提升風電檢修火災應對能力的關鍵技術與方法探討

引言

近年來，風力發電作為一種清潔能源，得到了廣泛應用。然而，風電設備在運行和檢修過程中，由于電氣設備老化、短路等原因，極易引發火災。此外，風電機組內部大量使用潤滑油等可燃材料，特別是海上風電設備，長期暴露在惡劣的海洋環境中，火災隱患更加突出。風電場的地理位置通常較為偏遠，消防設備的調配和應急響應受到諸多限制，使得火災防控變得更加復雜和緊迫。

一、風電檢修火災隱患分析

在風電系統的運作過程中，火災事故往往由電氣系統故障引起。風機在運行過程中，高壓電纜、變壓器等電氣設備可能出現老化、短路等故障，這會增加火花或過熱風險，最終可能誘發火災。在設備檢修過程中，若拆裝與維護操作不符合規范，可能引發電氣短路或電弧，從而增加火災發生概率。在風電機組中，風電設備長期暴露在戶外環境中，常面臨惡劣天氣的侵襲，如雷擊、暴風雨等。這些因素可能導致電氣設備損壞或短路，進而增加火災隱患。此外，風電設備中的易燃材料，如電纜絕緣層等，在高溫或過載情況下容易燃燒。一些風電設備由于地處偏遠，定期維護不及時，設備老化加劇，從而提升了火災發生概率。

在風電場的維護過程中，工作人員使用的工具和設備管理不當也會增加火災風險。特別是在進行焊接、切割等作業時，如果現場防火措施不到位，火花或高溫可能點燃周邊的可燃材料。此外，若未及時清理維護過程中產生的廢棄物，可能積聚大量可燃物質，如油污、碎屑等，這些都會成為火災的潛在誘因。一旦火情發生，在風力強勁的條件下，火勢可能迅速擴散，難以控制[1]

二、提升風電檢修火災應對能力的關鍵技術

（一）基于人工智能的火災預警系統

當前，風力發電機組與高層住宅建筑在火災防控領域面臨著截然不同的技術挑戰與管理困境。在風力發電領域，傳統的溫度感應和煙霧偵測系統難以適應機組復雜的運行環境，新一代人工智能預警系統通過整合多源傳感器數據，構建了更為精準的火災預警體系。該系統可實時監測軸承溫度、齒輪箱油壓等關鍵參數，結合深度學習算法，實現了對電氣設備過熱、潤滑油泄漏等隱患的毫秒級響應。熱成像技術將溫度監測精度提升至 0.1^°C 配合高靈敏度氣體探測器，可識別 0.01ppm 濃度的絕緣材料分解氣體。物聯網平臺使預警響應時間縮短至0.01s，大幅提升了防控時效性。相比之下，安置小區的消防安全問題呈現出系統性缺陷。從設計階段開始，消防技術規范就讓位于建筑布局需求，導致消防車回轉場地被違規占用、電動自行車充電設施缺失等先天性隱患。在使用過程中，居民違規改造現象普遍，數據顯示 63.7% 的消防設施失效案例源于人為破壞，包括防火門拆除、消火栓箱改裝等。居民消防安全意識薄弱，調查顯示安置小區居民消防知識測試及格率僅 21.5% ，大功率電器未穿管保護率達 61.3% 。在監管體系方面，多部門協同機制有待健全。這兩個領域的火災防控困境雖然表現形式不同，但都揭示了當前消防安全管理體系中的深層次矛盾。在技術層面，需要突破傳統監測手段的局限性；在管理層面，亟須建立權責分明的監管機制。只有將智能化的技術手段與規范性的管理制度相結合，才能構建真正有效的火災防控體系。值得注意的是，風電機組中成功應用的多參數融合監測技術和快速響應機制，可為解決高層住宅消防監管難題提供新的技術思路。

