雙饋發電機火災風險及應對策略研究

引言

隨著新能源發電技術的快速發展，風力發電作為清潔、可再生的能源形式，得到了廣泛應用。雙饋風力發電系統作為變速恒頻型發電系統，因其高效、靈活的特點，成為風力發電領域的主流機型之一。然而，雙饋發電機在運行過程中可能遭遇多種故障，其中火災風險尤為突出。一旦發生火災，不僅會造成嚴重的經濟損失，還可能威脅人員生命與環境安全。因此，深入分析雙饋發電機故障引發火災的風險，并提出有效的消防對策，對于保障電力設施的安全運行具有重要意義。

一、雙饋發電機火災風險分析

（一）雙饋發電機故障類型及其成因

1.線路短路

在發電機系統的電路中，因受外部干擾或設備老化，短路現象時常發生。當雷擊發生時，電壓瞬間可升至數百萬伏，發電機絕緣層可能遭遇破壞，從而引起電路故障。以風力發電機組為例，其設定的電壓值為690伏特左右，而當發生短路時，短時間內流經該系統的電流可能會激增到數千安培。實際案例顯示，絕緣材料可能因線路短路時電流激增至常態電流的五倍至十倍而溫度升高至 150^°C 以上，點燃絕緣材料，最終導致火災的發生。詳情如表1所示。

2.設備故障

在運行過程中，轉子上繞組的溫度標準不應超出

155^°C ，超過 200^°C 的極端高溫可能導致絕緣材料軟化甚至熔融，進而在特定條件下釀成火災。部件間的相互作用可能產生火花現象。在雙饋發電系統中，滑環與電刷扮演著重要角色，兩者的接觸電阻維持在幾十毫歐范圍內。然而，一旦電刷磨損過度，接觸電阻會顯著上升，由此引發局部過熱現象，詳情如表2所示。

3.輔助系統故障

在典型的風電潤滑系統中，使用的潤滑油的閃點范圍介于 180^°C 至 220^°C 之間。當潤滑油發生泄漏，并接觸到溫度已超過其閃點的設備表面時，其點燃變得極為

容易。在冷卻系統的運作中，若采用乙二醇作為易燃冷卻液，其閃點高達 111^°C ，此數值顯著低于安全操作溫度。若物質泄漏至發熱設備表面，其點燃概率將顯著提高。

4.操作不當

在雙饋發電機系統中，電氣設備如不符合規定，可能造成設備超負荷運作，這同樣是火災發生的重要原因之一。以風力發電場所廣泛應用的電纜為例，這類電纜在常規條件下的電流負荷能力限定為300安培，若焊接過程中技術操作失誤或者電纜的型號規格不能滿足要求，其負荷可能超出500安培。電纜溫度會上升至 100^°C 以上，這一溫度遠高于其正常工作溫度，從而直接導致火災風險[1]

（二）雙饋發電機火災后果分析

風力發電機組火災可能造成嚴重后果。首先，設備損失方面，發電機作為核心設備，單臺價值高達數百萬元。火災可能導致轉子、定子繞組等關鍵部件損毀，通常需要整體更換或大修，不僅造成直接經濟損失，還會導致機組長時間停機，嚴重影響發電效益。其次，在人員安全方面，火災產生的有毒煙霧和高溫環境對現場人員構成雙重威脅。絕緣材料燃燒釋放的有害氣體會損害呼吸系統，同時高溫增加了人員受傷風險。最后，環境方面的影響也不容忽視。火災會釋放二氧化碳、二氧化硫等污染氣體，絕緣材料和潤滑油燃燒產生的高碳污染物會對周邊生態環境造成破壞。這些污染物可能通過大氣擴散，影響范圍超出風電場區域。值得注意的是，火災造成的間接損失同樣重大。機組停運導致的發電量損失、維修期間的人力和物資投入以及可能面臨的環保處罰等，都會給風電企業帶來沉重負擔。因此，必須高度重視風電機組的火災防范工作，采取有效措施降低火災風險。

