風力發電設備檢修維護中的火災風險挑戰與應對策略研究

摘要：風力發電作為可再生能源的重要組成部分，在全球范圍內得到了廣泛應用。然而，風力發電設備由于其獨特的結構和工作環境，面臨著嚴峻的火災風險挑戰。本文詳細分析了風力發電設備在檢修維護過程中可能遇到的火災問題，包括火災隱患點、火災原因以及火災救援困難。針對這些問題，本文提出了一系列應對措施，包括選擇合適的消防設備、制定科學有效的應急預案、加強巡檢和安保措施等，旨在提高風力發電設備的安全性和穩定性，減少火災事故的發生及其帶來的損失。

關鍵詞：風力發電設備；火災；安全隱患；消防設備

引言

隨著全球對可再生能源需求的不斷增加，風力發電作為一種清潔、可持續的能源形式，在世界各地得到了廣泛應用。然而，風力發電設備由于其獨特的結構和工作環境，面臨著特定的消防安全挑戰。風力發電機通常位于偏遠地區，運維人員無法頻繁地進行運維檢查，且設備內部集成了大量的電氣元件和潤滑油系統，這些都可能成為潛在的火源。一旦發生火災，不僅會損壞昂貴的設備，還可能導致長時間的停機維修，甚至影響整個風電場的電力輸出。

一、風力發電設備火災風險挑戰

（一）火災隱患點多

針對風力發電設施，其潛在的火災風險主要集中在葉輪、機艙以及塔筒等關鍵部件。在葉輪組件中，如葉片、輪轂的潤滑系統、變槳電池柜及電容柜等，火災可能由雷電擊中、變槳電機超負荷運作、電氣元件過熱導致的絕緣擊穿以及電池或電容的短路故障引起。在機械設備的機艙區域內，如潤滑散熱系統、齒輪箱、剎車系統等關鍵組成部分，若在高溫環境下運行、通風不暢，或者由于電氣元件的質量問題、潤滑油的泄漏、快速制動以及極端氣候條件的影響，均有可能導致火災的發生。在塔筒的相關構件，如傳輸控制電纜、變頻柜、塔基控制柜等設備，有時候會因為控制柜空間狹隘、通風不暢、電氣元件過熱導致老化擊穿以及電纜過流造成絕緣性能下降，這些因素都有可能引起火災的發生。

（二）火災原因復雜

引起風力發電設備火災的因素眾多，主要涉及電氣系統故障、液壓油滲漏、維護操作失誤以及外部影響等。風力發電設施中，電氣系統故障往往是火災的根源之一，這往往源于設備的老化或電路短路等缺陷未得到及時偵測及排除。在風力發電設備的運作中，液壓元件如液壓泵和液壓缸等，常常會發生液壓油的外泄，這不僅造成了資源的浪費，還可能在特定條件下引起火災事故[1]。

（三）火災救援困難

針對風力發電機組在火災情況下，所面臨的救援挑戰顯著，主要源于其地理位置偏遠且高處作業，傳統的消防車輛難以抵達受災地點，而現有的消防設備的水槍射程亦不足以觸及燃燒的風機高度。在風能轉換設備中，位于機艙內部的空氣流動速度極高，一旦發生火災，火勢擴散迅猛，這為滅火救援行動帶來了巨大的挑戰。風電機組的內部構造頗為復雜，對于救援人員而言，迅速確定火災源頭并實施有效滅火存在一定挑戰。諸多要素提升了風力發電機組火災救火的復雜性與危險性。

二、風力發電設備火災風險應對措施

（一）選擇合適的消防設備

在目前市場上，廣泛投入使用滅火系統主要包括七氟丙烷氣體類型及全氟己酮裝置等。作為一種無毒且不導電的滅火介質，七氟丙烷滅火系統顯示出高效的滅火能力，非常適合用于風力發電機組內部電氣火災的撲救。特別適用于風力發電設備早期火災的滅火系統，該系統采用全氟己酮作為滅火介質，能有效吸收燃燒釋放的熱量，迅速降低火災區域的溫度，從而抑制燃燒過程的鏈式反應。在考量全球溫室效應潛能（GWP）的背景下，全氟己酮顯示出卓越性能，其GWP值僅有1，顯著低于七氟丙烷的3500左右。由此表明，采用全氟己酮作為滅火介質將對環境產生微乎其微的影響，并且在撲滅火災后不會留下任何殘留物，滿足國際上對環保的嚴格要求[2]。

