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消防安全保護系統在風力發電機組中的應用

文檔作者：呂貴龍張宇邵宇鷹文檔來源： 1．上海電力學院 2．上海市電力公司3．上海市電力公司		點擊數：	更新時間： 2021年06月06日
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第33卷第5期
2012年1O月 電力與能源 471
消防安全保護系統在風力發電機組中的應用
呂貴龍 ，張 宇。，邵宇鷹。
(1．上海電力學院，上海200090；2．上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437；
3．上海市電力公司培訓中心，上海200438)
摘 要：風力發電近年來獲得迅猛發展，風力發電機組消防安全問題也日益突出。分析了風力發電機組發生
火災的特性，在查閱國內外相關標準的基礎上，總結了國內外有關風力發電機組消防技術的發展情況，指出
開發設計更為完備的風力發電機組消防安全保護系統的必要性，提出綜合消防保護系統設計方案，并對未來
投入運營提出展望。
關鍵詞：風力發電機組；消防安全；設計方案
中圖分類號：TM614 文獻標志碼：B 文章編碼：2095—1256(2012)05—0471—03
Application of Fire Safety Protection System on W ind Turbine
Lv Guilong ，Zhang Yu。，Shao Yuying
(1． Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China；
2． Electric Power Research Institute，Shanghai M unicipal Electric Power Co．，Shanghai 200437，China；
3．Training Center，Shanghai M unicipal Electric Power Co．，Shanghai 200438，China)
隨著風力發電的迅速發展，大型風力發電機
組的大量應用，機組運行的安全性越來越受到關
注。火災是風力發電機組經常發生的事故，當風
機發生火災時消防人員往往很難靠近現場，特別
是火災大部分發生在5O m以上的機艙內，火災造
成的后果和損失將是毀滅性的。但是我國目前風
力發電機組防治火災的措施非常落后，許多風電
場的風力發電機組僅在機艙內放置手提式滅火
器，對于撲滅突發的火災起不了多大作用。因此
研究開發新型的更為完備的風力發電機消防安全
保護系統勢在必行。本文將分析風電機組發生火
災的原因，總結國內外風電機組消防工作的技術
進步，并對風力發電機消防安全保護系統的設計
方案進行探討。
1 風電機組發生火災的原因
風力發電機組主要由塔架、葉片、傳動系統、
發電機等構成，火災主要發生在發電部分及轉動
部件。發生火災的原因主要是電氣設備運行故
障、雷擊以及轉動部件潤滑故障_1]。
1)電氣設備運行故障 在風機的安裝過程
和運行過程中由于各種不可預知的因素，容易發
生如接地、短路等電氣故障，這些故障會導致某些
設備過流過熱，嚴重的故障還會產生電弧等，成為
引發火災重要原因。
2)雷擊 因風力發電機組位于50 m 以上高
空，特殊天氣容易遭受雷擊，如果避雷設施老化損
壞維護不當，極易引發火災。
3)轉動部件潤滑故障 風力發電機許多設
備的部件在運行時處于高速轉動狀態，一旦某些
部件發生過載或電機潤滑故障就會因為強烈摩擦
發熱，導致與這些設備表面相接觸的易燃材料起
火。風力發電機在緊急制動時產生飛濺的火花，
也可能點燃機艙內易燃物。
另外，風力發電機艙內的可燃易燃材料，例如
被油污沉淀污染的隔音泡沫、齒輪箱用油、變壓器
油和潤滑用油等，如果放置不當也會成為火災
隱患。
雖然風力發電機組的設計考慮到了發電機可
