風電智慧消防研究

錢文峰 余建平 王培懿

摘要：隨著煤炭、石油等不可再生能源的開采量不斷增加，能源緊缺問題引發了全社會的關注。風能作為可再生清潔能源，對于緩解全球能源危機扮演著重要的角色。我國蘊含著豐富的風能，推動了風電產業的發展，裝機容量已經居于世界首位。2019年，我國的風電裝機容量為21005萬千瓦，占據全球整體比重的32.29%，但是，隨著風電裝機容量的不斷增加，事故的發生頻率也在逐步增長，特別是火災事故屢屢發生造成了非常嚴重的損失。再加上風電場一般地處偏遠，火災事故發生時，消防車很難及時地救援和控制，并且風電機組一般位于高空之中，在地面實施滅火措施收效甚微，因此，增強風電機組配備的消防裝置顯得尤為重要，加強風電自動化消防，實現智慧消防迫在眉睫。

關鍵詞：風電;智慧;消防

我國的風電產業伴隨著科學技術的進步實現了跨越式的發展與進步，但是，風電機組的火災事故頻繁發生為社會帶來了巨大的經濟損失，阻滯了風電產業的發展。由于風電機組內部容納了許多的零部件和裝置，運作環境十分惡劣，再加上風電設備造價較高，一旦發生火災，將會造成嚴重的損失。現在的風險機組依然沿用傳統的消防方式，通過配備便攜式滅火器等工具實施消防工作，不能在機艙無人的情況下進行有效的監控。而智慧消防通過構建自動監測裝置，選擇最佳的火災處理方式，對風電機組的運行情況進行有效的消防監控，可以達到規避火災事故的發生以及降低火災事故帶來損失的重要作用。

一、風電消防的火災隱患部位

（一）葉輪部位

葉輪是整個風電機組的重要組成部分，在采集風能的過程中扮演著不可或缺的角色，主要包含整流罩、葉片、葉片調節電機等設施，其中葉片調節和控制系統以及葉片是火災的隱患部位。葉片發生火災主要是因為雷擊導致的[1]。在正常的情況下，當雷電所帶來的電流由機艙低端或者葉尖注入后會經過葉片流入接地裝置。但是當風電機組的接閃器發生損壞時，雷電中巨大的電流將會凝結在葉片上，導致葉片起火。機組的葉片調節電機也是火災發生的隱患位置，在長時間的運行過程中由于機械之間的摩擦會產生大量的摩擦熱，因為風電機組的齒輪箱中裝有潤滑油和液壓油，因為巡檢難度大，不容易發現漏油的情況，在過熱的情況下潤滑油和液壓油達到燃點引發火災。除此之外，葉片控制系統在運行的過程中，因為電子元器件的散發的熱量在密閉的機組空間內難以散發出去，導致電器元件過熱擊穿而產生火災。

（二）機艙部位

機艙是風電機組的核心位置，結構比較復雜，由機艙罩圍成一個相對比較密閉的空間，包含照明系統、傳輸電纜、潤滑散熱系統等裝置，現對基層內部的火災風險點具體闡述如下：一是當照明系統和傳輸電纜在安裝不恰當，絕緣層老化，接觸不良的情況下，容易產生短路或者接觸電阻增加形成過流或者過載，進而導致火災的產生。二是潤滑散熱系統會在高速運動的情況下產生連續的大幅度的震動現象，導致其內部的潤滑油發生泄漏現象而引發火災。三是制動系統發生故障時很可能會產生高速飛車，設備的高速運轉將會產生大量的摩擦力，進而形成大量的熱而誘發火災。四是發電機和變壓器產生火災，當發電機內部發生短路時將會造成內部材料的損壞而導致火災;變壓器因為電弧、絕緣老化等情況而超出額定負載，長期的過負荷加大了火災發生的風險。

（三）塔架部位

塔架在發電機組中起到一個支撐作用，主要負責支撐葉輪和機艙這兩個主要部位，外觀一般表現為中空圓柱形，內部包含照明系統、電纜、變頻柜和控制柜等裝置，其中照明和電纜發生火災的原因和機艙部位中的這兩個部分發生火災的原因相似。變頻柜和控制柜發生火災的原因主要是因為設備老化而發生短路或者因為過熱導致。塔架部位一旦發生火災，如果不采取有效的消防措施進行控制，火勢將會迅速蔓延，造成難以預估的損失。

