赵永景

摘  要：风力发电相比火电、核电发电方式在投资、成本效益、安全环保等方面独具优势，受到世界各国人民的青睐。随着风力发电技术在单机容量、规模化开发方面条件日趋成熟，十二五至十三五以来，中国风电事业突飞猛进，规模逐步增大，随之而来的风力发电安全环保问题也成为关注和研究的课题，文章主要讨论高山林地风电场风电机组火灾原因和防护措施。

关键词：高山林地;风电机组;火灾;防护

中图分类号：TU998.1       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）25-0124-02

Abstract： The wind power generation has unique advantages in investment， cost-effectiveness， safety and environmental protection， compared with thermal power and nuclear power generation， and is favored by people all over the world. With the conditions of wind power generation technology in single unit capacity and large-scale development are becoming more and more mature. Since the 12th Five-Year Plan to the 13th Five-Year Plan， China's wind power generation industry has developed by leaps and bounds and the scale has gradually increased. The subsequent safety and environmental protection of wind power generation has also been a national concern and research topic. This paper mainly discusses the causes and protective measures of wind turbine fire of wind farm in alpine woodland.

Keywords： alpine woodland; wind turbine; fire; protection

引言

全球風能总量约2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，据国家能源局数据显示，2018年，全国风电新增并网风电装机量2059万千瓦，同比增长37%;累计并网装机容量达1.84亿千瓦，占全部发电装机容量的9.7%。截至2019年11月底，我国风电累计并网容量已超过2亿千瓦。

当前中国已成为世界风电第一大国。规模效应形成后风电生产安全生态环保问题逐步突出，越来越受到人们关注。国家林业和草原局于2019年2月27日印发《关于规范风电场项目建设使用林地的通知》，对新建以及规划建设的风电项目使用林地情况进行了明确规范，对风电机组用林用地和植被保护水土保持等进行了规定。受风能资源分布影响，风力发电场面对的自然灾害风险因素较多，主要有雷击、地震、火灾、寒潮冰冻等。

1 高山林地风电机组火灾的特征

1.1 火灾扑救难度大

在高山林地建设的风电机组因受到地理位置、交通条件等因素的限制，公用消防设备无法快速抵达火灾现场，即便是消防车辆达到风机位置，风机高度太高、风机独立式密闭结构也限制了救援。如果发生火灾通常会造成较大的直接损失，当前大型的（2.0MW）风电机组设备价格约700-800万元，3.0MW及以上机组价格超过1000万元;检修恢复造成发电量减少也很明显，最主要的是外部救援对挽回损失显得无能为力。

1.2 着火隐患点多

风电机组从顶部机舱到塔筒底部各部位都不同程度存在发生火灾风险，主要是塔筒底部的变流器、控制柜;电缆;机舱部位的发电机、齿轮箱及控制柜等。且火灾环境恶劣，机舱外部空气流动大，塔筒内部容易形成烟囱效应等。

1.3 火灾类型复杂

从风电机组材质和构配件看，主要是金属、玻璃钢、橡胶、塑料等制品。电气火灾、固体火灾和液体火灾均有可能发生。因此，风机上的润滑油脂、液压油、电器电控设备、电线电缆、叶片、机舱罩及其保温材料等在具备着火条件时都可能发生火灾。

1.4 火灾影响范围大

高山林地火灾因其位于林地范围内，风机周边植被茂密，风机着火引发周边森林着火的危险性较大。如果风机火情不能得到有效控制可能造成周围林木起火，那么火灾事故扩大必将造成更多的财产等损失。

2 高山林地风电机组火灾原因分析

造成高山林地风力发电机组火灾的因素很多，本文在总结国内外风力发电机组火灾教训基础上结合高山林地实际特点，基本概括为以下几个方面：

2.1 雷击放电引起火灾

雷击放电瞬时释放的能量相当巨大，目前风电机组都朝着大型化发展，风机机舱、叶片大多处于50米以上高空，尖端放电效应突出。第一，如果避雷设施选型设计不当或者安装位置不合理，加上日常检修维护不足，则遭受雷击引发火灾的风险就会很高;第二，如果安装的避雷器接触电阻太高，遭受雷击的概率大大增加。尤其是高山林地，地区海拔高，加上风机塔筒和叶片本身高度，风机遭受雷击的风险远高于低海拔平原地区，从统计的数据来看，雷击引起的火灾是风机火灾的主要原因之一。

2.2 电气短路过载引发火灾

风电机组电气部分由于发生接地故障、电线短路及产生电弧等造成过载，继而过热引起火灾。接地故障、电线短路的时候，电流迅速升高至额定电流的10-15倍，使电线电路严重超负荷而发热，导致火灾发生。电气过载，电气本身及线路因超负荷而发热燃烧，导致火灾发生。因静电或接触不良等原因产生的电弧将可燃物品或气体点燃导致火灾发生。

2.3 油品泄漏引起火灾

风力发电机组上如果有齿轮箱、液压装置，这些设备都需使用油品，齿轮箱、液压装置如果存在制造缺陷或者密封磨损泄漏缺陷，润滑（液压）油泄漏遇到高温或者明火极易引发火灾。前期国内许多使用齿轮箱的风机着火基本都与油品泄漏管理不良有很大关系。