能因為過載發熱導致起火，一般都配置了過流保
護、過壓保護系統；雷擊也是發電機和其他電器裝
置的起火原因之一，風力發電機組的建設通常也采
用了有關保護措施。但是這些措施不足于徹底防
止風力發電機組的火災，根據有關資料，2009年世
界風力發電機組安全事故共715起，其中火災事故
138起，約占事故總數的五分之一，見表1。
風力發電的發展必須以安全可靠為前提，為
472 呂貴龍，等：消防安全保護系統在風力發電機組中的應用
保障風機安全可靠運行，需制定專業標準發展消
防安全保護技術從而保障安全生產，為風力發電
的進步發展保駕護航。
表1 2009年世界風力發電機組安全事故統計
事故類別 發生起數 占比／ 后 果
死亡 6O 8．4 死亡66人
傷害 38 5．3
葉片 167 23．4 葉片損壞脫落
火災 138 19．3 毀滅性
結構損壞 84 11．7 主要部件塔架
冰雪災害 27 3．8 結冰拋擊
運輸 45 6．3 運輸和裝卸
破壞環境 60 8．4 動植物死亡
其他 96 13．4
總數 715 1O0
2 風電機組消防工作的技術進步
近些年，風力發電機消防安全問題已經得到世
界各國重視，例如美國國家防火協會NFPA、德國
VDS和德國勞氏船級社已經給出了相應的技術規
范。其中德國國家標準DIN EN 50308-20056風
力發電機組防護措施的設計、操作和維修要求》，包
含了機組的消防安全防護；隸屬于德國保險業聯合
會(GDV)的安防認證機構VDS于2007年制定了
風力發電機消防系統測試認證標準；2008年德國
勞埃德船級社(GL)制定《風力發電機組消防系統
評定規程》；歐洲防火聯邦委員會(cFPAE)為了進
行風電防火采用的《風力發電機組防火導則》(Vds
一35236Wind turbine fire protection guideline》)；美
國NFPA 8506發電廠和高壓直流轉換站的防火推
薦規程》，在2009年的修訂版中增加了對風電機艙
及附屬設施的火災防護標準。
我國還沒有統一的風力發電機組消防標準，不
過在2008年，寧夏消防總隊出臺了地方標準《寧夏
風力發電機組消防系統設計施工、驗收規范》。上
述這些標準的提出，同時也為風力發電機組消防安
全產品的生產商和運營商提供了參考。可以看出，
我國的風力發電機組消防工作起步較晚，與先進國
家相比，消防管理和防火技術比較落后。隨著我國
風力發電應用的快速發展，政府和相關部門必須建
立完善的風力發電機組消防制度，加快風力發電防
火技術和設備產品的研發和應用
目前風機葉片主要采用以有機物為主的玻璃
鋼復合材料制成，是機組最可能起火燃燒的部件。
美國NFPA 850-2009《發電廠和高壓直流轉換
站的防火推薦規程》推薦采用不燃材料制作風機
葉片和機艙等重要部件。
根據相關文獻報道，我國一些研究人員采用
阻燃添加劑提高葉片的阻燃性能，例如某公司研
制成功具有隔音、保溫和阻燃性能的風力發電機
組機艙隔音結構，并已申請專利。這些研究從風
電設備制造源頭上進行了相應的改進，為風電機
組火災預防提供了第一道保障。
一些新型的安全防護系統具有很好的應用效
果，例如：德國MINIMAX公司提出的防護系統
由FIRE DETECTION SYSTEMS(火災探測系
統)、GAS EXTINGGUISHING SYSTEMS(氮氣
撲滅系統)和MINIFOG SYSTEMS(水霧噴防系
統)三個部分構成，見圖1。
氮氣罐
圖l MINIMAX 公司的系統設計圖
由圖1可知，火災探測器對機艙等具有火災
隱情的重點部位進行在線探測，可以提供預警信
息；一旦發生火災氮氣和高壓水霧滅火裝置迅速
動作，有效制止火災蔓延。作為一種單體防護系
統，該防護系統布置方便，操作簡單、效率高，設備
運行的可靠性好。
智能消防在線應急系統以在線監測預防為
主，可以對機組運行進行監視和安全性檢測，并在
火災發生時自動采取各種迅速有效的消防措施。
