摘要：随着我国经济的发展，我国居民用电需求越来也大，但是传统发电方式，资源消耗较大、环境污染较严重。在倡导生态文明的大背景下，在资源日益枯竭的紧迫条件下，清洁能源的发展是大势所趋。尤其作为主要绿色发电方式，风力发电机组的应用范围越来越广，对于风力发电机组的防火性能也越来越重视。本文以风力发电机组为主要研究对象，针对其发生火灾的原因、火灾控制技术和火灾预防管理等方面进行研究。简要讨论风力发电机组火灾的相关问题。
关键词：风力发电；火灾；原因；灭火系统；火灾预防
一、风力发电概述
1、风力发电发展现状
1.1风力发电机组发展现状
资源的日益枯竭促使各国都将目光投向新能源，风力发电、光伏发电、核能发电、潮汐发电、水利发电等等都是目前主流的电力新能源形式。其中，性价比最高的就是风力发电。对于我国不平衡不充分发展的国情，风力发电对于经济欠发达地区的清洁能源使用至关重要。因此，其市场前景很大，应用范围较广。其技术发展和材料更新速度也随之加快，实际经济效益也更加明显。
1.2风力发电机组火灾预防发展现状
与众多电气设备一样，风力发电机也是容易发生火灾的，因高温天气、电路问题、质量问题、施工检修问题等而引发的火灾很多。诱因多、扑救难度大、结构复杂性是风力发电机火灾的特点，也是其火灾扑救的重点，更是其火灾预防发展的针对性方向。面对风力发电机组不断的技术升级和设备更新，对发电机组的防火要求也逐渐提升，火灾控制和扑灭能力要求也不断提高。
2、风力发电机组构成
2.1风轮
按照风轮结构划分，大型风力发电机可分为水平轴、垂直轴和扩散体3种。一般来讲，一个风力发电机上有3个叶片，材料以增强型树脂玻璃纤维、增强型聚酯玻璃纤维和碳纤维为主。仅依靠风力全自动运行，当风速达到3-4m/s时，风轮转动，并且发电机开始工作。
2.2齿轮箱
齿轮箱位于低速轴的右侧，齿轮箱的选用由驱动方式决定。无增速齿轮箱用于低速直接驱动，一级齿轮传动用于混合驱动，而高速驱动则多用多级齿轮箱。其中，多级齿轮箱内齿轮分为三级，第一级是高转矩行星齿轮，第二和第三级是旋转级。齿轮箱内的冷却油与发电机冷却系统的热交换器相连。
2.3发电机
以兆瓦级风力发电机为例，其发电机以双馈异步发电机为主，电机本体由定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、空空冷和空水冷三种结构。为使发电机的性能得到最大发挥，应采用F级绝缘，工作在B级绝缘，利于延长发电机的使用寿命。同时，为了便于散热，发电机多安装与机舱内。
2.4偏航系统
偏航系统设置的主要目的是为了保证风轮在正确的风向位置条件下工作，利用三个被电机控制和驱动的行星齿轮，均匀分布偏航齿轮的负荷。其制动系统由六个液压制动器控制的大盘组成，且具有相对独立性，确保其在工作过程中的流畅性。该系统能将风速和风向等相关数据传输至主控系统，并且对风速和风向的监测系统也是相互独立的，保证设备的高效性和稳定性。
2.5雷电保护
防雷系统对于风力发电机十分重要，其与大地通过钢筋混凝土基础连接，上部主体结构材料大多为金属。所以风力发电机遭受雷击的可能性很大，雷电保护措施很必要。
2.6控制器
风轮功率控制采用大功率整流-逆变控制器，以及有源滤波和无功补偿。信号处理通常有两个独立的计算机或高速数字信号处理芯片。一般来讲，地面控制室设有主机，而从机则设置在机舱内。如此既能提高工作效率，实施全面远程监控，又能保证数据的准确性和时效性。
二、风力发电机组火灾原因分析
1、风力发电机火灾原因
为了科学设计火灾预防系统，必须先对风力发电机火灾的起因进行详细分析。
1.1雷击
对于一个高数十米的大型电气设备来讲，防雷措施缺失、布置不合理和维护不当都是引发雷击事故的诱因。特别是安装的避雷针接触电阻过高，极易遭受雷击。因雷击而产生的火灾对发电机是毁灭性的。
