高山林地風電機組火災原因和防護措施

王立剛

(黑龍江捷迅自動化設備有限公司，哈爾濱 150001)

1 高山林地風電機組火災特征

火災撲救難度大。因為地理位置和交通條件的特殊性，如果高山林地風電機組發生火災事故，在火災現場無法快速利用傳統公共消防設備，即使消防車到達火災發生位置，由于風機整體通常具有較大的高度，且風機采用獨立式密閉結構，將影響救援工作的開展。風電機組成本較高，如果發生火災，會造成較大的經濟損失。每次風機停機需要1～2 d的維護，要考慮產能減少和人工成本，即使采取外部救援，也無法彌補造成的損失[1-2]。

著火隱患點較多。風電機組各部位都可能存在火災風險，容易引起火災的包括機艙輪轂、齒輪箱中的潤滑油液壓油等及各種傳輸電纜由于熱聚集效應和電流過大引起燃燒。塔架中的各種電子設備，如變頻柜、控制器等，由于老化短路，都會引發火災。發生火災后，因為機艙空氣流動性較大，在塔筒內部可能會形成煙囪效應，加大火災隱患。

火災類型復雜。風電機組的主要材質包括金屬、玻璃鋼及橡膠等，可能會發生電氣火災、固體火災及液體火災等。由于安裝維護人員操作不規范會引起機械故障或電器短路，提高火災發生概率。

火災影響較大。高山林地發生火災后，風電機組周圍有茂密的植物，這增強了火災的危險性，如果無法及時控制風機火情，將會導致周圍林木著火，引發山火、林火，造成嚴重的財產損失。

2 風電機組火災類型

葉輪。風電機組葉輪主要包括葉片、變槳機構及控制裝置等，當前主要是利用玻璃鋼復合材料制作葉片，葉片夾芯結構利用巴沙輕木芯材，這類材料具有不易燃性，但是葉片雷擊發生率較高，因此很容易發生火災。如果葉片長時間處于超負荷運行狀態，將會因過熱老化發生電氣擊穿問題，控制箱通風效果較差，也會導致過熱問題，如果沒有及時處理，將會引發火災[3]。

機艙。塔筒是機艙的支撐結構，機艙罩全面包圍機艙，形成了獨立的空間，機艙包括主軸、齒輪箱及發電機等，因為機艙內部通風效果較差，因此機艙內溫度通常較高，內部電氣設備和線纜更容易發生老化問題。機艙設備長時間處于運行狀態，在實際運行中發生振動將會令接頭和插件松動，接觸電阻因此增加，不斷提高局部溫度。電氣火災出現頻率較高，機艙中控制柜著火之后，將會引燃整個機艙。機艙中各組件泄露潤滑油或液壓油之后，不但會嚴重污染機艙設備，還可能使火勢不斷蔓延。

塔筒。塔筒負責支撐風機葉輪和機艙，通常有幾個平臺，上下部之間具有獨立空間，在塔筒中還有爬梯和照明系統等。一些風電機組在塔筒下層平臺中設置變頻柜和控制柜，因為塔筒空間較小，很難保持通風效果，因此各種電氣元件更加容易發生老化問題。此外，各插件和電纜連接效果不好，將會引發電纜過流問題，損壞絕緣層之后，很容易引發火災問題。

3 高山林地風電機組火災發生的原因

3.1 雷擊放電

雷擊是高山林地風電機組最常見的火災誘因，我國逐漸實現了風電機組大型化發展，在50 m以上的高空放置風機機艙和葉片部件，將會產生突出的尖端放電效應。如果沒有合理設計選擇避雷設施或沒有合理選擇安裝位置，忽視日常檢修，將會增加雷擊火災發生率。選擇的避雷針具有較高的接觸電阻，將會顯著提高雷擊概率。高山林地本身具有較高的海拔，而大型風電塔筒和葉片的高度較大，將會提高雷擊發生率[4]。

