自從2006年《可再生能源法》生效以來，中國的風電裝機取得了迅速的增長，無論是年度裝機容量還是累計裝機容量，都已經(jīng)成為世界第一。截止到2013年底已經(jīng)有臺累計9174萬千瓦6萬多臺風電機組在中國的大地運行著。但是，隨著裝機容量的不斷增加，風電機組的火災事故也越來越多，輕則燒毀設(shè)備，重則造成人員傷亡，給企業(yè)在經(jīng)濟上、聲譽上均造成了巨大的損失。

    本文主要探討風電機組的配備消防系統(tǒng)必要性及如何選擇。

    一、 風力發(fā)電機組為什么需要自動消防系統(tǒng)

    1. 機組價值高

    風力發(fā)電機組是高價值的設(shè)備，以2MW風機為例，每臺風電機組(含塔筒)價值1000萬元。風機的葉片為復合材料制成，機艙外殼材料為玻璃鋼，里面容納有各類電氣設(shè)備、液壓站、齒輪箱、發(fā)電機等，一旦發(fā)生火災，基本上風機設(shè)備會全部滅失，所殘留的設(shè)備也沒有維修和使用的價值了。單機容量越大，設(shè)備價值越高，更需要防火保護。

    2. 風機自身的火災隱患多

    1) 野外雷擊

    風機機組工作在野外風速比較大的地方，如山脊、開闊的平原等處，而這些地方恰恰是容易遭受雷擊的區(qū)域。丹麥是地勢平坦的國家，海拔最高處不超過150米，據(jù)丹麥建筑物及風機防雷委員會統(tǒng)計，自從丹麥發(fā)展風電以來，這個國家每年遭受的雷擊次數(shù)驟升到30萬次以上。雷擊能量的大小很難預測，而風機的防雷設(shè)計系統(tǒng)都是按照一定的標準設(shè)計，是有容量限度的。當實際的雷擊超過設(shè)計標準時，就會發(fā)生火災。

    2) 風機設(shè)計制造缺陷

    風機的設(shè)計要符合當?shù)剡\行環(huán)境的特點，但是某些風機設(shè)計上制造上有缺陷。如在海邊或者海上運行的風機，需要考慮鹽霧對電氣設(shè)備腐蝕的影響，有的風機未安裝潮濕空氣過濾系統(tǒng)(又稱“氣候包”)，導致機艙里高壓變壓器等設(shè)備的接線端子銹蝕，產(chǎn)生污閃電暈放電現(xiàn)象，最后造成相間短路發(fā)生火災。有的風機齒輪箱漏油嚴重，地板上會有一些積油。有的風機防雷性能較差，未能正確按照防雷分區(qū)的要求設(shè)計相應的防雷措施，有的制造質(zhì)量較差接地線未能正確安裝，或者風電場自身的接地網(wǎng)長期銹蝕導致接地性能下降等。這些因素均會在運行中由于自身(電氣防護等級下降)或外界的原因(雷擊)導致火災發(fā)生。

    3) 服務不到位

    由于風電最近幾年發(fā)展快，人員培訓跟不上，很多維修人員在工作時沒有風機防火意識。風電機組的維修人員由于工作粗心，有時候會在維修結(jié)束后在機艙里留下沾染油污的棉絲、或者齒輪箱滲油沒有及時擦洗干凈。當機組發(fā)生緊急剎車時，剎車片會擦出火星，濺到棉絲上可能會引燃棉絲導致火災。

    3. 風機火災不易救援

    1) 高空不易救援

    風電機組的主要部件如機艙和葉片運行在距離地面七八十米的高空，相當于30層樓高，通常火災發(fā)生的時候風都比較大，一般的消防車的水壓難以到達如此高度，通常只能“忘火興嘆”。

    2) 野外不易救援

    風電場通常都遠離城市，城市消防系統(tǒng)很難及時到達。海上風電機組的火災救援更是遙不可及，發(fā)生了火災，通常只能任其燒毀。

   4. 造成的次生災害大

    中國的裝機有超過一半的風電機組安裝在草原和森林附近，一旦發(fā)生火災，風機就象一支燃燒的巨型火炬，燃燒中散落的碎片會隨風飄入到附近的草場、田野和森林中，引發(fā)次生火災造成更大的損失。

   二、 風力發(fā)電機機組的結(jié)構(gòu)和運行特點

   下面從風電機組的設(shè)計結(jié)構(gòu)和運行特點來分析其對消防設(shè)備的要求。

    1. 低溫運行環(huán)境的挑戰(zhàn)

    風機由于工作在野外運行，要求其所有的配套設(shè)備必須能夠在-40℃～50℃的范圍寬溫運行。尤其是在冬季調(diào)試、或是因故障停機期間，其夜間可以達到-30℃多度，必須使用能夠耐低溫的火災探測器。

    2. 機艙空間狹小

   風機機艙通常都為緊湊型設(shè)計，里面容納了主軸、齒輪箱、發(fā)電機、中控柜，甚至變頻器等大部件，空間狹小，考慮到維修維護人員通行的方便，不適宜在機艙內(nèi)布置復雜的管網(wǎng)消防系統(tǒng)。

