風電場和光伏電站的火災危險性和起火原因與防火設計

摘 要：文章通過分析風電場和光伏電站存在的火災隱患及火災原因，分別從火災危險性、總平面布局、消防設施等角度，分析風電場和光伏電站起火原因，為現有的風電場與光伏電站的防火設計提出建議，作為日后提高風電場和光伏電站防火設計的有效參考。

關鍵詞：風電場；光伏電站；火災危險性；起火原因；防火設計

現階段，我國不斷加強對于風能和太陽能等新型清潔可再生能源的利用，使得這兩種能源成為多種新能源中發展最為迅速、利用最為廣泛、開發規模最大和商業前景最好的發電方式。特別是在我國西部地區，風能、太陽能資源極為豐富，開發風電與光伏發電，不僅能緩解我國的能源壓力，更為促進西部地區可持續發展提供了重要途徑。

1 風電場和光伏電站的火災危險性和起火原因

1.1 風電場

風電場艙內一般包括液壓油、潤滑油、隔音海綿等大量易燃物質，只要接觸到火源，極易被引燃，而風電場艙內的結構導致火災一旦發生，必將在短時間內迅速蔓延。此外，機艙內部包括機艙底座、潤滑散熱系統、照明系統、傳輸電纜等在內的零件構成的整體也都是火災隱患。通過分析近年來國內外的火災事故原因，我們可以將風電場起火原因劃分為以下幾種：（1）電氣原因。風電機組的電纜在使用過程中，會由于絕緣體老化、控制柜電氣元件過熱等原因導致產生短路，短路會引起機組變壓器相見導致對地擊穿、電弧、靜電放電，而這些均是造成電氣火災的原因。據相關統計數據表明，在德國，僅2002-2005年間由于電氣原因引起的火災事故就有16起，占總火宅事故的72.7%。（2）機械故障原因。發電機設備在運行過程中一直處于高速運轉狀態，在長期運行過程中很容易因為過載導致設備發熱，從而引發周圍易燃物著火發生火災。此外，由于發電機設備的工作原理，機械之間長時間進行摩擦，也很容易引起機械故障，或摩擦生熱引起火災。

1.2 光伏發電站

光伏發電站容易引起火災隱患的設備主要包括充油變壓器、逆流箱、逆變器、配電柜等。

1.2.1 帶油電氣設備引發火災。光伏電站的設備中，油浸變壓器內含易燃易爆的油氣，在使用過程中，若變壓器內部發生故障，極易產生電弧使油受熱蒸發引起火災。

1.2.2 電纜引發火災。光伏發電站火災隱患主要集中在電纜和電氣類設備。光伏電站發電量主要依賴太陽輻射量，電氣設備的負荷量也與太陽輻射量密切相關，早晚為零，太陽輻射量最大的中午達到設計峰值，波動極大，在此期間，電流的急劇升降會引起電纜局部過熱而引起的火災。

1.2.3 設備過熱、短路等引起火災。由于光伏發電以太陽輻射作為發電主要來源，在接收太陽輻射時，會產生電壓，這種電壓在經過光伏發電設備時，極易導致設備過熱、短路從而引起火災。

1.2.4 人為原因造成火災。光伏發電站大多建造在人煙稀少的自然環境中，自然環境惡劣，對設備的日常損害較大。設備在發生故障時往往不能及時發現并檢修。此外，在設備維修過程中，由于電焊、氣焊、磨削等高速摩擦產生的高溫和火花也很容易引起火災[1]。

2 風電場和光伏電站防火設計

2.1 設計標準。目前，風電場和光伏電站的防火設計，主要以：GB 50016-2014《建筑設計防火規范》（以下簡稱《建規》）、GB 50229-2006《火力發電廠與變電站設計防火規范》（以下簡稱《變電站設計防火規范》）和GB 50797-2012《光伏發電站設計防火規范》（以下簡稱《光伏發電站設計防火規范》）作為消防工程設計標準。

