風(fēng)電場和光伏電站的火災(zāi)危險(xiǎn)性和起火原因與防火設(shè)計(jì)

摘 要：文章通過分析風(fēng)電場和光伏電站存在的火災(zāi)隱患及火災(zāi)原因，分別從火災(zāi)危險(xiǎn)性、總平面布局、消防設(shè)施等角度，分析風(fēng)電場和光伏電站起火原因，為現(xiàn)有的風(fēng)電場與光伏電站的防火設(shè)計(jì)提出建議，作為日后提高風(fēng)電場和光伏電站防火設(shè)計(jì)的有效參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；光伏電站；火災(zāi)危險(xiǎn)性；起火原因；防火設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，我國不斷加強(qiáng)對于風(fēng)能和太陽能等新型清潔可再生能源的利用，使得這兩種能源成為多種新能源中發(fā)展最為迅速、利用最為廣泛、開發(fā)規(guī)模最大和商業(yè)前景最好的發(fā)電方式。特別是在我國西部地區(qū)，風(fēng)能、太陽能資源極為豐富，開發(fā)風(fēng)電與光伏發(fā)電，不僅能緩解我國的能源壓力，更為促進(jìn)西部地區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供了重要途徑。

1 風(fēng)電場和光伏電站的火災(zāi)危險(xiǎn)性和起火原因

1.1 風(fēng)電場

風(fēng)電場艙內(nèi)一般包括液壓油、潤滑油、隔音海綿等大量易燃物質(zhì)，只要接觸到火源，極易被引燃，而風(fēng)電場艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致火災(zāi)一旦發(fā)生，必將在短時(shí)間內(nèi)迅速蔓延。此外，機(jī)艙內(nèi)部包括機(jī)艙底座、潤滑散熱系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、傳輸電纜等在內(nèi)的零件構(gòu)成的整體也都是火災(zāi)隱患。通過分析近年來國內(nèi)外的火災(zāi)事故原因，我們可以將風(fēng)電場起火原因劃分為以下幾種：（1）電氣原因。風(fēng)電機(jī)組的電纜在使用過程中，會(huì)由于絕緣體老化、控制柜電氣元件過熱等原因?qū)е庐a(chǎn)生短路，短路會(huì)引起機(jī)組變壓器相見導(dǎo)致對地?fù)舸㈦娀　㈧o電放電，而這些均是造成電氣火災(zāi)的原因。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在德國，僅2002-2005年間由于電氣原因引起的火災(zāi)事故就有16起，占總火宅事故的72.7%。（2）機(jī)械故障原因。發(fā)電機(jī)設(shè)備在運(yùn)行過程中一直處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在長期運(yùn)行過程中很容易因?yàn)檫^載導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，從而引發(fā)周圍易燃物著火發(fā)生火災(zāi)。此外，由于發(fā)電機(jī)設(shè)備的工作原理，機(jī)械之間長時(shí)間進(jìn)行摩擦，也很容易引起機(jī)械故障，或摩擦生熱引起火災(zāi)。

1.2 光伏發(fā)電站

光伏發(fā)電站容易引起火災(zāi)隱患的設(shè)備主要包括充油變壓器、逆流箱、逆變器、配電柜等。

1.2.1 帶油電氣設(shè)備引發(fā)火災(zāi)。光伏電站的設(shè)備中，油浸變壓器內(nèi)含易燃易爆的油氣，在使用過程中，若變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，極易產(chǎn)生電弧使油受熱蒸發(fā)引起火災(zāi)。

1.2.2 電纜引發(fā)火災(zāi)。光伏發(fā)電站火災(zāi)隱患主要集中在電纜和電氣類設(shè)備。光伏電站發(fā)電量主要依賴太陽輻射量，電氣設(shè)備的負(fù)荷量也與太陽輻射量密切相關(guān)，早晚為零，太陽輻射量最大的中午達(dá)到設(shè)計(jì)峰值，波動(dòng)極大，在此期間，電流的急劇升降會(huì)引起電纜局部過熱而引起的火災(zāi)。

1.2.3 設(shè)備過熱、短路等引起火災(zāi)。由于光伏發(fā)電以太陽輻射作為發(fā)電主要來源，在接收太陽輻射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓，這種電壓在經(jīng)過光伏發(fā)電設(shè)備時(shí)，極易導(dǎo)致設(shè)備過熱、短路從而引起火災(zāi)。

1.2.4 人為原因造成火災(zāi)。光伏發(fā)電站大多建造在人煙稀少的自然環(huán)境中，自然環(huán)境惡劣，對設(shè)備的日常損害較大。設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并檢修。此外，在設(shè)備維修過程中，由于電焊、氣焊、磨削等高速摩擦產(chǎn)生的高溫和火花也很容易引起火災(zāi)[1]。

2 風(fēng)電場和光伏電站防火設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前，風(fēng)電場和光伏電站的防火設(shè)計(jì)，主要以：GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡稱《建規(guī)》）、GB 50229-2006《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡稱《變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》）和GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡稱《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》）作為消防工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 建筑分類與耐火等級。以《變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》為主要參考，分析風(fēng)電場與光伏電站建筑物的易燃特點(diǎn)，可將建筑物按火災(zāi)危險(xiǎn)性與耐火程度進(jìn)行一下分類。總體看來，風(fēng)電場與光伏電站的所有建筑物耐火等級最低應(yīng)為二級。綜合控制室、繼電器室、逆變器室和配電室火災(zāi)危險(xiǎn)程度較低，為戊級；其次為干事變壓器室，火災(zāi)危險(xiǎn)性為丁級，在設(shè)計(jì)中應(yīng)使用A類阻燃電纜保證安全；油浸變壓室、無功補(bǔ)償室、電纜夾層、事故油池火災(zāi)危險(xiǎn)性最高，為丙級。

