浅析风力发电机组火灾原因及消防系统的选择

【摘要】在国内外发生的风力发电机组安全事故中，火灾的发生频率仅次于叶片故障，随着风力发电机容量的提升，其可能造成的损失也随之增加。本文简述了风力发电机组发生火灾的原因，对火灾探测器的选择以及灭火药剂和灭火系统进行了研究分析。

【关键词】风力发电机组;火灾;消防系统;火灾探测器;灭火药剂

在我国现行的国家标准体系中，关于风力发电机组的自动消防系统的规定和规范几乎是空白。这使得目前的风电消防设计或验收无章可循，可能存在大量先天性的火灾隐患。建议有关部门一方面加强研究稳定可靠的自动消防系统，另一方面尽快出台适合风电行业特点的消防设计规范和相关的产品技术标准，从根本上解决风电行业面临的消防安全问题，为我国风电事业的健康发展保驾护航。

一、风电机组火灾原因

通过对近年来国内外相关风电机组火灾事故的分析，大致可以归结为以下几个因素。

1、电气故障引发火灾。电气故障也是引发风力发电机组火灾的主导原因之一。接地故障、过载、短路、电弧、磁暴、静电放电、绝缘层老化损坏、电气元件过热击穿、设备接插件和电缆接头接触不良等因素，都极易引起电气元件和电缆火灾。

2、机械故障引发火灾。叶片调节电机与控制系统在长期运行过程中，由于紧固部位松动或轴承磨损等原因，容易出现机械摩擦导致的表面过热，从而引燃周围易燃物。而当风力发电机组空气动力制动系统发生故障而采取机械制动时，转子减速所产生的热量也可能引起易燃可燃物燃烧。此外，电机过载或系统故障也会使发电设备过热，从而引燃油等与高温表面接触的易燃物。

3、人为因素引发火灾。风力发电场多数位于边远偏僻地区，气候条件恶劣，因此发电机组发生故障也较为频繁。在维修工作中，焊接、火焰切割、磨削等作业产生的高温及火花，极易引燃附近的易燃材料。

二、风电机组消防系统的选择

1、火灾探测器。火灾探测器必须在监测区域可用，且对预期的火灾特性敏感。在选择和操作火灾探测器时，必须充分评估风电机组所处的环境条件，包括温度、湿度以及沙尘等因素。

感烟探测器是自动消防系统中最常用的火灾探测器，它是一种对环境适用性较强又相对经济的探测器。根据灵敏度不同，其有不同的型号。但是感烟探测器不适用于相对湿度经常大于95%或有大量沙尘、水雾滞留的场所。其可用于机舱内部、各种控制柜及变流器柜内的火灾监测，若某个控制柜内选择了灵敏度较高型号的烟感探测器作为一级报警，则灵敏度稍低的型号将作为二级报警。

感温探测器对火灾的探测不如感烟探测器灵敏，但是可以适用于相对湿度经常大于95%或者有大量沙尘的场所。其一般安装在监测对象的附近，如距离太远，在火灾早期就无法起到监测作用。因此，感温探测器可以用作二级报警用探测器，安装在密封性较好的控制柜内。在风力发电机组的自动消防系统中若能用其他的探测器代替，则不选择感温探测器。

火焰探测器只靠火焰辐射就能响应，其对明火的响应比感温和感烟探测器快得多。可用于监测飞起的火花或电弧，但是无法探测阴燃火。因此，其比较适合用来监测发电机定、转子接线盒，刹车系统或变压器的火灾情况，可用作一级报警。

空气采样烟雾探测器是一种适用性很强的探测器，可用在各种位置及恶劣的工况下，且同一探测器可通过设置实现多级别火灾监测，但价格较昂贵。因此，可用于机舱或塔底这种空间密封性差、空气流动性大、噪音振动较大地方的火灾监测。