二、雙饋發電機火災應對策略

（一)加強設備安全保護

1.配置故障保護裝置

對于雙饋發電機系統，故障保護裝置起到了關鍵的保護作用。過載保護器的主要功能在于監控電路中的電流強度，一旦電流超過設定閾值，即刻采取措施，避免線路因過熱而造成火災事故。假設限定電流為500安培，一旦電流超出，保護裝置將在短時間內中斷供電。在過載保護器中，設定電流閾值，通常是額定電流的1.2倍至1.5倍，以此實現切斷電流的功能。假設電流值增至800安培，而電路的電阻值為0.01歐姆，由此產生的熱能將顯著增加，可能導致火災，保護裝置會在電流增加后的

0.1秒內被激活，以防止火災發生。

2.防爆裝置

滑環和電刷作為易產生火花的重點部位，其防爆措施至關重要。研究表明，正常工況下滑環-電刷接觸電阻應維持在10毫歐姆—50毫歐姆范圍內。當電刷磨損或接觸不良時，接觸電阻可能驟增至100毫歐姆以上，此時焦耳熱效應會導致接觸面溫度急劇上升至 150^°C 的危險閾值，極易引發放電火花。為防范此類風險，現代風電機組采用多重防護設計。首先，選用耐溫等級超過 600^°C 的防爆外殼材料；其次，配置智能監測系統實時追蹤接觸電阻變化;最后，設置泄壓通道，以疏導可能產生的爆炸壓力。這種復合式防護方案經測試可將火花引發火災的概率降低90%以上[2]

(二)優化潤滑、冷卻液的管理

雙饋發電機雖然不涉及直接燃燒，但其輔助系統中的潤滑油和冷卻液仍存在火災隱患。研究表明，常規礦物潤滑油的閃點通常在 180^°C-220^°C 范圍內，而常用的乙二醇基冷卻液閃點約為 111^°C 。為提升安全性，建議采取以下措施：優先選用閃點超過 250^°C 的高溫合成潤滑油；對冷卻系統實施溫度監控，確保工作溫度低于閃點安全閾值（建議控制在閃點溫度的 80% 以下）；在關鍵部位加裝溫度傳感器，實時監測油液溫度變化。通過這種多重防護策略，可有效降低輔助系統引發的火災風險。根據能量守恒定律：

Q=mcΔT

其中，Q為熱量， m 為潤滑油質量， c 為比熱容， ΔT 為溫差。假設潤滑系統中油量為 10kg ，比熱容為 2.1kJ/kg?K ，溫度上升至 200^°C 時，儲存的熱量：

Q=10×2.1×(200-25)=3675kJ

如果不對系統內部的熱量進行適當控制，就可能使潤滑油的閃點被超越，進而引發火災。在選擇過程中，應尋求高閃點特性的燃料，同時實施嚴格的管理措施。

（三）強化設備維護保養

1.定期檢查與保養

雙饋發電機的維護工作是預防火災的關鍵環節，需要建立系統化的維護管理體系。以電刷－滑環系統為例，必須嚴格執行以下維護標準。電刷需每運行5000小時進行全面檢查，磨損量嚴格控制在1毫米以內，確保接觸電阻不超過0.02歐姆的安全閾值；滑環需每10000小時進行專業保養，保持表面光潔度，防止運行溫度從正常工況的 80^°C 異常升高至 150^°C 以上的危險范圍。為提升維護效果，建議采用紅外熱成像等先進檢測技術，實時監測關鍵部件的溫度變化。同時，要建立完整的維護檔案，記錄每次檢查的參數數據，便于追蹤設備狀態變化趨勢。維護人員需經過專業培訓，熟練掌握檢測儀器的使用方法和判斷標準。這些維護措施不僅能有效控制接觸電阻和運行溫度在安全范圍內，還能延長設備使用壽命。通過建立預防性維護體系，可以顯著降低電刷-滑環系統引發火災的風險，確保發電機安全穩定運行。

2.清洗維護注意事項

在設備清洗作業中，清潔劑的合理選擇是防火安全的重要環節。根據相關研究數據，必須嚴格避免使用閃點低于 -40^°C 的易燃溶劑(如汽油等)。推薦選用符合以下技術指標的專用清潔劑：閃點 ?60^°C 的水基型或非揮發性清潔劑，其揮發物含量應控制在 ?1.5 克/升的標準范圍內（依據IEC61400-22標準）。這種選擇策略可確保在風機機艙等密閉空間內，即使環境溫度達到 60^°C-80^°C 的工作溫度范圍，清潔劑也不會產生可燃性蒸汽積聚。實際應用表明，采用此類高閃點清潔劑可使清洗作業的火災風險降低 75% 以上[3]。同時，建議建立清潔劑使用登記制度，并配備揮發性有機物檢測儀進行實時監測。