2.2 建筑分類與耐火等級。以《變電站設計防火規范》為主要參考，分析風電場與光伏電站建筑物的易燃特點，可將建筑物按火災危險性與耐火程度進行一下分類。總體看來，風電場與光伏電站的所有建筑物耐火等級最低應為二級。綜合控制室、繼電器室、逆變器室和配電室火災危險程度較低，為戊級；其次為干事變壓器室，火災危險性為丁級，在設計中應使用A類阻燃電纜保證安全；油浸變壓室、無功補償室、電纜夾層、事故油池火災危險性最高，為丙級。

2.3 總平面布局。風電場與光伏發電站的站點選擇對于清潔可再生能源的依賴性較高，在選址時應充分參考國家在可再生能源中對于風能、太陽能資源以及當地環境保護等多種標準。站內建筑物間距嚴格按照《變電站設計防火規范》與《光伏發電站設計防火規范》的標準。此外，變配電站與升壓站之間必須配備環形消防車道。

2.4 平面布置。風電場與光伏發電站由于工作特點，在建筑物平面設計時必須加強對于事故貯油的設計。在建筑內部單臺貯油總量達100kg以上，建筑物外單臺油量達1000kg以上的油浸變壓器等設施，必須設計相應地貯油池、擋油設施以及事故儲油池。貯油池容積按變壓器油量的20%設計，池內放置直徑為50～80mm的卵石層和暢通的排油管道，在事故發生時，能保證事故油及時從管道排出并隔絕火源。

2.5 防火墻設計。風電場及光伏發電站內部設置的油浸變壓器在工作過程中容易因為油氣問題導致火災，因此，在油浸變壓器緊鄰建筑物的一邊，必須設置防火墻以便隔絕火源防止火勢蔓延。

2.6 管溝防火設計。對于風電場和光伏電站來說，站內電纜網絡交錯，分部范圍廣泛且電纜數量眾多，一旦電纜老化、短路引發火災，火勢極易在短時間內蔓延，無法進行小范圍集中撲滅。因此在設計電纜溝管時，必須采取防火分隔的辦法作為主要消防措施。在長度大于100m的電纜溝之間設置防火墻隔絕火源。避免因為電纜短路造成的火災在短時間內迅速蔓延造成不可挽回的損失[2]。

2.7 消防設施的設置。風電場與光伏發電站一般建造于人煙稀少，自然環境惡劣的戈壁、灘涂與沙漠地區，氣候干燥，降水少，用水極為困難。因此，在當地無法使用水類消防系統。此外，光伏電站設備主要為電氣設備，設備始終高壓帶電，水消防系統在此并不適用。針對這種情況，我們在風電場和光伏電站一般使用的消防系統為以下幾種：（1）自動滅火系統。結合油浸變壓器的工作特點，使用專業的油浸變壓器自動滅火系統，在不適合用水撲滅的電氣設備著火期間，使用干粉滅火。在溫度低、風沙大、自然換極為惡劣的地區，采取排油注氮滅火裝置、合成泡沫噴淋滅火或沙箱等。此外，還可根據風電機組、控制柜、控制室、計算機房、變配電室的不同特點選擇相應的自動滅火系統。（2）火災自動報警系統。根據國家消防設計的相關規范，在風電場和光伏發電站風機艙、主控制室、繼電器設備室等地必須設置感煙火災探測器。在火災發生之初，及時報警做好滅火工作。

2.8 電氣防火。由于發電站的特殊性，在鋪設電纜時，必須使用不燃性或阻燃性電纜，選擇導線時，按照需要選擇截面大小適中的導線，避免因為過載引發的火災。電纜鋪設時必須做到控制電纜與電力電纜分層鋪設，各層間使用防火板隔離，從根本上提高材料和建筑的耐火性，杜絕火災的發生。

3 結束語

綜上所述，我國西北地區地貌廣闊，人均資源占有量充足，所以只有大力發展風電和光伏發電，有效利用自然環境較為惡劣的戈壁、荒漠等閑置土地，利用優良的風能、太陽能等清潔可再生能源，更能為促進經濟可持續發展提供有力保障。

參考文獻

[1]王世朋.關于山地光伏電站優化設計問題的幾點探討[J].低碳世界，2016，07：70-71.

[2]牛小強.風電場和光伏電站防火設計要點[J].消防技術與產品信息，2016，05：21-23.