摘要：近年来，随着环保要求的不断提高以及社会用电负荷的快速增长，新能源发电快速发展，其中风力发电尤为突出。随着风力发电规模的急剧扩张，近几年国内外风力发电机组火灾也频繁发生。由于风力发电的特性，风力发电场基本处于偏远山区、海上，交通不便，发生火灾后往往消防车辆、设备不能快速到达，且风力发电机组的高度远远超出消防水枪可以达到的高度，导致风力发电机组火灾后只能对着火风机外围进行控制，眼睁睁的等待机舱火势自然熄灭。每一次的风力发电机组火灾都是对风电场的承重打击。由于风力发电机组的特性决定，风力发电机组着火后这一台风机必然报废，机舱及叶轮中所有设备需要更换，涉及的采购、运输、吊装成本高、周期长。导致巨额的直接经济损失及间接经济损失，更造成恶劣的社会影响。本文从现代消防的安全角度出发来对风电机组的火灾成因以及灾害程度进行分析，从管理角度及技术角度提出合理的预防和控制措施，希望能减少风力发电机组火灾事件的发生，促进风力发电更好的发展。
1.引言
当前全球环境污染面临着严峻的形势，在2017年12月肯尼亚首都内罗毕拍摄的第三届联合国环境大会上，各国环境部长首次在联合国环境大会上共同发表了政治宣言，从政治层面支持全球环保事业。宣言提到，各国环保部长将继续依循《里约环境与发展原则》，努力治理污染。我国也在不断加强环保工作力度，“绿水青山就是金山银山”观念深入人心，禁止洋垃圾进口、中央环保督查、重点流域水污染防治、全国土壤详查、京津冀及周边地区秋冬季大气污染攻坚战、污染防治作为三大攻坚战之一等，一系列重大事件将环保与人民的生活紧密连接。在我国经济快速发展以及全社会用电设备负荷的持续增长，在环境保护的大形势下，风能发电已经成为全世界可再生能源发展的重要方向，全球风力发电装机从2012年的282850MW快速增长到2017年的539123MW。从全球风电累计装机容量的分布看，截至2017年底，全球风电市场主要集中在中国、美国、德国、印度和西班牙。其中，中国累计装机容量达到188392MW，位居世界第一。但是在风电机组装机容量和机组参数在不断增加的同时，机组运行中的各种事故也引起人们的重点关注，并且影响着发电机组乃至整个电网运行的可靠性。在众多事故中，火灾事故是其中最大的灾害之一，因此，风电机组的火灾防控也成为风电场运行中的重要管理工作，需要从现代消防的安全角度出发来对风电机组的火灾成因以及灾害程度进行分析，并提出合理的预防和控制措施。
2.风力发电机组的构成及起火原因
我国目前比较常见的风力发电机组均为三桨叶、上风向、升力型、水平轴风力发电机，有双馈异步以及永磁同步两种机型，两种机型的差异主要为双馈异步机型较永磁同步机型多了齿轮箱系统，永磁同步机型变频器为全容量变频器。其他主控、变桨系统等大同小异。整个风机主要部件基本为：叶轮、机舱、塔筒，机舱中布置了发电机、齿轮箱、偏航系统及其他液压、冷却等辅助设施，塔底一般安装有控制系统、变频器等设施。值得一提的是随着机组单机容量的提升，目前风机变频器的容量也在增加，目前主流的变频器均安装在塔底，也有部分风机安装在机舱，甚至部分箱式变压器也同时安装在机舱，这一点在海上风电较为常见。主控、变桨等控制系统分散安装在塔底、机舱以及轮毂内。
风力发电机的机舱通常布置有发电机、齿轮箱、液压站、偏航电机等系统，部分机型还将变频器、升压变压器安装在机舱。伴随着这些设备的必然就有齿轮箱润滑油、发电机轴承润滑油、偏航电机减速箱润滑油、主轴承润滑油，整个机舱随处可以看见含有油脂的设施，这些特性决定了风力发电机组的机舱及叶轮极易引发火灾，这也与目前已发生的风力发电机组火灾情况一致。
根据目前的风力发电机组火灾情况来看，通常发生在机舱，起火的原因主要有如下几点：
(1)动火作业，受风力发电特性决定，机舱安装有风力发电机组的主要部件，部分作业需要动用明火，如目前常见的轴承拆装，在动用明火时稍有不慎就可能引燃机舱的易燃物品，进而引发火灾。
(2)电气短路，风力发电机的机舱除了安装有大型的发电机外，还布置有偏航、冷却、润滑等辅助电动机以及各种动力电缆，部分机型还有变频器、变压器安装在机舱，这些电气设备、电缆一旦发生短路故障极易引发火灾发生。
(3)维护质量问题，风电机组每年都需要定期进行维护，特别是转动部分的润滑油脂及冷却系统。维护不到位直接导致转动部位如发电机轴承润滑不良，油脂板结，直接后果就是轴承在转动时产生高温，进而加剧润滑油脂老化，轴承磨损异响以及跳动，在发电机发电时轴电流的影响下直接发生火灾。