2.4 机械摩擦过热引发火灾

风力发电机组在风速过大或者发生故障时需要进行紧急制动停车，制动方式一般采用的是转子减速，机械制动装置剧烈摩擦会产生大量热量，刹车装置故障或者制动控制不当会产生火花使周围可燃、易燃物质燃烧而引发火灾。

2.5 人为失误引起的火灾

在春秋干旱少雨、气候干燥季节，进入林区的人员携带火种或者火种管理失误也会造成林区发生森林火灾进而引发风电机组火灾，另外操作人员操作处理不当或者误操作也会间接造成风电机组发生火灾事故。

3 高山林地风电机组火灾防范的措施

综上对高山林地火灾特征和原因的分析阐述，我们清晰看出高山林地风力发电机组大多建设在海拔相对较高、位置偏僻、道路交通条件较差的区域，一般无法配套消防栓，公共的消防资源无法及时到场救援。所以风电机组消防的重点工作：一是风机设备部件材料（重点是电气设备）采用不燃或难燃、阻燃材料;二是采用高效可靠的消防灭火系统;三是科学高效的设备管理水平。特别强调的是风电机组消防要努力在“人、机、料、法、环”五个方面系统协调作用以实现本质安全，用“物防、人防、技防”共同保障安全生产。本文主要介绍利用風机灭火系统进行消防控制。

3.1 火灾检测

为实现对风力发电机组各部位的火情精确检测，一般采用冗余思路安装检测仪表，根据报警级别的不同，设置不同的检测仪表。目前常见的火灾检测仪表包括烟感探测器、温度探测器、火焰探测器、空气采样探测器等几类。烟感探测器安装在机舱、控制柜、变流器柜、电缆桥架等密闭空间部位作为一级报警，温度探测器、火焰探测器、空气采样探测器作为二级或者三级报警安装在易于产生火花和电弧的发电机定、转子接线盒、刹车制动装置处。精确灵敏的火灾检测是消防控制的神经系统，检测仪表检测信息和报警的冗余又对消防系统的控制和动作提供参考依据，做到精准检测精准灭火。

3.2 灭火介质

火灾类型不同，灭火介质的使用类型也不一样，风电机组灭火介质的选择要适合电气设备着火灭火要求，尽可能选择无残留，无腐蚀、不导电的材料。由于干粉灭火器产生的干粉物质会对电气设备造成二次伤害，一般电气设备尤其是精密仪器着火不推荐使用干粉。高压二氧化碳（CO2），惰性气体比如七氟丙烷（HFC-227ea/FM200）、氮气（N2）、氩气（Ar）等、细水雾添加有少量阻燃药剂和泡沫液等在扑救电气设备着火中最为常用，风电机组的变流器、控制器等相对密闭的柜体基本都采用安全的惰性气体或者高压二氧化碳气体。刹车系统、发电机、齿轮箱、液压站、偏航系统、变压器等处一般采用细水雾添加阻燃药剂或泡沫液等液体灭火介质。

3.3 灭火系统

当前，应用到风力发电机组的灭火系统有气体灭火系统、液体灭火系统、干粉灭火系统。为了保证风力发电机组灭火系统能快速有效灭火，一般选择配套可靠性、稳定性好的自动灭火系统。目前风电机组自动灭火系统基本都布置在机舱和塔底两个部位，机舱灭火系统包括机舱机械区域和机舱控制柜区域，塔底灭火系统包括塔底变压器区域和塔底电气柜区域;检测系统通过温度探测器、烟感探测器、火焰探测器等仪表检测气体、温度、火灾信号并启动报警，火灾信号传递给控制系统，控制系统判断火灾级别并按级别发出控制命令，相应区域喷嘴开启喷射灭火剂实现灭火。现场中自动灭火系统有的风机独立设置，有的接入主控系统（SCADA）实现在线监控，在线检测配套上视频监控系统可以准确直观的发现并操作灭火系统，实现自动或者强制手动启动灭火系统工作。

4 结束语

按照国家《中华人民共和国消防法》关于火灾“预防为主、防消结合”的指导方针，高山林地风电场要在火灾预防方面积极开展工作，从风机材料阻燃性能提升到灭火系统升级改造都要开展研究实验，开发制造消防灭火系统要认真总结分析国内外经验教训，在风电机组火灾的检测和控制方面研发更适合更经济高效的灭火系统。同时，已建成、正在建设的或者规划建设的风电项目应加大相关投入，把5G、云计算、AI技术应用到新能源场站“安全、高效、绿色、智慧”建设上，不断提高机组技术和管理水平，降低成本，创造更大效益。

参考文献：

[1]杨旭坤.风力发电机组火灾危险性及防雷措施 [J].消防技术与产品信息，2011（5）：10-12.

[2]徐大军，张晋，刘连喜.风力发电机组火灾特性与消防系统应用研究[J].消防科学与技术，2010（12）：1081-1083，1086.

[3]熊芳瑜，叶平，郑立新.简论风力发电机组防雷性能改善的内容和方法[J].价值工程，2018（1）：141-143.

[4]李小光，岳晨曦.风力发电机组机舱火灾监控系统的研究[J].工业C，2015（063）：106.