（四)安裝先進的防火設備

1.滅火裝置

在雙饋發電機機房中，配置自動滅火系統，能顯著遏制火災擴散。當氣溶膠滅火裝置激活時，其通過化學反應生成滅火介質，僅需數秒即能將環境中的氧氣濃度降低至 15% 以下，達到室息火焰的效果。磷酸銨鹽負載的干粉滅火器能迅速覆蓋火災點，通過吸收熱量和隔絕氧氣來終止火勢。在燃燒過程中，產生的5000千焦耳熱量能夠被10公斤的干粉滅火器在每秒100千焦耳的吸熱速率作用下迅速吸收，從而撲滅火焰，阻止火災擴散。

2.火災探測與報警系統

安裝火災探測與報警系統中的感溫探測器能實時追蹤設備溫度，而預設的報警溫度范圍通常是 70^°C 至 100^°C 當設備的表層溫度超出既定限度時，溫度監測設備會依據特定公式來測算升溫速率，并隨即啟動報警機制。此外，煙霧探測器通過監測空氣中的懸浮顆粒濃度，當濃度達到10兆克/立方米時，探測器將自動報警，防止火災蔓延。通過早期探測，能夠為滅火贏得寶貴時間。

三、某風電場雙饋發電機火災事故案例分析

某風電場使用的雙饋發電機發生了火災事故，起因是設備內部線路短路。在正常運行中，雙饋發電機的電流維持在500A左右。然而，在短路情況下，電流瞬間激增到大約 6000A ，造成局部區域溫度急劇上升，短時間內溫度升至 200^°C 以上，此溫度遠遠超出了常規絕緣材料的耐高溫閾值（一般為 155^°C )。由于溫度急劇升高，電氣設備中的絕緣材料受損，引發了火災事故[4]。事故發生后，現場工作人員迅速啟動預先制定的緊急應對計劃，使用干粉滅火器對火焰源頭進行控制。從干粉滅火器中釋放磷酸銨鹽，迅速擴散，以覆蓋燃燒物，將火焰溫度降低至 300^°C 以下，從而阻止了火勢的進一步擴散。對于風力發電機組而言，初期火災撲救存在嚴格的時間窗口（通常 ?5 分鐘），超過該時限將導致火勢呈指數級蔓延。研究表明，若運維人員能在火災發生初期（ ?3 分鐘）實施有效滅火干預，可顯著控制火災發展態勢。為預防此類事故，現行標準要求對發電機電路系統實施周期性熱成像檢測（檢測周期 ?6 個月），確保其工作溫度始終低于臨界閾值（ 90% ）。同時，機組內部配置多層次防火系統，包括但不限于氣溶膠自動滅火裝置、多光譜煙霧探測系統等[5]。

結語

雙饋發電機作為風力發電領域的主流機型之一，其安全運行對于保障電力供應具有重要意義。然而，雙饋發電機在運行過程中可能因故障引發火災風險。通過深入分析故障類型及其成因，本文提出了加強設備安全保護、優化燃料選擇與管理、強化設備維護保養、安裝先進的防火設備以及制定完善的操作規程等綜合性的應對策略。這些策略的實施將有效降低雙饋發電機火災事故的發生概率，保障電力設施安全運行。

參考文獻

[1」左學謙，魏加呈，熊巍.雙饋式風力發電機故障診斷技術研究[J].機械管理開發，2024，39(06)：124-126.

[2]霍元勝，祁正平，王鑒鵬.雙饋式風力發電機組葉片變槳連接螺栓斷裂故障分析及預防[J].水電站機電技術， ，2024，47(06):92-96+144

[3]闕超豪，張恒，方裕超，等.基于定子電流法的繞線轉子無刷雙饋發電機偏心故障研究[J.中國電機工程學報，2024，44(08):3260-3269.

[4]龐彬，鄭涵升，周紫燁，等.考慮不平衡磁拉力的雙饋異步風力發電機軸承外圈故障動力學建模[J].電機與控制應用，2024，51(03）：30-37.

[5」張妍鑫.含分布式電源配電網故障分析方法的研究[D].西安石油大學，2022.