風電場智慧消防系統數字化管理方向探究

姜禹含，李昕龍，左秀江，王大威

（1.蒙東協合新能源有限公司，內蒙古 通遼 028000；2.國家電投集團內蒙古能源有限公司，內蒙古 通遼 028000）

0 引言

隨著世界經濟的飛速發展，對電力的需求不斷增大，但是傳統的發電方式不僅不能滿足不斷增長的電力需求，并且在環境危機日益嚴重、環保意識不斷提高的今天也無法滿足環保要求。并且隨著煤礦、石油這些不可再生的資源的開采不斷增加，全球的工業規模擴大，對能源的消耗也不斷增大，能源危機日益嚴峻。在這樣的條件與背景之下，風能發電因其清潔、可再生等優勢特點，在世界范圍內的電力發展與能源危機環節中扮演中重要的角色，并且其重要性還可能在未來的發展過程中不斷加強。但是隨著而來的是嚴峻的風電場火災問題，風電場的火災的頻繁發生，不僅會導致風電場遭受巨大的經濟損失，還會由于供電不足或停止，影響到更為廣泛的居民，造成巨大而廣泛的不良影響，還會嚴重阻礙我國風電事業的發展與進步。并且由于風電機內部結構復雜，零件復雜且造價高昂，火災發生后難以及時處理[1]。并且由于我國風電行業起步較晚，風電場配備的消防裝置較為傳統落后，難以滿足風電場的消防要求，難以做到對火災的及時預警與及時反應。安裝智慧消防系統，有助于實現對風電場的及時監控與火災預警，及時對火災的發生選取相應的解決措施，減少火災的發生，減少風電場的經濟損失，實現對風電場的經濟利益的維護，保障該地區的供電穩定。

1 我國風電場發展現狀

隨著經濟的發展和環保意識的加強，風能發揮著越來越重要的地位，風電在國內供電體系中所占的比例也越來越高，風能發電因其清潔和可再生的優勢成為世界緩解能源危機的重要發展方向。自21 世紀初，我國頒布了《中華人民共和國可再生能源法》，自本能源法頒布以來，我國風能資源的開發和發展不斷擴大。僅2006—2009 年，這四年每年我國的風電累積裝電量的增長率都達到了一倍以上，并且仍需保持良好、快速的發展趨勢。根據我國相關數據統計，到2012年，我國的新增的風電機裝機量接近8000 臺，并且這個數據還不包括臺灣地區，年增長率超過了20%，我國的裝機量長期持續保持增長率世界第一。根據我國的有關于新能源的相關規劃，預計在2015 年我國的風電裝機要達到1 億kW，全年的發電量要接近2000 億kW·h。在我國的風電裝機中，海上風電機占據了極大的比例，并且給發展較為迅速，目前已經形成了相對完整的行業體系，在風電裝備的制造行業中具備了一定的國際競爭力。截至2020 年，我國的風電裝機量已經達到了2億kW，年發電量接近4000 億kW·h，僅海上風電裝機量就占據了15%，這些數據直觀的展現了風電在我國電力系統中的重要地位和發展前景[2]。目前我國主要的風電機以1.5MW 和2MW 為主要型號，新型號，更高性能的風電機組也在投入試驗和不斷研發中，目前我國在風電機行業飛速發展，吸引來了全世界各國的風電機前沿公司，在我國境內投入資金、開辦工廠。

2 風電場火災發生原因

2.1 雷擊

雷擊是最容易引起風電場發電機組火災的原因。通過對近幾年國內外的風電機火災的事故原因進行搜集與整理可以發現，雷擊不僅是引起風電場火災的重要原因之一，并且雷擊導致的火災風險率還在不斷上升。在風電機的實際運作過程中，如果風電機組沒有安裝相應的避雷措施，或者避雷裝置安裝不合理，導致了避雷裝置沒有產生作用，就有可能導致風電機組的發生火災。對于在野外矗立，沒有遮擋物，并且高度極高的風力發電裝置而言，雷擊是無法避免的，因此雷擊極易成為風電廠的火災起因。