1.2短路
变压器故障、雾闪等都是引发短路的主要原因，不仅对发电机危害极大，也对周围环境有一定程度的污染。短路的发生会瞬间增大发电机通过的电流量，负荷大幅度增加，进而易发火灾。发电机电流量骤增，其工作温度也随之上升，引起火灾的环境因素愈加充分。
1.3润滑油泄露
润滑油是保证发电机正常工作的必要措施，但其也是易燃性液体，一旦泄露，在发电机高速运转的过程中，其高温环境很容易引燃润滑油。润滑油泄露的重要原因就是设备维护工作不到位，润滑油的泄露，不仅易引起火灾，还会引起联锁反应，润滑油流过的路径，很有可能成为过火区域，引起火灾的蔓延之势。
1.4温度过高
外界气温过高或发电机内部工作环境温度过高都会引起火灾。风力发电机的工作效率较高，内部线路复杂，且易燃液体较多。当周围环境温度超过安全温度范围时，设备极易发生火灾。同时，作为一个电气设备，其内部易燃物较多，意味着风力发电机火灾不是一个部位的火灾，而是设备整体性的火灾，加之过高的温度，有助于火势的蔓延。
1.5维护管理不当
为了保证风力发电机的正常运行，日常设备维护工作也是必不可少的。且大部分电气设备火灾是由设备维护和检修不到位所导致的。对于设备维护方面的缺陷，主要有以下三点：
首先，设备维护人员安全意识薄弱，未能完成对发电机的定期检修，安全隐患得不到及时处理；
其次，维修时选用工具不当，不仅未能起到维护的作用，还因工具的不合适致使其他部件损坏，未能及时发现；
第三，维护要点较多，工作量较大，这对于工作效率较低、工作专业性较弱的团队来讲，是极大的考验，极易发生疏漏。
2、风力发电机火灾特点
2.1扑救难度大
作为一种大型电气设备，风力发电机内部线路系统较为复杂，金属材料种类较多。这就意味着，根据不同的部位和设备特点，需要利用不同的灭火剂和灭火方式将火情扑灭。在火情发生时，需要注重灭火系统的时效性与相互配合能力，分工明确。这加大了灭火难度，曾对技术难度要求更高。
2.2隐患点多
作为一个大型电气设备，其工作能力越强，内部元件也就越多，火灾隐患也就越严重。对于风力发电机来说，外界不利因素和工作负荷超标都容易引发火灾，灾害易发性较高，灾害处理过程复杂。如此多的隐患点，需要设计人员仔细考虑，确保灭火措施布置的合理性与全面性。
三、风力发电机组火灾预防管理
针对风力发电机的构成特点、火灾起因和维护难度，火灾预防和管理工作显得格外重要。首先要确定火灾预防管理的原则，其次要明确主要灭火剂的工作原理，再次根据不同的火灾形式设置不同自动灭火系统，最后制定专门的管理制度为灭火工作提供保障。
1、风力发电机火灾预防原则
风力发电机组的火灾预防不应该仅依靠技术人员的维护和防火系统的正常运行，更要从源头上杜绝火灾的诱因，尤其是产品质量和施工质量。
1.1设备本身的维护及消防系统应用
设备维护工作时火灾预防的第一道防线，消防系统是保证设备安全性的最后一道防线。在实际运行过程中，必须对发电机组进行严格检修，最大限度减小安全隐患。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆消防系统的布置一定要结合设备实际特点，根据不同部位的特点，布置不同的灭火系统，最大限度保证设备的安全性和可修复性，控制救灾成本和消防系统运行成本。
1.2细化管理制度
为了提高消防系统运行效率，提升技术人员检修维护设备的工作效率和工作质量，保证工作人员的专业素质，应当制定详细的制度作为保障。避免因错误操作、检修不当、缺乏专业素养和专业意识而引起的火灾。
1.3定期检查与专项检查相结合
发电机组的检修工作应当以内部自检和外部抽检相配合的形式进行，应当加强技术人员对设备的检修能力，保证定期检修设备，及时维护设备漏洞。有关部门也要定期对风力发电机组的运行情况进行抽检，联合相关部门对其运行情况进行全面检查，并且检查相关资料要留底存档。