(4)由雷击导致火灾，风电机组自身都比较高，又往往树立在比较高的山脊上或平原亦或是在海上，周边地势开阔，这些因素的叠加导致风电机组容易吸引雷击。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆雷击能量的大小很难预测，而风机的防雷设计系统都是按照一定的标准设计，是有容量限度的。当防雷系统缺陷或者实际的雷击超过设计标准时，就会发生火灾。
(5)作业人员违章带入火源，部分作业人员习惯将香烟、打火机等带入风机，在风机内部抽烟、甚至一边作业一边抽烟，抽烟的明火随时可能引燃机舱的油脂等易燃物。
3.风力发电机组火灾特点
正是由于风力发电机组由以上几个重要部分组成，而且对以上部分的火灾危险性进行分析可知，风力发电机组的火灾特点主要有：一是南方风电场通常会处于山脊、三北地区会处于开阔的平原等风力比较大的地方，而且发电机组周围没有建筑物的阻挡，因而一旦发生火灾就会具有非常快的蔓延速度，因而会导致整个机组乃至整个区域内发生严重的火灾事故。二是风电场通常都处于比较偏僻的区域而且具有较大的占地面积，一旦发生火灾之后对自救能力有着较强的依赖性，而外界的救火设备和人员也难以快速进入火场。三是风力发电机组的高度远远超出了目前国内消防车辆等设施能达到的高度，目前塔筒高度普遍在80米以上，最新的机型塔筒已经达到了140米的高度，一旦机舱着火。四是风机内部具有较多的易燃物以及可燃物，主要是各种油脂、叶片、线缆等材料，而且风电场周围通常还具有较多的草地和树木，增加了风电机组发生火灾的危险性。五是风电机组造价高、着火后基本整个机组报废，且恢复难度高、周期长。一旦由于火灾而造成破坏，不仅会造成巨大的经济损失，而且恢复生产的速度较慢，给风电机组的正常运行造成严重的影响。
4.风力发电机组火灾预防措施
4.1加强风力发电机组维护质量，定期对机组进行巡视检查
在对风电机组中的各个组成部分以及火灾危险性和特点进行分析之后，就需要针对风电机组中的具体情况来进行维护及巡检，重点对机组运行中轴承以及的各部位的漏油、温度异常升高以及电气设备缺陷等问题进行检查以及及时发现和处理。并且在雷雨以及大风等季节来临之前增加对设备的检修频率，并且需要专门的火灾安全防范小组来进行火灾防控专项检查等工作，重点对风电机组中的浪涌保护设备、防雷设备以及接地设备的可靠性进行检查。
4.2建立健全火灾防范法规
针对风电场发生火灾之后的危害以及进行火灾防范的重要性，首先就需要针对以上特点来建立风电场的火灾预防以及处理规范，而且定期根据风电场的检查以及事故情况来对员工进行培训和教育，对检查结果进行通报以及对事故案例进行分析，通过培训确保员工掌握火灾防范的防范以及火灾事故发生后的应急处理措施，提高员工的防火安全意识，保证发电机组的安全运行。
4.3加大对消防设施的投资投入
正是由于风电场发生火灾时外界的救援力量难以快速到场并发挥作用，为了提高风电场自身的火灾防范以及救援能力，就需要根据风电场的实际情况以及环境要求来进行必要的防火以及灭火设备的采购和设置，重点要配备数量足够且规格符合要求的呼吸器、防毒面具以及灭火器等。还要定期对这些消防设备的质量进行检查，确保其在有效期内并且在火灾发生时可以发挥其正常的作用，减小火灾事故所带来的危害。
4.4提高风电场的消防技术水平
在加大资金投入配备足够的消防设施的前提下，还要加大对员工的消防技术培训，并且对于风电机组的硬件设备来说，为了提高其消防能力，需要每一节塔筒都要使用防火封堵设备来设置分区并确保封堵设备具有足够的厚度和严密性。而且在机舱以及塔底连接的线缆中采用可阻燃的电缆或者在线缆上进行防火材料的涂刷。在电缆以及其他可能出现摩擦问题的部位进行防护皮网以及金属罩盒的加装来避免被挤压或者由于高速摩擦而产生火花。此外还要进行先进的火灾预警系统和自动灭火系统的安装来确保系统的安全和稳定。
5.结论
风电场中针对风力发电机组的构成以及特点来采取相应的火灾预防措施一直是风电场日常管理的重点之一，不仅如此，针对机组中的关键部件还要保证其产品质量以及运行中的参数等的合理性，并且进行过载保护以及漏电保护和短路保护装置的设置，机组周围严禁存放易燃易爆物品，员工持证上岗，提高火灾防范意识，确保风电场风力发电机组的安全和稳定运行。
参考文献:
[1] 郭永刚, 惠鹏, 鞠伟. 风电场风力发电机组火灾预防分析[J]. 科技资讯, 2017(36).
[2] 张楠. 风电机作业中的火灾防范措施初探[J]. 农村经济与科技, 2016(10):280-280.
论文作者:程威
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
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