2、灭火药剂和灭火系统。灭火药剂和灭火系统的选择直接决定了灭火的效果。在选择灭火系统时，一方面，灭火药剂应尽可能选择无残留、无腐蚀性和无导电性的物质，以避免给风力发电机组设备带来间接损坏;另一方面，应充分评估风电机组所处的环境条件，包括温度、湿度以及沙尘等因素。根据选择灭火药剂的不同，风力发电机组自动消防可选择的灭火系统主要包括气体灭火系统、高压细水雾灭火系统、超细干粉灭火系统。

气体灭火系统的灭火药剂采用二氧化碳、七氟丙烷或氮气等，通过相对减少空气中的氧气含量，降低燃烧物温度，来使火焰熄灭。其适用于扑救各种可燃易燃液体、部分固体以及带电设备火灾，灭火效率高，且不会对机械或电子设备造成任何损害。但是，气体灭火系统主要适用于相对密闭的空间的灭火，一旦空间密闭条件被破坏，灭火失效率极高。其对人体有一定的毒害作用，喷放后药剂无法自行散逸，需要设置通风设施来机械排烟。因此，气体灭火系统可用于密封性较好的各种控制柜及变流器柜内的灭火，这种局部全淹没式系统也可以采用火探管式自动探火灭火系统，既可以形成点对点的保护，又可以降低造价。

高压细水雾灭火系统的灭火药剂采用粒径<200μm的水雾，遇火后迅速汽化，吸收大量的热，使得燃烧表面温度迅速降低，同时水雾汽化后形成水蒸气，区域整体包围覆盖，使燃烧因缺氧而窒息。其适用于扑救各种可燃易燃液体、可燃气体、部分固体以及带电设备火灾，灭火效率高，对防护空间无密闭要求，对人体无毒害作用。但是，高压细水雾灭火系统需要设置消防水池和高压泵站，如采用瓶组式灭火装置，也需要设置储瓶间，所需空间较大。因此，只要供水条件允许，高压细水雾灭火系统可用于空气流动性较强的机舱内部区域（包括的发电机、液压系统、齿轮箱、刹车系统、偏航驱动器等设备）以及相对密封的塔底区域的变压器等设备的灭火。

超细干粉灭火系统的灭火药剂采用粒径<20μm的干粉，遇火后分解汽化，产生大量游离基，进入气相与燃烧产物的游离基相作用，从而终止燃烧反应链，同时在燃烧表面形成残留物薄膜，使燃烧表面与空气隔绝。其适用于扑救各种可燃易燃液体、可燃气体以及部分固体火灾，灭火效率高，对防护空间无密闭要求，对人体无毒害作用，且无需设置储瓶间。但是，超细干粉释放后的残留物较难清理，且可能会对电子设备造成一定损害。因此，超细干粉灭火系统可用于塔架内电缆等设施的灭火。

低温S型热气溶胶灭火剂是由固体化学混合物（热气溶胶发生剂）经化学反应生成的具有灭火性质的气溶胶，以固态或液态的微粒为分散质的胶体体系，在喷口温度和气体洁净度上比传统热气溶胶有了大幅度的改进。在风电机舱的准密闭环境中，低温S型热气溶胶灭火剂能以全淹没的方式实现快速高效灭火，灭火完成后气体随空气流通而飘散，无残留，不影响机舱内的精密仪器设备。其常压、固态储存方式极其稳定，灭火过程也无需管网、不加压力，且在极寒、盐碱、震动等极端环境也具有较好的适应性。因此，从灭火效率、洁净度、适应性、性价比等方面综合考虑，低温热气溶胶是适合风电机组灭火的灭火剂。

结束语

风能作为可再生清洁能源，具有传统能源不可比拟的优越性，因而日益受到世界各国广泛关注。随着风力发电产业高速发展，风电机组运行可靠性问题突出，安全事故频发。在各类安全事故中，火灾的发生频率仅次于叶片故障。由于风力发电机组多无人值守，再囿于其所处的特殊地理位置和灭火技术条件的限制，一旦发生火灾，可能会导致整个机组全部烧毁，造成极大的经济损失。因此，研究稳定可靠的自动消防系统，制订相应的消防设计规范和标准，已经成为风电机组安全运行所亟待解决的问题。

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