力发电机组的运行状态或故障情况等，各独立机组需要通过通信组网良好互连。而现有标准并未对风力发电机组的通信方式作详细规定，因此也难以与风力发电领域专用的监控标准IEC61400—25良好对接。

2.2 对风力发电机组特点考虑不足

相比于普通建筑建设周期较长、结构性大型损坏较少的特点，风力发电机组的建设周期短、致命损坏较多。所以在施工周期上，注重高安全保障的繁琐细节将加大进度压力；而在损坏的防护上，为了保护抗损坏性能差的机组所设置的针对性策略，应倾向于防止损坏事件的发生，即尽量通过对机组运行状态的在线监测、综合考虑自然环境因素，从而产生有预测性的结论，并以此为依据使机组作出有前瞻性的预防损害的动作。在现有标准体系下，仍应将补救性措施放在最重要的位置，作为现有技术条件下的权宜之计，而未来的技术完善方向应是以预防为主。

2.3 原有建筑类消防设备与风力发电机组不适配

现有标准体系中，在消防用相关设备和系统的选用中，多使用传统的火灾探测设备、报警控制和灭火控制系统、灭火装置，而它们都是面向普通工业或一般建筑来开发研制的，并未过多考虑风力发电机组所处环境的特殊性，难以满足风力发电机组的特殊要求。如：用于火灾探测的中点式感烟设备，在风力发电机组内部容易形成强气流的客观条件下，很有可能难以实现预期的火灾快速响应；吸气式感烟设备能够通过主动式吸气抵抗一部分的紊流干扰，但考虑到风场地区自然条件恶劣，多有风沙粉尘等不利环境，容易对吸气式感烟设备的进气管和滤网等造成堵塞、损坏，导致火灾误报警甚至电机烧毁等状况；灭火剂的选用上，实际应用中，灭火效果最好的是超细干粉灭火剂，但由于风力发电机组内部带电设备较多，很容易对超细干粉产生静电吸附作用，给灭火后的清理工作带来很大困难。

2.4 不适应风电场安全保卫需求

现有风力发电机组安全防范标准体系，并未对风力发电机组的安全保卫工作产生足够重视，几乎没有相关标准规范。就风电场现状来看，由于风电场各风机分布较为分散，部分风机距控制室的距离甚至可以达到几十千米，在风电场大多是无人值守或者少人值守的状况下，这就意味着这些风电机组对人为蓄意破坏或盗窃行为的防卫能力几乎为零。一方面由于入侵探测及报警设备缺失，对于一些盗窃和破坏的状况只能依靠人工巡检来查看，信息反馈延时；另一方面即使风电机组加装了摄像机等探测设备，并且成功发现并上报控制室，但由于距离较远加之环境因素影响，也很容易造成响应时间过长的现象。虽然风力发电机组并不像核电机组那样容易成为恐怖分子的破坏目标，但近年来针对无人值守风力发电机组电缆等的盗窃现象屡见不鲜，加强风电机组的安全保卫工作迫在眉睫。

部分风力发电机组需求及现有标准局限性对比如表2所示。此外，由于继承于建筑规范的原因，现有标准体系将风力发电机组消防系统与其他系统严格区分，不允许其间的任何设备共用。这就意味着如果要给风力发电机组加装安全保卫设备（如摄像机等），则需要额外敷设大量电缆、光纤等。这对业主来说增加了大量的建设成本，不利于风电场安全保卫工作的推进。

表2 部分风力发电机组需求及现有标准局限性对比

3 对风力发电机组安全防范标准体系的思考

针对当前风力发电机组安全防范体系中将机组视作普通建筑所带来的诸多不足，建议从以下几点开展后续工作。

（1）风力发电机组不能等同于一般建（构）筑物，应作为一个特殊装备来开展相应的消防性能化设计。将风力发电机组当成独立的特殊设备，提升其整体性。严格要求厂家对整个机组负责，对机组整体性能进行优化设计，在出厂前通过机组的联调解决决定产品品质的细节问题。在保障机组品质的前提下，尽量缩短施工工期、提升可靠性，进而增加发电时间以更好地体现业主利益。

（2）将风力发电机组安全防范作为一个综合多领域的专用系统开展研究，其技术领域可包括消防安全、保卫安全、震动监测、塔筒垂直度监测等风机安全监测尚未覆盖的领域。高集成度的系统集约化管理是近年来设备管理的大趋势之一。打破原有消防系统与其他系统的严格隔阂，将消防、保卫、震动探测等系统或功能一并置于设备的安全防范管理系统中，一方面可以降低系统复杂程度而减小设备日常运行维护难度；另一方面可以从设计源头统筹规划，最大限度利用公共资源以避免重复建设，从而降低运维成本。更重要的是，集约化管理便于设置系统间的联动策略，如：统筹规划消防系统与机组生产安全控制系统的逻辑关系，以避免由于消防系统误动作对风机造成的影响。

（3）开展风力发电机组安全防范标准体系的建设工作，包括设备技术标准、设计标准、施工及验收标准、运行维护标准等。完善的标准体系是做好风力发电机组安全防范工作的保障。对风力发电机组建立从头到尾的完整的标准体系，可以对风电安全防范的每个环节都进行指导，促进整个领域技术水平的迅速提高。