確保人員安全方面，全氟己酮滅火系統提供了極高的防護，其在執行滅火作業時，將空氣中濃度控制在500ppm以下，從而對人體健康保持不顯著影響。針對地處偏遠、無人看管的風力發電機組，配備能夠自動激活的全氟己酮滅火系統，其智能化啟動機制顯得格外關鍵。傳感系統能夠感應煙霧與溫度的變化，并自動啟動滅火程序，及時在火災初期進行干預，防止火勢擴散，確保設備的安全。在風電場所，為了使消防配備達到最佳狀態，需根據風機功率、塔筒高度及機艙內部空間布局等因素，選取適宜的滅火設備規格。針對功率超過2兆瓦的大型風力發電機，推薦配備容量為20升的全氟己酮滅火設備，以確保足夠的滅火劑可以覆蓋整個機艙內部空間，詳情如表1所示。

（二）制定科學有效的應急預案

針對風力發電設施可能發生的火災事件，依據《風力發電設備安全運行規范》，各風電場必須依據其安裝的機組容量與設備配置特點，制訂出相應定制化的緊急響應計劃。以一座擁有100兆瓦裝機容量的風電場所為例，該場所的應急小組至少應由6名成員組成，管理層與技術人員各占一半比例，以此來保證應急響應過程中的有效指揮和技術支持。在風電場所需的緊急撤離中，標準限定的時間為五分鐘，須劃設明確的逃生路徑，并且為每一臺風電機組配備諸如應急吊籃或自動下降裝置等逃生設備是必不可少的。

選擇適宜的滅火裝置，需依據火情具體特點及其規模來進行合理配置。以七氟丙烷為滅火介質的系統，在3秒鐘內能迅速撲滅火源，特別是針對電氣火災，該系統能在5.6%至7.8%的濃度范圍內有效地執行滅火任務，同時確保人員安全無害。針對風電場所發生的重大火災事件，建議在完成人員疏散之后，及時告知消防救援隊伍，并啟動遠程自動噴水滅火系統，以遏制火勢的擴散[3]，詳情如表2所示。

（三）加強巡檢和安保措施

針對風電場所搭載的設施，建議推行每月一次的徹底審查，其中特別關注電氣的組成部分、潤滑機制以及控制中心的操作狀況。特別是那些位于升壓站中的低壓線路，其運行時電壓一般保持在400伏特，往往因為超負荷運作或是隨著時間的推移而導致的衰老破損，有可能引起火災的發生。針對風電場所設的升壓站點，建議每六個月執行一次周密的線路審查，并更新那些已經磨損的電纜及其配套設施。

在風電場的周遭地區，進行環境整治行動對于防止夏季或干旱時期草地與植被的自燃現象，具有不可或缺的重要性。《風電場消防管理規范》規定，應每季度對距離風機基座至少30米范圍內的周邊易燃物進行清理。在風電領域，對工作人員進行定期火災安全訓練，頻率為每年兩次，尤以氣候炎熱和雷雨季節之前為關鍵時機，目的是使員工精通于火災隱患的識別與初期滅火的操作技巧。

（四）提高設備自身防火性能

在風力發電設備的防火措施中，確保工業安全至關重要；在設備的選取上，必須保證所用的電氣部件滿足國際電工委員會制定的嚴格標準。例如，IEC 60204-1所界定的工業機械電氣設備的安全要求。選用品質優良且符合規范的電氣部件，能顯著減少由電氣問題導致的火災概率。在機械維護中，選擇適當的潤滑油系統是關鍵所在，其重要性不容忽視。例如，在風電機組中普遍使用的合成潤滑油，其閃點超過200℃，這一特性保證了在高溫條件下有效降低了自燃的風險，從而增強了其抗氧化和防火的能力。

