風力發電機組火災事故原因及防范措施

趙發明

（國家電投集團廣西卓潔電力工程檢修有限公司，南寧 530000）

風能作為一種可再生能源，在推進綠色低碳轉型和實現我國“雙碳”戰略目標中起著舉足輕重的作用[1]。我國幅員遼闊，風能資源儲備豐富，風能資源豐富區分布廣泛。在各項政策措施的引導和支持下，風電產業得到了快速發展，即便受到全球新冠病毒感染疫情影響，依然憑借自身優勢和努力保持全球領先地位。隨著越來越多的風力發電機組投運，風力發電機組事故發生的概率和頻次也在逐步攀升，其中風電機組火災事故占有很大比例。因此，對風電機組火災產生的原因和特性進行分析，提出管理措施、技術措施和應急處置措施就顯得緊迫和必要。

1 概況

1.1 中國風電發展現狀

在“雙碳”目標下，新能源在新型電力系統構建中被賦予了“主體能源”地位，未來5~10 a 是中國能源轉型和綠色發展的關鍵期，風電等可再生能源發展空間巨大[2]。據國家能源局最新統計數據顯示，2022 年風電新增裝機約37.6 GW，同比增長11.2%，截至2022 年12 月底，全國風電累計裝機容量約3.7 億kW，占全部電力裝機容量25.6 億kW 的14.45%，風電成為我國第四大電源。十多年來，我國風電出現了躍升發展、領先世界，風電裝機占到全球約40%，每年新增裝機容量約占全球的一半。2013—2022 年中國風電累計并網裝機容量及在全球所占比重如圖1 所示。

圖1 2013—2022 年中國風電累計并網裝機容量及在全球所占比重

1.2 風電機組火災事故統計

據英國風能機構對全球風力發電機組發生的各類事故的不完全統計，截至2020 年，風力發電機組火災事故發生了403 起，約占到各類風力發電機組事故2 794起的14.4%，已成為繼雷擊后第二大毀滅性災害[3]。風電機組各類事故統計如圖2 所示。

圖2 截至2020 年風電機組各類事故統計

一篇來自《火災科學》的研究成果表明，風力發電機組發生火災事故的概率要比行業內普遍認為的概率高出10 倍之多[4]。幾位來自倫敦帝國理工學院、愛丁堡大學和瑞典SP 技術研究院的研究人員對20 萬臺風力發電機組進行了評估，認為當前公開報道的全球風力發電機組火災年平均發生為11.7 起，而實際每年可能發生117 起以上。

2 風電機組火災特性及原因分析

2.1 風電機組火災典型案例

2022 年5 月6 日，海南某風電場發生一起風機火災事故，導致風機變壓器及部分電氣設備燒毀。事故原因為箱變高壓側避雷器性能劣化，在風機送電恢復運行過程中避雷器擊穿造成風機變壓器著火。

2020 年1 月12 日，遼寧某風電場45 號風電機組著火，事故導致機艙燒損，輪轂及3 只葉片根部過火。事故原因為電氣柜內690 V 變頻器供電回路中連接350 A保險與L 型銅排螺栓的有效螺紋長度不足，因機械震動造成松動，松動部位持續發熱，引燃L 型銅排絕緣隔板，發生相間短路，最終導致柜內起火，將機艙引燃。

2018 年8 月8 日，新疆某風電場B8-311 風電機組發生火災，事故導致機艙燒毀、葉片根部及上節塔筒燒傷。事故原因為風機主軸軸承在運行過程中發生失效，軸承內、外圈與滾子、保持架劇烈摩擦產生高溫，導致潤滑油脂被點燃，火勢蔓延至齒輪箱、發電機等部位，引發火災。

2009 年7 月14 日，內蒙某風電場發生風電機組火災事故，事故造成機艙和葉片全部燒毀，所有部件損傷。事故原因為作業人員違章作業，在電焊過程中引燃機艙內泄漏積存的油脂，從而引發火災。

2.2 風電機組火災特性

2.2.1 可燃物種類多，火災隱患點多

風電機組主要是由金屬、玻璃鋼、橡膠和塑料等材質和構配件組成，加上電器電控設備、電線電纜、液壓油和潤滑油等各類油脂，在具備著火條件時，風機各個部位都存在不同程度的火災發生風險[5]。

2.2.2 處在通風環境，火災蔓延迅速

由于風電場通常處于通風良好，風力較大的環境中，且塔筒內部容易形成煙囪效應。據測定，因為有煙囪效應和火風壓的存在，在火勢發展的階段，火勢水平蔓延速度為0.5~0.8 m/s，垂直蔓延速度為3~4 m/s，100 m 的塔筒內火勢蔓延開來只需要33 s[6]。因此，一旦在風電場發生火災，火勢會快速蔓延，進而引發整個機組甚至整片區域內的大型火災。