二、風電智慧消防優化措施

（一）設置風電智能消防控制系統

風電智能消防控制系統能夠在機艙無人的情況下及時地識別消防隱患，并自動采取措施控制火災，自動化消防控制的效果，進而有效地規避風電機組火災的發生或者降低火災發生時所造成的損失[2]。其中，風電智能消防控制系統主要包含火災探測與預警系統、撲滅系統和預警系統這三個模塊。其中火災預測和預警系統主要分布在葉輪、機艙和塔架等容易發生火災的位置，連續不間斷地監控和檢測風電機組內部的煙霧濃度、火焰和溫度等情況，假如機電機組內部的溫度等和火災發生密切相關的指標超出了系統設定的標準，將會通過信息傳輸裝置發出警報，并發送給滅火裝置進行滅火工作。撲滅系統主要負責滅火工作，其中滅火藥劑在滅火的過程中發揮了十分重要的作用，要根據不同的風電機組以及火災環境選擇合適的滅火藥劑。比如在風電機組內部密閉的空間內，應該選擇氣溶膠滅火劑來代替常規的CO2滅火裝置，這主要是因為CO2滅火裝置的安裝難度大，容易發生爆炸等風險。而氣溶膠滅火劑作為一種新型的滅火藥劑，在通過惰性氣體滅火的同時還能夠降低周圍的溫度，提升滅火的效率。對于空氣流動較強的消防隱患部位，應該選取高壓水霧滅火裝置，能夠通過防復燃溶劑和泡沫液的添加產生大量的噴霧，遏制火災的蔓延以及撲滅火災，具有成本低廉、效率高的特點。風電智能消防裝置能夠及時地發現火情，并自動啟動進行滅火，規避了傳統的消防車救火不及時，人工滅火效率低的困境，是實現風電智慧消防的創新性舉措。智能消防控制系統中的輔助系統主要是實現信息的采集和存儲功能，加強對火災的監督和管控，為監視和撲火系統的實施創造良好的條件。

（二）優化設備的設計與巡檢

因為雷擊而誘發火災是風電機組經常出現的消防問題，因此，要加強對風電機組的防雷設計。首先要根據具體的風電機組選擇與之相適應的雷電過壓保護裝置，避雷針和避雷器便能夠有效地規避過電流、電壓而導致的火災風險。通過對整個機組的系統性分析，判斷雷電可能經過的途徑，對其實施接地保護，將雷電產生的高強度的電流和電壓引入到地下，規避火災的產生。除此之外，還要加強對設備的巡檢工作，當風電機組停止工作之后，相關工作人員要加強消防巡查，對機艙內部的易燃物進行清理。并且還要重點檢查電纜等設備的絕緣裝置，對電路的連接情況進行巡查，保障各個裝置的穩定，杜絕因為設備設施的連接不緊密而產生火災。并且，工作人員還要定期檢查風電機組的各部位的運作情況，防止因為飛車等控制失靈而產生的火災。

（三）加強對油脂的控制

因為風電機組內部含有大量的潤滑油等易燃的油脂，如果這部分油脂外漏將特別容易產生火災。因此，要加強對油脂容易排出的部位的監督和管理，對這部分設備實施妥善的存儲。發電機的油脂排放出口通常位于發電機的軸承下部，當發電機的軸承高速運轉時將會產生大量的熱量，導致發生火災隱患。齒輪箱中的潤滑油發生泄漏時，可能會飛濺到飛速旋轉具有高熱度的動盤上而產生火災。因此，在風電智慧消防中，必須收集和保存好廢棄的油脂，將其放置在一個安全的部位，規避火災的產生。除此之外，還要加強油脂的清理工作，降低火災發生的概率。

三、結語

隨著我國風電產業的發展，我國的風電機組的技術水平在得到大幅度的提升的同時，火災事故的發生頻率正在逐步上升，傳統的風電消防措施已經不能夠適應當前風電機組運作的需求，因此，必須探索智慧風電消防措施，規避因為風電火災事故而造成的經濟損失。本文根據風電機組的結構分析了其容易發生火災的位置，然后提出了風電智慧消防的優化策略，希望能夠推動風電消防的發展與進步。

參考文獻：

[1]賈超，臧孟濤，王繼琳.海上風電場消防設計安全分析[J].電力安全技術，2020，22（4）：45-48.

[2]黃毅.風電工程海上升壓站消防系統優化分析[J].水電與新能源，2018，32（9）：71-74.