3.2 發電機原因

風力發電機定轉子出口電纜對地絕緣不斷降低或發生短路故障，將會發生放電情況，引燃電纜設備。一些寒冷高海拔地區的機艙中，加熱器和發電機電纜距離較近，如果加熱器出現保護失靈，導致加熱器持續性工作，將會引燃電纜。一些風機因為出廠質量不符合標準，接線盒端子的距離不符合標準，導致螺絲墊片很容易放電，產生火災隱患。發電機軸承自動注油系統在運行階段發生故障，或利用性能較差的潤滑油，軸承運行階段承受較大的摩擦，將導致發電機軸承熱量堆積，引燃周圍的油污或遺落的布條等易燃物。此外，發電機軸承冷卻風扇工作失誤，會急速提高軸承的溫度。

3.3 電氣短路過載

風電機組電氣結構如果在日常運行中發生接地斷路等故障或電線短路等，引發過載問題，將會引發火災事故。發生靜電干擾或接觸不良等問題，產生的電弧將會點燃可燃物品，后者發生氣體點燃，將會引發火災問題。

3.4 油品泄漏

風電機組具有齒輪箱和液壓裝置，這些設備運行需要利用各類機油，如果設備制造不完善或發生密封磨損泄露問題，遇到高溫和明火，會觸發火災。油品泄露將會提高風機著火幾率[5]。

3.5 機械摩擦

如果風速較大或風機輪轂、葉片、發電機在實際運行中發生故障，通常會緊急制動停車，利用轉子減速實現制動，偏航剎車盤或風輪剎車盤在摩擦階段將會產生熱量，當發生剎車裝置故障或沒有采用合理的措施控制，都會產生火花，引燃周圍易燃物質發生火災。

3.6 人為失誤

氣候干燥時期，工作人員進入林區如果攜帶火種或沒有嚴格管理火種，將會引發林區火災，進而引發風電機組著火。操作人員的實際操作不合理或發生錯誤操作，如接錯電氣排線導致短路，造成氣溶膠罐誤噴風機誤報警。現在主流的滅火器材氣溶膠滅火罐，開始工作后會有引信物質釋放大量的化學能，如果冷卻劑配比不合理或個別產品存在質量問題，其本身也是火災隱患之一[6]。

4 高山林地風電機組火災防范措施

4.1 加強火災檢測

檢測人員需要精確檢測風電機組各個部位的火情隱患，合理安裝檢測儀表，根據報警級別安裝不同的檢測儀表。例如：在機艙和控制柜及電纜橋架等部位安裝點型煙感探測器，在發電機和轉子接線盒等部位安裝溫度探測器和火焰探測器等，因為這些部位很容易產生電弧和火花，在線纜走線處增加感溫電纜，因為電纜火災也是風機常見火情。利用智慧消防的預報警系統，精確檢測火災，檢測人員結合檢測儀表信息和報警冗余等，提出針對性的控制措施，準確開展檢測，提高滅火效率。

4.2 完善設備維護和消防設施

針對風電機組開展安全管理，加強風電機組消防管理，提高風電機組火災防范水平，注重設備管控，提高風電機組各部件質量。風電場需要嚴格要求供貨廠商，使其嚴格遵守行業規定生產設備，例如：風機葉片和機艙保溫層需要利用隔熱吸音棉，將防火涂料均勻涂刷在機艙內部。在機艙和塔筒中，要配備阻燃性電纜，配置火災預警系統。風機機艙中需要配置干粉滅火裝置和氣溶膠滅火裝置等，利用煙敏熱敏元件完成探測，落實滅火裝置誤報防護措施，避免因誤動作損害設備。風電場要加強購置和維護消防設備，根據高山林地風電機組實際情況，配置足夠的防火設備和滅火設備等，可以配置專業的呼吸器和防毒面具等，要定期維護風電機組的防火設備，及時實現設備更新換代，檢查滅火器是否處于有效期內，保障在發生火災時能有效應用[7]。

將防火封堵設備設置在每一節塔筒中，保障封堵設備的厚度，提高整體嚴密性。在電纜和其他部件摩擦部位，要安裝防護皮網和金屬罩，避免因摩擦而產生火花。要不斷提高火災預警系統和自動滅火系統的智能化、精準化，使其處于穩定的運行狀態。