1.4加强验收
风力发电机组交付使用前，必须做好各项竣工验收工作。设备交付使用后，技术人员应当再次对发电机组进行检查，相关部门也应当在发电机组投产后，定期组织验收工作。对发电机组使用相关工作和设备维护运行情况进行全面验收，确保其在使用过程中的科学性和稳定性，从而保证其安全性。
1.5行业标准的整合提升
为避免不合格产品应用对设备安全性的影响，从源头杜绝风力发电机组火灾发生的可能性，对风力发电机组部件制造行业制造标准的提升是解决问题的关键。对制造行业优势资源进行整合，提高相关部件的创新和制造能力，不断优化部件工作性能，提升部件生产质量。在此基础上提高行标，倒闭技术革新和产品质量，形成良性循环，避免不合格产品出现在发电机组的施工现场。
2、风力发电机火灾预防技术
将消防保护区域划分为机舱和控制柜两个部分。机舱重点隐患部位有制动系统、齿轮箱油泵电机、发电机等，针对这些隐患设备采用一对一方式进行防护，控制柜采用全淹没方式进行防护。实际使用过程中，应当结合使用，保证各类火灾预防系统起到相应作用，灭火剂也应根据其特有的优势和劣势合理使用。
2.1二氧化碳
二氧化碳是最传统的灭火剂，其主要工作原理是隔绝火源与氧气，从而达到消除可燃条件的目的。二氧化碳无色、无味、无毒，在灭火工作中，该气体应当先进行高压或低温液化处理，便于贮存和使用。被压缩的二氧化碳，不仅可以保证在有限的空间内最大限度存放，而且还可以在喷出时迅速膨胀，吸收大量的热量，从而达到降温和隔火的目的。且二氧化碳不存在性能消减的弊端，贮存方式和手段也较为简单。
2.2七氟丙烷
七氟丙烷热分解产生含氟的自由基，与燃烧反应过程中产生支链反应的 Ｈ－、ＯＨ－、Ｏ－活性自由基发生气相作用，从而抑制燃烧过程中的化学反应。其只能应用于全淹没式灭火，而且有较强的腐蚀性，虽然能够有效控制住火情，但是其残留物对发电机的损害也较大。
2.3超细干粉
超细干粉主要利用隔绝火源与空气的原理进行灭火，其晶
体与灼烧物质表面接触发生化学反应，形成玻璃状覆盖层，将固体表面与周围空气的氧隔开。虽然高效，但其粒径极小，极易进入发电机内部，火灾后极难清理残留物质。
3、风力发电机组火灾灭火系统
目前，风力发电机灭火系统设计与应用的主要理念，是利用惰性气体、水源控制火情和扑灭火情。因此，在考虑实用性、经济性和稳定性的条件下，主要应有以下四种灭火系统控制和扑灭火情。
3.1二氧化碳自动灭火系统
作为传统灭火气体之一，二氧化碳对于火情控制的有效性是明显的，但对于风力发电机这样复杂的电气设备，二氧化碳作为灭火材料的单一性远远不能满足整个设备的灭火要求。所以该系统因其成本较低、灭火剂贮藏要求不高、环保性和安全性优势较强等特点，多大量用于阻止火情蔓延以及一定程度的灭火工作。该灭火系统不适合利用在人员集中的区域，一般用来抑制易燃气体和液体的火情，隔绝和扑灭其他电器设备的火情，大量应用于局部灭火和全淹没灭火。按照灭火剂的贮存方式，可将该系统分为高压系统和低压系统，低压系统的灭火剂安全温度范围要比高压系统大很多，安全性也更高一些。该系统不能用于人员较多的过火区域。
3.2 IG-541混合气体自动灭火系统
该系统的优势在于，其灭火材料来源于空气，避免出现因灭火材料不足而延误火情的现象。其灭火剂由52%的氮气、40%的氩气和8%的二氧化碳组成，并且经过高温后，不产生分解，保证其排放回外界的环保性。其优越的性能非常适合扑灭发电机内部核心部件的火灾，有效控制发电机内部含氧量，从而在根源上遏制火情的蔓延。其灭火范围较广，成本较低，适合大范围、持续性使用。在实际使用中，还可以建立专门的输气管道，保证灭火剂的持续性。输气条件要求也较低，不仅可以长距离输气，而且其安全温度范围较广，灭火剂的安全性和稳定性有所保证。该系统亦不能用于人员较多的过火区域。