2.2 電氣設備安裝不當

電氣設備安裝不當也是一個導致風電機起火的重要原因之一。在對風電機進行安裝的過程中，由于工作人員的疏忽或者是錯誤，導致風電機在安裝過程中產生技術性錯誤或者是導致風電機的組成部分、零件安裝不當，就有可能導致風電機內部出現接觸不良，進而可能導致電路短路，還有可能導致過載保護裝置失效等一系列風電機的內部問題，同樣可能會導致風電機起火，造成火災，引發嚴重的后果。

2.3 運行過程中產生的高溫接觸到易燃物

在風電機運行過程中，變速箱和機械制動裝置都會在運行過程中產生大量的熱量，導致裝置的表面的溫度升高到一個比較高的溫度，當這個裝置表面接觸到可燃物就有可能引發火災。并且在風電機的內部裝置運行過程中還有可能產生火花，這些火花飛濺出去，如果周圍存在易燃物，同樣可能導致起火，造成火災。

2.4 失控狀態下的高速飛車

風電機的葉片內部的變槳電機可能出現故障或者是其他葉片內部的障礙和問題，導致順槳失敗，風電機內部的空氣制動失去作用和效果，就可能引起風電機組的高速飛車。在發生高速風車的情況的時候，輪轂會開始高速的運轉，導致劇烈的摩擦，會在短時間內產生大量的熱量，就有可能影響輪轂中的可燃物。變速箱的高速運轉就有可能導致電機滑環造成毀壞，最終導致內部發生起火的情況。如果在面對這這種緊急情況的時候，如果積極性機械制動，就有可能導致大量的火花，這些的火花導致飛濺就有可能引燃附近的油污以及其他可能存在的可燃物。在高速飛車發生的時候，還有可能導致機艙和塔體的共振，最終導致整個風電機裝置的倒塌。

2.5 風電機產生漏油或存在其他易燃物品

風電機內部需要大量的液壓油和潤滑油保障內部的平穩運行，但是對于這些油需要進行及時的清理和定期的檢查，保障油污的積存不至于對其他部分的零件造成嚴重的污染，最終影響整個風電機的運行，并且這些油污極其易燃，可能會被內部任何一個部分產生的細小火花引燃，最終釀成一場火災。并且由于這些油污的存在還及容易促進火災態勢的擴大，還有因為油污引起的火災區別于其他易燃物引起的火災，會進一步加大滅火的難度，增加消防的工作量，造成更為嚴重的經濟損失。

3 風電場專用智慧消防數字化管理系統開發應用問題

風電場區別于其他消防系統的應用場景，具有自身的獨特性，在進行對風電場的智慧消防系統的設計與開發需要著眼于風電場的實際需求，進行有針對性的開發設計與應用，在一方面要注重消防設備的選擇，需要消防器械使用風電場的特殊環境，另一方面也要注重系統的集成優化情況，解決相應的技術問題[3]。主要需要著重解決以下3 個方面的問題。

（1）火災報警系統設備的選擇。在這一方面，感溫電纜、吸氣式感煙探測器在進行相應的防火處理和其他一系列的保護措施之后，能夠適應風電場的火災報警的需求，做到對火災發生情況進行及時的預警。圖像型的火災報警系統可以在對風電場進行監控的同時進行火災的報警工作，能夠極大減輕工作人員的負擔。

（2）滅火系統的選擇。滅火系統的選擇一定要保障能夠適應風電場的特殊環境，尤其是南北方不同季節內較為極端的氣溫對于該系統的運行的影響，要保障滅火系統能夠在極短的氣溫下，還能夠做到對于火災的及時反應。同時還要考慮器械和空間之間的大小關系，確保滅火器械的順利運行。

（3）滅火藥劑的選擇。對滅火藥劑的選擇要在一方面滿足風電場的特殊環境，確保滅火藥劑能在風電場依舊發揮較好的滅火效果，同時在另一方面，由于風電機設備的造價高昂，所以需要減少滅火藥劑對于風電機設備的損害，并且要盡可能的減少對環境的污染[4]。