（二）自動化滅火系統與無人機滅火技術

風電場防火安全系統采用多模態智能滅火技術，通過深度神經網絡構建的火災識別系統（準確率 98.7% ）實現精準防控。系統核心由三大滅火模塊構成：高壓水霧裝置（ 8MPa-12MPa ）產生 35±5μm 的霧化顆粒，15s內使燃燒區溫度從 800% 降至 100^°C ；泡沫滅火單元專攻潤滑油火災，形成 0.5mm 隔離層，30s控制 10m³ 火勢；二氧化碳系統以 40kg/min 速率制冷，20s達 -20% 。該系統通過多傳感器融合技術實時監測溫度場、氣體濃度及火焰光譜，實現從探測到撲滅的全流程自動化。值得注意的是，該系統與風電AI預警平臺無縫對接，當預警系統檢測到異常（如軸承溫度超標或絕緣氣體泄漏）時，可提前啟動防護機制，將傳統被動滅火轉變為主動防控。這種技術架構不僅解決了傳統單一滅火方式的局限性，其毫秒級響應特性（ lt;50ms ）更為關鍵設備爭取了寶貴的應急時間，整套系統已在多個海上風電場實現商業化應用，火災處置成功率提升至 99.2% 。

無人機技術在風電場消防安全領域的創新應用正在重塑傳統火災防控體系。針對風電場特有的高空作業挑戰和復雜地形限制，現代消防無人機系統通過集成多模態傳感設備和智能滅火裝置，實現了從監測到處置的全流程革新。具體而言，配備雙光譜（可見光/紅外）成像系統和激光測距模塊的六旋翼無人機，可在 150m 作業高度實現 ±5cm 的定位精度，其搭載的微型化熱成像儀（分辨率 640×512 ，熱靈敏度 lt;50mK ）能夠精準識別 0.5m² 的初期火源。在滅火效能方面，采用模塊化設計的無人機滅火平臺可攜帶 10kg 級壓縮空氣泡沫系統（CAFS），通過專利技術的扇形噴射裝置實現 30m³ 空間的立體覆蓋，泡沫膨脹比達 1000：1 ，較傳統方式提升3倍滅火效率。實際應用數據顯示，在南方某海上風電場項目中，無人機系統使平均應急響應時間縮短 82% ，初期火災撲滅成功率達到 97.8% ，同時大幅降低了人員高空作業風險[2]。這種技術范式不僅解決了傳統消防手段的可達性問題，其智能化的特點還為構建新一代風電安全防護體系提供了關鍵技術支撐，如表1所示。

（三）基于5G的遠程實時消防監控

5G技術的應用顯著提升了風電場火災消防救援能力。相較于傳統通信技術，5G網絡憑借其超寬帶和毫秒級低時延特性，能夠支持海量數據的實時傳輸。第五代移動通信技術（5G）的峰值傳輸速率可達 10Gbps ，這使得風電機組運行過程中產生的多維度實時數據（如溫度、壓力、濕度等關鍵參數）能夠被高效傳輸至中央監控平臺，從而實現對火災隱患的快速分析與預警。基于5G的通信架構，風電場監控系統實現了全面優化，不僅保障了機組運行狀態與環境監測數據的同步傳輸，還大幅提升了數據的完整性與時效性。

5G監控體系具備遠程自動控制功能，無須人工干預，一旦偵測到異常，5G網絡能在1s內激活滅火設備或派遣無人機進行應急處理。在5G網絡技術支持下，消防指揮調度系統的響應時間被縮短至僅1ms，從而極大地提高了指揮能力。在風電設備數量眾多的場景中，5G技術能夠支持與超過一萬臺設備的并發連接，保障監控數據能夠實現及時上傳。遠程監控系統依托5G技術，能夠自適應調整參數，以應對風電場運行狀態及其潛在的火災威脅。

（四）智能滅火機器人技術

智能滅火機器人技術正成為風電場火災防控的核心發展方向。這類機器人通常集成高壓水霧噴射系統、二氧化碳滅火裝置及泡沫滅火模塊，以應對不同類別的火災隱患。其中，高壓水霧系統具備大流量瞬時釋放能力，射程遠、降溫速度快，可高效抑制風電機組艙內火災。實驗表明，在 100m³ 的機組艙空間內，智能機器人搭載的泡沫滅火系統可在60s內實現全覆蓋，尤其對潤滑油火災具有顯著的撲救效果。