3.3七氟丙烷自动灭火系统
七氟丙烷灭火剂的环保优势非常明显，其使用不会破坏环境，尤其不会对臭氧层造成损害。且便于贮存，稳定温度范围较广，安全系数较高。并且，其成本较低，适合大剂量、大规模使用，多用于对电气系统各部件表面明火的控制。在火势较大的情况下，可以有效控制火情，保证扑灭明火的时效性，提高救灾效率。且该系统不能应用于人员较多的地方，其腐蚀性会对人的皮肤和呼吸道造成损害。
3.4细水雾灭火系统
该系统在发电机救火工作中，主要起到隔火作用和非要害部位的扑灭火情作用。因其主要灭火材料是水，而电机内导电体较多，发生火灾后不应用水灭火。因此该系统主要用于对绝缘体的火情扑灭工作和导电体外的隔火工作，起到遏制火势蔓延的作用。其主要原理是利用传感器感知火情，启动工作系统，利用高压喷头，将水告诉喷出，已达到隔火降温的目的。因其灭火方式较为环保，成本很低，且灭火范围较大，所以可以持续工作，既能有效控制绝缘体的火势，又能配合其他系统进行正常工作。同时，该系统的隔火作用能够为人员提供一条安全通道，便于人员及时疏散，保证人员的生命安全。
4、风力发电机组火灾消防管理系统
为保证消防系统和消防设施正常运行，为保证风力发电机出现火情时能够尽快得到有效控制，火灾消防管理系统的制定是必要的。其主要涉及到消防设施管理、电子设施管理、施工作业管理和火灾预案编制四个方面。
4.1消防设施管理
风力发电机竣工验收合格，交付使用后，必须对消防设施进行再一次检验，熟悉其工作原理，保证其工作正常性。并且健全检查机制，保证消防设施能够定期检查，始终保持良好状态。消防设施的更换工作也需要有明确的规章制度监督，保证更换的消防设施能够满足设计消防要求。
4.2电子设施管理
作为消防工作自动化的核心，其时效性直接影响到消防安全。要定期对线路、电缆、设备元件、程序系统等进行检查，保证系统稳定性和线路可靠性。同时还要对系统及时升级，对不良线路进行及时更换，对过热线路进行检查和监控。在系统升级时要考虑到兼容性，保证电子设备的时效性和先进性。同时，电子设备的应用不应当影响发电机组的正常工作能力，也不应当成为引起火灾的诱因，其自身安全性应当得到保证。
4.3施工作业管理
施工过程中，要严格保证风力发电机内部清洁型，排除因此而产生的隐患。尤其是易燃固体和依然液体，每次检修后，都要确认易燃液体是否泄露，是否有易燃物在发电机周围残留。在机舱内放置高空逃生装置，一旦发生机舱内起火无法扑救时，维修人员可以迅速逃生。
4.4编制火灾应急预案
风力发电机维修需要有规章制度可以遵循，有关部门也需要建立其联动机制，及时制定和更新火灾应急预案。对可能出现的火灾情况进行演练，从而从演练中找出问题，优化应急预案，也优化管理制度。
结语：风力发电机组的安全运行是保证居民正常用电的关键，也是保证区域电力系统正常工作的重要一环。为了保证其运行的稳定性和安全性，对火灾的成因应当足够了解，对火灾预防技术应足够掌握，对火灾预防管理应当足够重视。在管理思想和制度的指导下，根据火灾成因，利用技术，预防火灾、扑灭火灾。要针对不同的设备特点，选用不同的放在和救灾方式，避免因救灾形式不当而造成的人员伤亡，也要避免因救灾自动系统工作不正常而延误救灾。保证风力发电机组救灾效率，减少经济损失，避免人员伤亡。
参考文献：
[1]张亚洲.风力发电机组自动消防系统设计技术探究[J]工艺与技术.2015，（27）.
[2]曹勇兵.风力发电机组火灾原因分析[J]安全.2011，（5）.
论文作者:白冰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/4
标签：火灾论文; 火情论文; 发电机论文; 工作论文; 系统论文; 设备论文; 灭火剂论文; 《电力设备》2018年第36期论文;