2.2.3 火災撲救難度大，容易擴大影響范圍

風電場大多處于偏僻地區，交通不便，再加上風機高度一般是100 m 左右，內部多為獨立密閉的結構，給消防車和消防器材到達火災現場，開展火災救援帶來很多不便。而且伴隨火災的發生，一方面會產生大量的二氧化碳、一氧化碳、氯化氫等有害氣體，對電氣元件產生影響，降低絕緣性能，進而引發一系列的短路事故[7]；另一方面發生火災時，會掉落葉片和機艙的殘片，這些殘片往往具有高溫，非常容易引燃機組周圍的雜草和建構筑物，從而造成火災影響范圍的擴大。

2.2.4 設備價值高，火災損失大

現在每臺風力發電機組的價值都在千萬元上下，如果發生火災通常會造成較大的直接經濟損失，而且發生火災后快速恢復生產的可能性較低，因為較長的檢修恢復時間，還會造成較大的電量損失等間接經濟損失。

2.3 風電機組火災原因分析

2.3.1 客觀因素

一是風力發電機組內部有許多的易燃和可燃材料，因為結構及材料原因，不僅可能導致火災，同時也可能會加快火勢蔓延。二是由于風電機組大部分都處在山頂或海拔較高地方，容易受到雷擊，且伴隨著長時間運行，電氣元件及電纜存在不同程度老化，容易導致電氣元件過熱、絕緣降低或短路導致火災發生。三是目前國內許多風電主機廠在市場低價惡性競爭的情況下，未對風電機組配置有效的自動消防系統，導致火災前期不能有效遏制火源及火勢發展[8]。風電機組常見火災隱患部位及原因見表1。

表1 風電機組常見火災隱患部位及原因

2.3.2 主觀因素

一是維護檢修作業不規范，作業人員攜帶火種，作業后未及時清理可燃物，埋下火災隱患[9]；二是工器具使用不當，隨意接入電源或者未采取有效防護措施，因線路過熱或使用電焊機產生火花而引發火災；三是管理不到位，因保護定值整定不合理，保護裝置不能正常動作，甚至設備廠家為保證機組可利用率，故意掩蓋部分故障問題，如屏蔽安全鏈告警信息等。常見導致風電機組火災的人為因素及原因見表2。

表2 常見導致風電機組火災的人為因素及原因

3 風電機組火災防范措施

3.1 管理措施

1）健全規章制度，做好防火措施。建立健全風電機組火災預防和應急處置規范，定期開展消防知識培訓和事故處置培訓、演練，提高員工業務素質水平及事故狀態下的應急處置能力。

2）完善招標要求，滿足消防規范。在新建項目風電機組招標文件中明確防止火災事故要求，設計須滿足《防止電力生產事故的二十五項重點要求（2022 年版）》、CECS 391：2014《風力發電機組消防系統技術規程》等國家、行業相關要求和標準。

3）加強巡視檢查，防患于未然。一是梳理風機日常巡檢、檢修清單，按照巡檢及檢修周期開展相關工作。二是加強巡查和監測力度，當發現有電氣設備缺陷、漏油、溫度持續過高等安全隱患時，要早發現早處理。三是充分利用風電機組視頻監控系統，細化和完善監控的項目、內容和周期，利用視頻監控手段加強風電機組火災隱患的排查和治理工作，遇到高溫或者雷雨天氣，要適當加密監視頻次。四是發現有影響風電機組安全的故障或頻繁發生的故障，嚴禁遠程復位重啟，要及時就地檢查處理。

4）嚴格執行規程和工藝要求，開展風機維護工作。一是進入風機機艙、塔筒內，嚴禁攜帶火種、嚴禁吸煙。二是風機機艙、塔筒內的動火作業，必須按照要求開具動火工作票。三是嚴禁對風機任何保險進行短接或混用。四是嚴禁對風機任何信號進行屏蔽，尤其是溫度信號。五是電氣一次連接部位的電纜頭必須按照工藝要求進行制作，一次設備動力電纜必須選用阻燃電纜。六是電氣元器件的連接必須使用型號匹配的螺栓。七是嚴禁使用汽油、酒精等易燃物清洗和擦拭設備，若需清洗和擦拭，必須使用非易燃清洗劑。八是風機維護、檢修作業結束后，風機內不得留有廢棄的備件、易耗品、油品等雜物，應做到“工完、料清、場地清”。

5）做好定期試驗工作。制訂風機保護校驗（安全鏈功能、葉片互鎖、風機偏航側風等）工作清單，利用每年風機檢修契機，開展保護功能校驗工作，保證相關保護功能信號正常上傳風機監控系統。

3.2 技術措施

1）做好技術改造工作。對不具備火災報警及自動滅火功能的風機進行技改，在機艙、塔筒內裝設火災報警系統（如感煙探測器）和自動滅火裝置，風機平臺處按要求設置合格的滅火器。

2）加強機艙火災監測預警功能和停機保護完善工作。側重于以預防為主的智能化消防系統應用，采取安裝攝像頭、感煙探頭，完善消防裝置動作報警功能等措施，及時將報警信號接入風電機組SCADA 系統和遠程集控中心，實現機艙著火情況和消防裝置動作情況的遠程實時監控。

3）完善遠程診斷平臺功能。在風電機組電氣一次連接部位安裝測溫片，實時監測電氣一次連接部位是否存在發熱現象，并利用巡檢、檢修機會對測溫片顏色變化進行檢查。對密集敷設區域的動力電纜或重點部位，采用光纖測溫設備對電纜溫度進行實時監測，及時診斷發現溫度異常并預警，及時通知現場人員檢查處理。