4 風電場智慧消防系統數字化管理應用優化措施

4.1 優化風電智慧消防控制系統

風電場的智慧消防數字化管理系統是要保障在無人的情況下，實現對風電場進行火災檢測，需要系統實現自動的消防隱患識別，并且在發現消防隱患的時候及時的采用相應的措施實現及時的處理，從而實現對風電場發生火災的概率進行減少，或者實現對火災規模的及時控制，減少風電場的經濟損失。要實現這樣的智慧系統的構建，就需要針對火災探測、火災預警、火災撲滅3 個部分進行智慧化設計。在這個系統中的火災預測和預警系統都主要安裝在葉輪、機艙、塔架等容易因為種種原因發生起火的部位，對這些部分進行長期、持續的監控，并對其內部環境進行持續的檢測，檢測的主要項目有風電機內部的煙霧、溫度等，通過對這些結果進行統計與分析，實現對風電機內部是否起火實現判斷[5]。并且還要將報警系統與滅火系統進行聯系，當報警系統檢測到風電機內部發生火災時，通過信息數據的傳輸，促使滅火系統及時反應，對風電機的火災情況實現控制。加強這風格環節的數字化管理能夠極大的優化風電智慧消防系統，通過數字化手段能夠促使檢測、預警裝置更加敏銳，能更加智能化的對環境進行判斷，能夠避免對火災情況的誤判。并且在智慧系統中加入數字化管理手段，還有助于加強預警系統和滅火系統之間的聯系，實現信息更加暢通的交流，減少預警系統發現火災到滅火系統做出反應之間存在的時間誤差，促進滅火系統能夠更加及時對風電機的火災情況進行處理，更加及時的控制火勢，減少火災造成的風電場的經濟損失。通過現代化數字手段參與風電場智慧消防系統的構建，還能夠極大的減少工作人員的工作負擔。風電機組消防控制系統的基本要求如圖1 所示。

圖1 風電機組消防控制系統的基本要求

4.2 優化設備管理和巡檢

風電場的智慧消防數字化管理系統還有助于優化風電場設備和對風電場進行相應的巡檢。電氣設備安裝不當等同樣是風電場發生火災的重要原因之一，通過風電場的智慧消防數字管理系統，能夠通過現代化的數字手段，實現對風電機裝機設備進行預先分析，通過對整個風電機系統的進行詳細的規劃與分析，能夠得到更優的裝配方案，通過對風電機設備的選擇，加強對設備安裝過程中的監控能夠有效的減少火災發生的安全隱患。同時，為了避免和減少火災的發生，還需要對風電機設備進行定時巡檢，通過巡檢風電機的部分與零件，進行及時的維護、維修與更換，能夠在最大程度上維護風電機的運行安全，保障房風電機的長期持續運行，能夠減少火災隱患，避免火災的發生。引入智慧消防數字化管理系統能夠有效的對巡檢進行更加科學、合理的安排，能夠優化巡檢過程和巡檢頻率，能夠在最大程度上對風電機的火災隱患進行排除，能夠減少火災的發生的可能性。

4.3 加強對油脂的控制

風電機的內部需要用到大量的潤滑油、液壓油等油脂來保障風電機的平穩運行，并且這部分油脂本身具有易燃的特性，是風電機發生火災的重要燃料，因此必須實現對風電機內部油脂的控制與清除。引入智慧消防數字化管理系統，能夠加強對風電機內部油脂的控制。智慧消防數字化管理系統能夠通過火災檢測裝置，同時實現對油脂情況進行檢測，并且通過巡檢工作實現對油脂的定期清理，智慧消防數字化管理系統能夠針對油脂的控制設置一條完整的控制和管理措施，加強對油脂的管理，減少火災發生的燃燒物，減少火災發生的可能性，也可以縮小火災的發生規模，減少火災造成的經濟損失。

5 結語

隨著我國風電和風電機行業的發展而來的，是應該加強對風電場的管理與風電機可靠性的重視程度。因為我國的風電行業發展時間極短，在極短的時間內大批的風電機產品投入生產和實際運用，安全事故時有發生，風電機的質量安全性成為行業發展需要解決的重要問題。在我國近年來發生的風電場的安全事故中最主要的事故類型就是火災，并且火災是影響范圍和嚴重程度都最大的事故類型，對風電場造成了十分嚴重的經濟損失。比鞥且隨著風電機投入使用，機器零件逐漸發生磨損，就進一步提升了發生故障的概率，也進一步提高了火災發生的可能性。由于風電場發電量對于我國的供電量的重要貢獻，因此就必須通過智慧消防系統對風電場實現全方位的管理與監控，避免和減少風電場的火災發生概率。