2.3 總平面布局。風(fēng)電場與光伏發(fā)電站的站點(diǎn)選擇對于清潔可再生能源的依賴性較高，在選址時(shí)應(yīng)充分參考國家在可再生能源中對于風(fēng)能、太陽能資源以及當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)等多種標(biāo)準(zhǔn)。站內(nèi)建筑物間距嚴(yán)格按照《變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》與《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)。此外，變配電站與升壓站之間必須配備環(huán)形消防車道。

2.4 平面布置。風(fēng)電場與光伏發(fā)電站由于工作特點(diǎn)，在建筑物平面設(shè)計(jì)時(shí)必須加強(qiáng)對于事故貯油的設(shè)計(jì)。在建筑內(nèi)部單臺(tái)貯油總量達(dá)100kg以上，建筑物外單臺(tái)油量達(dá)1000kg以上的油浸變壓器等設(shè)施，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)地貯油池、擋油設(shè)施以及事故儲(chǔ)油池。貯油池容積按變壓器油量的20%設(shè)計(jì)，池內(nèi)放置直徑為50～80mm的卵石層和暢通的排油管道，在事故發(fā)生時(shí)，能保證事故油及時(shí)從管道排出并隔絕火源。

2.5 防火墻設(shè)計(jì)。風(fēng)電場及光伏發(fā)電站內(nèi)部設(shè)置的油浸變壓器在工作過程中容易因?yàn)橛蜌鈫栴}導(dǎo)致火災(zāi)，因此，在油浸變壓器緊鄰建筑物的一邊，必須設(shè)置防火墻以便隔絕火源防止火勢蔓延。

2.6 管溝防火設(shè)計(jì)。對于風(fēng)電場和光伏電站來說，站內(nèi)電纜網(wǎng)絡(luò)交錯(cuò)，分部范圍廣泛且電纜數(shù)量眾多，一旦電纜老化、短路引發(fā)火災(zāi)，火勢極易在短時(shí)間內(nèi)蔓延，無法進(jìn)行小范圍集中撲滅。因此在設(shè)計(jì)電纜溝管時(shí)，必須采取防火分隔的辦法作為主要消防措施。在長度大于100m的電纜溝之間設(shè)置防火墻隔絕火源。避免因?yàn)殡娎|短路造成的火災(zāi)在短時(shí)間內(nèi)迅速蔓延造成不可挽回的損失[2]。

2.7 消防設(shè)施的設(shè)置。風(fēng)電場與光伏發(fā)電站一般建造于人煙稀少，自然環(huán)境惡劣的戈壁、灘涂與沙漠地區(qū)，氣候干燥，降水少，用水極為困難。因此，在當(dāng)?shù)責(zé)o法使用水類消防系統(tǒng)。此外，光伏電站設(shè)備主要為電氣設(shè)備，設(shè)備始終高壓帶電，水消防系統(tǒng)在此并不適用。針對這種情況，我們在風(fēng)電場和光伏電站一般使用的消防系統(tǒng)為以下幾種：（1）自動(dòng)滅火系統(tǒng)。結(jié)合油浸變壓器的工作特點(diǎn)，使用專業(yè)的油浸變壓器自動(dòng)滅火系統(tǒng)，在不適合用水撲滅的電氣設(shè)備著火期間，使用干粉滅火。在溫度低、風(fēng)沙大、自然換極為惡劣的地區(qū)，采取排油注氮滅火裝置、合成泡沫噴淋滅火或沙箱等。此外，還可根據(jù)風(fēng)電機(jī)組、控制柜、控制室、計(jì)算機(jī)房、變配電室的不同特點(diǎn)選擇相應(yīng)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。（2）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。根據(jù)國家消防設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范，在風(fēng)電場和光伏發(fā)電站風(fēng)機(jī)艙、主控制室、繼電器設(shè)備室等地必須設(shè)置感煙火災(zāi)探測器。在火災(zāi)發(fā)生之初，及時(shí)報(bào)警做好滅火工作。

2.8 電氣防火。由于發(fā)電站的特殊性，在鋪設(shè)電纜時(shí)，必須使用不燃性或阻燃性電纜，選擇導(dǎo)線時(shí)，按照需要選擇截面大小適中的導(dǎo)線，避免因?yàn)檫^載引發(fā)的火災(zāi)。電纜鋪設(shè)時(shí)必須做到控制電纜與電力電纜分層鋪設(shè)，各層間使用防火板隔離，從根本上提高材料和建筑的耐火性，杜絕火災(zāi)的發(fā)生。

3 結(jié)束語

綜上所述，我國西北地區(qū)地貌廣闊，人均資源占有量充足，所以只有大力發(fā)展風(fēng)電和光伏發(fā)電，有效利用自然環(huán)境較為惡劣的戈壁、荒漠等閑置土地，利用優(yōu)良的風(fēng)能、太陽能等清潔可再生能源，更能為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

參考文獻(xiàn)

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