我國公安部天津消防研究所和四川消防科研所共
同進行的風力發電機組火災特性及專用消防系統
呂貴龍，等：消防安全保護系統在風力發電機組中的應用 473
優化的試驗研究工作，結合實地調研成果對風力
發電機組的火災特性就行了探究，并在這個基礎
上提出了一種包括防火分區、火災自動探測裝置、
自動報警和滅火裝置的一體化風電機艙專用消防
系統。王瑞闖，林富洪等提出風力發電機在線監
測與診斷系統的技術應用l2]。這些產品和研究工
作為消防安全增添了技術多樣性，同時為風力發
電機組在線安全運行監測提供了參考。
新型風力發電機組消防技術的采用提高了風
力發電機組運行的安全，但在應用過程中一些設
備也出現了某些不足和缺陷。例如MINIMAX
公司提出的方案，雖然被實踐證明工作效率高，但
作為一種獨立防護系統還不能很好地利用風機綜
合監控的信息資源，系統的可靠性受到一定影響。
我國一些學者提出的消防系統設計方案例如智能
消防在線應急系統，也不包括與現有綜合監控系
統集成的措施，系統獨立運行可靠性不能得到保
證，必須不斷改進和完善才能滿足風力發電機組
安全保護的要求。
3 綜合消防安全保護系統的要求
為了讓風力發電機組獲得更為完備可靠更安
全的消防保護，消防保護設備必須能夠與現有綜
合監控系統實現數據共享和通信，同時在發生火
災時又具有一定獨立性。
新型的消防保護設備可以采用綜合消防安全
保護系統，見圖2。
圖2 綜合消防安全保護系統框圖
1)火災探測與預警 風力發電機組容易著
火部位，主要有塔底的變流器、控制柜、變壓器等，
機艙內部的發電機、液壓系統、齒輪箱、剎車系統、
偏航驅動器、控制柜等，以及輪轂內部的驅動電
機、控制柜、電池柜等。獨立的火災探測器應當能
及時快速探測到發生的火災。
為此，可以在風力發電機組容易著火部位，布
置熱傳導線纜、感溫電纜或光纖火災探測器，利用
這些傳感器對風機機艙內部各部件溫度、煙霧濃
度和火焰進行實時監測，保證現場信息快速準確
地采集。根據傳感器采集的信息經系統數據處理
后，可以成為火災預警信號或者和消防設備動作
執行信號。
2)火災的撲滅 為了能夠及時高效地撲滅
火災，首先要有可靠的滅火系統，包括適合火災環
境的滅火藥劑，例如：相對密閉的空間應當配備惰
性氣體，發電機、齒輪箱和剎車系統等空氣流動性
較強的位置，應當采用高壓水霧滅火裝置。消防
安全滅火系統必須能夠快速準確地判斷現場火
情，并有不受其他控制系統制約的獨立控制功能，
能夠給出滅火設備的動作信號并執行滅火操作，
還要具有人工啟停控制。滅火系統的設計方案應
當經過優化，并根據不同的風力發電機艙開展不
同環境下的試驗評估，以保證在各種環境里都能
保證正常運行。
3)輔助系統 輔助系統應當能夠與綜合監
控系統實現通信和數據共享，實現包括視頻監測、
信息采集和儲存等功能，將消防安全保護系統集
成到現有的綜合監控系統當中構成一個更安全更
可靠的綜合監控系統。為了保證系統可靠性安全
性，風力發電機組轉動潤滑部位、電氣設備、電纜
束和塔身內等重點部位還必須設置應急滅火的輔
助系統。
4 結語
隨著對風機安全問題的深入認識，風電機組
配備高安全可靠性的保護系統將成為必然。隨著
這一問題的研究不斷深入，風力發電機組消防安
全保護技術有待進一步改進和完善，構建更為完
備可靠的風力發電機組安全保護系統是大勢所
趨，這一系統的研究與開發在國內具有廣泛的社
會價值和廣闊的商業應用前景。
參考文獻：
[1] 尋征軒．自動消防系統在風力發電機組中的應用LJ]．上海
電機學院學報．2010．1(61)：61—62．
E2] 王瑞闖，林富洪．風力發電機在線監測與診斷系統研究[J]．
華東電力．2009。37(1)：190—193．
收稿日期：2012—09—15
作者簡介：呂貴龍(1988一)，男，碩士研究生，研究方向為風
力發電機組安仝保護技術。
(編輯：吳國粱)

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