針對風電系統，進行避雷針的系統布局，對于確保能源機械安全運行，扮演著關鍵角色。按照IEC 61400-24規定，風力發電機的防雷系統需具備承受100kA雷電沖擊的能力，保障其在遭遇雷擊時不會導致火災事故。例如，風機塔筒和機艙，可以采用符合UL94標準的阻燃材料，如V-0等級的防火材料進行包裹處理，在火災發生時可以有效防止火勢的擴散。

（五）建立完善的運維管理體系

為了保障風力發電設備的安全與穩定運行，必須構建一個完備的運維管理體制。一個全面的運維管理體系，涵蓋了定期的設備巡查、可能故障的排除以及針對意外突發事件的應對計劃。定期舉辦消防安全培訓及應急演練，增強職員的安全意識與應急處理技能。

必須制定詳盡的設備巡查機制，確保風力發電機組能定期接受細致的檢測與保養，同時準確記錄相應的數據信息。故障排除機制的建立是保障風力發電設備安全穩定運行的重要環節，通過該機制，可以確保對設備運行過程中檢測到的任何故障進行及時修復，避免故障進一步惡化導致設備損毀或安全事故。同時，所有修復過程及所使用的替換零件應詳盡記錄，以便后續進行歷史數據分析，優化維護流程。在預案制定方面，必須明確突發事件的響應步驟和人員分工。每個應急小組應被指定具體職責，并根據不同火災規模或類型配備相應資源，如滅火器、應急照明、通信設備等。明確的應急預案能夠確保在事故發生后，各小組能夠迅速、有序地展開救援和故障處理工作，最大程度減少事故造成的損失[4]。

三、某風電場火災事故案例分析

在某風電場，一臺風機出現“手動剎車”警報，檢查時發現機艙冒煙并發生火災，火勢蔓延至輪轂和葉片，導致機艙、葉片和塔筒遭受嚴重破壞。直接誘因是主控柜至通訊滑環連接的400伏交流電纜，由于長時間使用造成磨損，最終導致短路，火花四濺，點燃了內部的易燃物質。可能導致電纜磨損的因素，或許與設備老化、維護不充分或安裝時未周全考慮電纜所承受的應力及負荷有關。

風電場所擁有的電氣系統，進行周期性的細致審查，重點在于關鍵電纜和電氣元件，每隔三個月，進行一次絕緣電阻的測定，以保證電纜的正常運作。針對已經磨損及老化的部件，及時更換以排除潛在危險的電纜。例如，熱感傳感器和煙霧探測器等火災早期預警系統的加裝，是為了在火情發生之前及時識別潛在危險，從而觸發應急響應計劃，阻止火災擴散。針對風電設備在作業過程中所處的高空環境，建議風電場加強對防火材料的應用，選擇等級較高的電纜及其他材料，并進一步改進電纜的布置方式，防止因電纜之間的摩擦或外界力量導致損壞情況的發生。

結語

風力發電設備由于其獨特的結構和工作環境面臨著嚴峻的火災風險挑戰，本文詳細分析了風力發電設備在檢修維護過程中可能遇到的火災問題，包括火災隱患點、火災原因以及火災救援的困難。針對這些問題，本文提出了一系列應對措施，包括選擇合適的消防設備、制定科學有效的應急預案、加強巡檢和安保措施等。這些措施旨在提高風力發電設備的安全性和穩定性，減少火災事故的發生及其帶來的損失。隨著技術的進步和社會對清潔能源安全性的日益重視，預計未來會有更多風力發電項目采用先進的消防解決方案來應對火災風險挑戰。同時，風電場也應不斷加強安全生產管理，確保安全生產穩定運行。

參考文獻

[1]周云鵬，程錦.風電機組火災特點及自動消防系統滅火劑選用探討[J].山東化工，2022，51（03）：188-190.

[2]趙發明.風力發電機組火災事故原因及防范措施[J].科技創新與應用，2023，13（22）：112-116.

[3]汪行，阮棟.電池集裝箱電源滅火系統的探討[J].武漢船舶職業技術學院學報，2022，21（02）：145-148.

[4]付亮.風力發電機軸承潤滑方式的改進[J].通用機械，2018（12）：30-31.

作者簡介：烏友坦達來（1996— ），男，蒙古族，內蒙古赤峰人，本科，助理工程師，研究方向：風力發電檢修、維護。