4.3 利用滅火介質

風電機組火災類型不同，需要利用不同類型的滅火介質。選擇風電機組滅火介質，要根據電氣設備滅火要求，選擇的材料不能具備導電性和腐蝕性。使用干粉滅火器會產生干粉物質，會二次傷害風電機組的電氣設備，因此在精密性儀器中不能使用干粉滅火器[8]。在撲救電氣設備火災時，可以利用高壓二氧化碳和惰性氣體等，摻加少量的阻燃藥劑和泡沫液等，有利于優化撲滅效果，目前主流的滅火器材是氣溶膠滅火器。氣溶膠滅火過程中會產生氣體顆粒，不會對機艙內的機械設備、電氣設備產生影響。滅火后無需清潔各類設備，但是其價格較高，需要綜合考慮。風電機組剎車系統和發電機及液壓站等發生火災后，可以融合細水霧和阻燃藥劑等形成液體，作為滅火介質。

4.4 細化管理制度

風電場需要加強培訓維護人員，建立專業的維護隊伍，要提高他們的防火意識，所有人員進入到風機內部都不能吸煙，嚴禁攜帶揮發性液體。風電場可實施班組責任制，安排相關負責人負責不同的工作區域，避免在機艙中遺留抹布和紙張等易燃物，在機艙內部嚴禁任何明火作業[9]。

4.5 完善滅火系統

高山林地的風電由于路途遙遠，道路不便，無法實現人工實時滅火，技術人員可以選用自動滅火系統，在風電機組的機艙和塔底部位布置自動滅火系統，其中，機艙滅火系統主要負責管理機艙機械區域和機艙控制柜等，塔底滅火系統負責管理變壓器區域和電器柜等。在實際運行過程中，檢測系統利用溫度探測器和煙感探測器等檢測相關信號，發現異常信號之后會自動報警，向控制中樞傳遞火災預警，控制系統完成判斷之后，發出動作指令，開啟各個滅火器罐，撲滅火災。很多風場設有專門的視頻監控系統，通過環網線路連接中控站，這類風電可以配置手動工作模式，當值守人員通過視頻確定火情后，發出遠程指令實施滅火，以減小誤噴誤報的損失。

4.6 實施定期檢查和專項檢查

針對風電機組開展定期檢查，檢查風電機組維護質量，重點檢查輪轂、齒輪箱、電氣設備工作狀態。要開展消防檢查，檢查發電機出口電纜和機艙內部環境，觀察電氣排線端子是否出現虛接、斷接。要根據高山林地環境特征和季節特征等開展專項檢查，例如：觀察設備發熱情況，檢查風機接地導通性和防震性。控制定期檢查和專項檢查頻率，檢查與周圍樹木等易燃物的間隔距離，有序開展檢查[10]。

4.7 完善消防管理系統

開展消防管理，促使風電場工作人員嚴格遵守工作要求，為風電機組消防工作提供參考。要加強維修和保養，優化設備性能，開展消防設施管理，交付使用風電機組之后，要開展消防設施檢查和檢測，執行維護保養制度，使風電機組處于正常的工作狀態[11]。

加強檢查電器和電纜連接質量，避免因虛接電源回路引發火災。如果成本允許，風電場可以購買熱成像儀，檢查風機內部的電源柜和主電纜等，及時處理過熱現象。

施工作業管理，要保持風電機組內部良好的衛生狀態，避免存在任何雜物，及時清理機艙中暴露的齒輪油和液壓油等，避免留下隱患。將高空逃生裝置放置在機艙內部，如果發生的火災無法順利撲救，可以輔助維修人員逃生。

編排科學的火災應急預案。風電場要制定科學的火災應急預案，及時聯系當地消防隊，如果風電機組發生火災，要及時切斷電路電源，避免產生電網短路問題，安排專業人員控制起火范圍，提高滅火效率[12]。

4.8 加強驗收

要想提高風電設備防火水平，需注重設備帶電前的驗收和基建轉生產驗收工作，驗收消防設施的數量和位置，驗收電氣設備生產質量和安裝質量，配置風電機組保護定值，及時消除消防隱患，編制科學的應急預案。