4）在風電機組內可能泄露油脂或者廢油脂排出部位設計廢油收集裝置，定期加注油脂、清理集電環碳粉、清理機艙內油污，降低風電機組火災發生概率。

5）做好防火封堵與隔離。一是機艙和塔底連接線纜使用阻燃電纜或涂刷防火涂料，為防止電纜擠壓或摩擦產生火花，需在易產生摩擦的位置加裝防護皮網或金屬罩盒。二是在電纜過平臺、穿孔、進出線等重點區域和部位，實施防火封堵措施。三是在機組剎車盤處加蓋不可燃的金屬罩盒，防止高速剎車時的火花濺出。

6）定期對風電機組的接地設備進行檢修維護，尤其是雷雨、多風和汛期等季節來臨前對浪涌保護設備、防雷設備和接地設備進行嚴格的核查，將火災隱患控制在萌芽狀態[10]。

3.3 應急處置

3.3.1 應急處置程序

1）先期處置?；馂陌l現人員發現火情后，第一時間向風電場值班長進行匯報，并根據火勢情況對初期火災進行撲救。風電場值班長接到報告后，根據職責和規定的權限啟動現場應急處置方案，向公司火災專項應急領導小組辦公室報告，組織現場人員到現場根據風機著火部位及火勢情況判斷是否具備現場撲救條件，如具備撲救條件立即組織人員進行現場撲救，并做好現場隔離和警戒；如現場不具備撲救條件，應立即撥打119 報警電話請求消防隊支援，并安排人員到交叉路口等候并引導消防車趕往火災現場。

2）應急救援?；馂膶ｍ棏鳖I導小組組織召開應急救援工作會，啟動火災事故專項應急預案，成立應急救援指揮部到達火災現場組織協調事發單位（場站）和應急隊伍開展應急救援和后期處理。

3）擴大應急。若火災事故擴大時與相關應急預案的銜接程序為：若火災事故進一步擴大，造成設備損壞時，按要求啟動《電力設備事故專項應急預案》；若火災事故進一步擴大，導致人員傷亡，則按要求啟動《人身傷亡事故應急預案》。若超出本單位應急處理能力范圍時，由應急救援指揮部請求地方政府協調有關部門和機構、專業救災組織參與應急救援工作。

4）應急結束。滿足應急結束條件時，由應急救援指揮部宣布事故應急處理情況的終止。

3.3.2 應急處置措施

1）火災事故發生后，火災發現人員應在確保自身安全的前提下，立即停止該風機的運行，使用滅火器等滅火器材進行救火。

2）事發單位（場站）應做好人員疏散，確保人員安全。對火災現場進行隔離和警戒，對受火災威脅的各種物資、設備，采取可行的保護措施，或對其進行轉移，盡量減少損失。

3）如出現火勢無法控制或風機可能發生倒塌情況，應立即組織救援人員撤離火災現場，轉移到安全地帶，等待消防隊到來，并通知運行人員將該線路停電，盡可能減輕火災損失。

4）消防隊到達現場后，現場滅火指揮人員應立即與消防隊長取得聯系，并說明失火風機設備現狀、運行設備狀況及注意事項，然后協助消防隊開展救援工作。

5）當滿足應急結束條件時，由應急救援指揮部宣布應急救援結束、應急預案關閉，有序恢復生產和生活秩序。

3.3.3 注意事項

1）在火災發生的初期，現場運維人員應立即停止該風機的運行，對線路進行停電，安排人員進行隔離和警戒，利用風機周邊的消防設備積極對火災進行撲救，避免火災范圍的擴大。并根據現場實際情況，撥打119報警電話請求消防隊支援。

2）應調集和儲備必要的防護器材、急救藥品、備用電源和搶救傷員必備的器械等，以備隨時應用。

3）參加滅火的人員，在滅火時應防止被火燒傷或被燃燒物體所產生的氣體引起中毒、窒息，防止被燃燒物體引起相關設備的爆炸，佩戴能有效防止傷害的個人防護裝備和專業防護裝備。

4）火災發生時，應優先保證人身安全，其次是設備安全，不熟悉現場情況和滅火方法的人員不得盲目進入危險區域，不可盲目施救。

5）應急救援結束后要全面檢查，確認現場無火災隱患，各種消防設備恢復到正常狀態，總結應急救援工作的經驗教訓，提出改進意見建議并對應急預案進行完善。

4 結束語

綜上所述，隨著“雙碳”目標的提出，風電能源發展迅速，風力發電機組事故發生的概率和頻次也在逐步攀升，由于風電機組火災事故占有很大比例且損失重大，如何有效防止風力發電機組火災事故引起世界各國的高度重視。本文對風電機組火災特性、火災發生原因進行了分析，并從管理措施、技術措施和應急處置方面提出防范措施，希望能夠為風電機組防火災安全管理提供參考，同時也期待風電消防技術不斷更新迭代，為風電場的建設和安全穩定運行提供堅實保障。