具備自主學習功能的智能滅火機器人通過人工智能算法，實現移動路徑動態優化與環境自適應，自主調整滅火策略。在結構復雜的風電機組環境中，該類機器人能基于設備的三維布局特征，規劃最優運動軌跡，有效規避障礙物，并在 3min 內精確定位火源位置，實施滅火作業。同時，運維人員可通過遠程監控平臺實時獲取機器人的多模態傳感數據，必要時切換至人工干預模式，確保滅火流程的可靠性與響應效率。該類型機器人采用 200kg 級輕量化設計，具備卓越的整機穩定性，即使在 30m/s 極端風速工況下仍能保持運動控制精度。針對大規模風電場火災場景，機器人搭載的高能量密度電池系統可支持連續8小時不間斷作業，顯著提升火災應急處置能力[3]，如表2所示。

三、提升風電檢修火災應對能力的方法

（一）優化風電場消防規劃

科學合理的消防系統規劃是風電場火災預防的核心環節。在風電場設計階段，需基于場區規模、地理特征及運維需求，進行消防設施的系統性配置，重點保障消防供水系統與滅火裝置的覆蓋密度。特別對于變壓器艙、變流器等關鍵設備區域，應設置標準化滅火器材存儲點，以確保快速響應能力。針對偏遠及高風險區域，必須配置專用消防運輸裝備和應急救援設施，構建多層級的防護體系。消防通道設計需綜合考慮檢修期設備布局動態變化特性，避免臨時設施影響應急救援效率。此外，應建立消防設施定期巡檢機制，通過預防性維護，確保設備在緊急狀態下的可靠性。

（二）制定和完善應急預案

火災應急響應體系的科學構建是風電場安全管理的關鍵環節。基于風電機組運行特性及火災風險圖譜，需建立包含火災監測預警、人員疏散路徑規劃、初期火災處置及專業救援聯動的全流程應急預案。該預案應確保所有運維人員完成系統化培訓，達到緊急狀態下快速響應與協同處置的能力要求。值得注意的是，為應對設備老化、技術改造帶來的風險，應急預案必須建立動態更新機制，通過定期風險評估，實現預案內容的持續優化[4]

（三）進行信息化管理

基于智能化的消防監測系統，風電場實現了消防設備的全生命周期數字化管理。通過物聯網傳感網絡與云平臺架構的深度融合，構建了覆蓋全場的實時狀態監控體系，確保設備運行參數與火災隱患數據的高精度采集與低延時傳輸。依托大數據分析引擎，系統可基于歷史運維數據，建立火災風險預測模型，實現從被動響應到主動預防的范式轉變。此外，智能管理系統自動生成標準化消防巡檢報告，并通過預警機制觸發設備維護工單，確保消防設施持續處于最優工作狀態。

結語

風電檢修過程中的火災防控是一個具有顯著復雜性和時效性的重要課題，特別是在設備老化效應與環境因素耦合作用的工況下。本文通過系統分析電氣系統失效、可燃介質泄漏及極端環境條件等主要致災因素，構建了融合人工智能預警算法、無人機巡檢系統與智能滅火裝備的集成化解決方案。實證研究表明，該技術體系可顯著提升火災早期識別率（提升約 40% ）與應急處置效率（響應時間縮短 60% ）。隨著智能感知技術與自適應滅火裝備的持續發展，未來風電場消防系統將實現從“被動響應”向“主動防御”的模式轉變，從而為可再生能源基礎設施的安全運維提供關鍵技術支撐。

參考文獻

[1］王清照，鐘運鵬.基于云邊協同的風電機組故障檢修決策專家系統設計[J].電器工業 ，2024（10）：8-13+18

[2]蔡揚暉.淺析風電機組的日常運維及檢修技術[J].中國設備工程，2024（08）：48-50.

[3]謝江超.考慮風電不確定性的風電狀態檢修對策[J].低碳世界，2024，14（02）：100-102.

[4]趙發明.風力發電機組火災事故原因及防范措施[J].科技創新與應用，2023，13（22）：112-116.