    3. 消防系統(tǒng)的可靠性

    消防系統(tǒng)需要運行可靠，不能出現(xiàn)誤觸發(fā)現(xiàn)象。國內(nèi)部分風機安裝的消防系統(tǒng)在雷擊的情況下發(fā)生多臺誤觸發(fā)，反而給運行造成了不必要的麻煩。要想避免誤觸發(fā)最關(guān)鍵的是要選用可靠的消防裝置啟動元件。

    4. 運行安全需要

    按照國標GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定防護區(qū)內(nèi)設(shè)置的預制氣體滅火系統(tǒng)的充壓壓力不應大于2.5 MPa，否則就會不安全。有公司采用氣體或水系滅火，都需要很大壓力的儲壓罐，通常在4.5MPa-15MPa的范圍。而這類儲壓罐是不允許放在機艙等被保護區(qū)域的。如果把儲壓罐放在塔筒頂層平臺上，那么偏航又成了問題。

    5. 運行維護的便利性

    消防系統(tǒng)是用來保護風機免受火災損失的，不應該成為風機運行維護的負擔。但風機里存在壓力驅(qū)動的儲壓罐時，按照規(guī)定壓力容器是需要定期年檢的，而且要請專門的人員來補充損失的滅火介質(zhì)。這無疑給風機的運維工作帶來了很多額外的工作，在目前的風電行業(yè)狀況根本不可行。

    6. 價格要有競爭力

    風電行業(yè)還是一個低利潤的行業(yè)，企業(yè)不能為了保護風機而不僅成本地進行消防系統(tǒng)的投入，畢竟經(jīng)濟效益才是企業(yè)追求的最終目標。為了實現(xiàn)這個目標，需要消防的配置靈活，根據(jù)希望的保護區(qū)域來靈活配置滅火裝置。

    三、 如何選用消防系統(tǒng)

    根據(jù)以上分析，風電機組的消防系統(tǒng)的選用需要符合如下特點：

    1. 要符合國內(nèi)的消防法規(guī)：機艙內(nèi)不允許有超過2.5MPa的壓力容器。必須滿足無壓儲存的條件。必須有國內(nèi)的權(quán)威消防部門出具的型式試驗檢測報告。

    2. 符合風機的結(jié)構(gòu)和運行特點：

   機艙內(nèi)無需布置管網(wǎng)，裝置體積小，便于安裝。且配置靈活，可繁可簡。

    3. 使用簡便：無需定期對壓力容器檢定，無需定期補充滅火介質(zhì)。
 
    4. 符合運行環(huán)境的要求

    啟動元件和滅火裝置需要能耐-40℃的低溫，選用可靠的機械式啟動元件，不受雷擊、浪涌等影響而產(chǎn)生誤報。消防系統(tǒng)的滅火方式多種多樣，風電行業(yè)有其特殊的使用要求。

    四、 北京漢能華科技有限公司對風電機組自動消防系統(tǒng)介紹

    1. 滅火方案及工作原理

    根據(jù)不同的保護部位采用不同的滅火介質(zhì)，在機艙空間滅火使用超細干粉裝置，在各個電氣柜里面滅火采用氣溶膠裝置，二者均采用機械式感溫啟動元件觸發(fā)。觸發(fā)溫度可以根據(jù)機艙和控制柜的正常工作溫度來設(shè)定。

    當火災發(fā)生后，被保護區(qū)域溫度上升到設(shè)定的溫度時，機械式感溫啟動元件產(chǎn)生脈沖電流觸發(fā)滅火裝置(干粉裝置或氣溶膠裝置)釋放滅火藥劑，火災會在1～5秒內(nèi)撲滅。滅火后會自動產(chǎn)生一個反饋信號給主控系統(tǒng)。

    2. 獨特優(yōu)勢

    1) 無源啟動：滅火裝置采用機械式感溫啟動元件，，且無需供電，不會出現(xiàn)受供電的波動而造成誤啟動或者因電池低溫失效而無法啟動的現(xiàn)象。啟動元件耐-40℃低溫，而國內(nèi)目前的感溫、感煙探測器最低到-10℃，無法滿足風機使用要求。

    2) 無壓儲存：滅火裝置采用預制式無壓儲存，平時沒有壓力，耐-40℃低溫，完全符合消防法規(guī)的規(guī)定，安全可靠適合機艙和電氣柜使用。

    3) 無管網(wǎng)：每一個滅火裝置都由一個機械式感溫啟動元件觸發(fā)。無需在機艙里布置復雜的傳感器線路和滅火管網(wǎng)，安裝簡便?？筛鶕?jù)機艙和控制柜的大小，靈活布置裝置數(shù)量。一般一個2MW的風機機艙里面需要配置2-3個干粉滅火裝置，每個電氣柜各需要配備一個氣溶膠。

    4) 免維護：裝置的使用期限為10年，使用期間無需任何維護，既不需要定期年檢，也不需要補充介質(zhì)。

    5) 配置靈活：客戶可以根據(jù)對火災風險的評估情況，選用不同的配置，如僅僅對電氣柜進行保護，或者僅僅對機艙的重點區(qū)域進行保護，或者采用超小氣溶膠對輪轂的電氣柜保護。