風電場集電線路火災成因及消防防護策略研究

作者簡介：

馬永亮（1988— ），男，彝族，云南鶴慶人，本科，助理工程師，研究方向：風力發電。

摘要：

隨著風力發電在全球能源結構中的地位日益凸顯，風電場的安全問題也備受關注。集電線路作為風電場電能輸送的關鍵環節，其火災事故不僅會造成巨大的經濟損失，還可能導致環境問題和電力供應中斷。本文深入分析了風電場集電線路火災的成因，包括線路故障、設備老化、自然因素、運維管理等方面。基于火災成因，針對性地提出了一系列消防防護策略，包括優化線路設計、加強設備維護與管理、配置消防設施、建立智能監控與預警系統、加強人員培訓與管理等，旨在提高風電場集電線路的消防安全水平，保障風電場穩定運行，為風電行業的可持續發展提供有力的技術支持與安全保障。

關鍵詞：風電場集電線路；火災成因；消防；策略

引言

風能作為一種清潔、可再生的能源，在全球范圍內得到了廣泛開發與利用。風電場的規模不斷擴大，集電線路的長度和復雜度也隨之增加。然而，風電場集電線路火災事故時有發生，給風電企業帶來了嚴重的經濟損失。深入研究集電線路火災成因，制定有效的消防防護策略，已成為風電場安全管理領域的重要課題。

一、風電場集電線路火災成因

（一）線路故障

1.短路故障

集電線路長期處在戶外惡劣環境中，紫外線輻射、風沙侵蝕、溫度變化等因素會導致絕緣材料老化、龜裂，降低絕緣性能。例如，在一些高海拔、強紫外線地區的風電場，線路絕緣老化速度明顯加快，絕緣電阻降低，容易引發短路。另外，施工過程中的不當操作、線路長期振動或遭受外力撞擊等都可能造成導線絕緣層破損。例如，在風機吊裝作業時，若不小心碰撞到集電線路，可能使絕緣層受損，進而引發短路故障[1]。

2.過載故障

在風速突變或風機控制系統故障時，風機可能出現過載運行，輸出功率遠超集電線路的額定承載能力，導致線路電流過大，發熱嚴重。例如，在強風切變情況下，風機轉速急劇上升，功率輸出失控，使集電線路過載。另外，集電線路在設計初期若未充分考慮風電場的遠期擴容規劃或對風機的發電能力預估不足，可能導致線路載流能力與實際需求不匹配，在后期運行中容易因過載而引發火災。

（二）設備老化

1.電纜老化

電纜隨著使用年限的增加，其內部的絕緣介質會逐漸失去彈性，出現硬化、脆化等現象，導致絕緣性能下降。一般電纜的使用壽命在20年—30年左右，超過這個期限，火災風險顯著增加。電纜在運行過程中，由于制造工藝缺陷或長期受到電場作用，可能在絕緣內部產生局部放電現象。局部放電會逐漸侵蝕絕緣材料，形成碳化通道，最終引發絕緣擊穿和火災[2]。

2.電氣設備老化

斷路器、隔離開關等開關設備的觸頭在長期開合操作過程中，會因電弧燒蝕、機械磨損等原因導致接觸電阻增大。接觸電阻增大后，觸頭在運行時會發熱，溫度過高時可能引燃周圍的絕緣材料，引發火災。此外，風電場中的變壓器若散熱不良，會使油溫升高，加速絕緣油老化和分解。當絕緣油分解產生的可燃氣體在變壓器內部積聚到一定濃度，遇到火花或高溫時就會發生爆炸和火災。

（三）自然因素

1.雷擊

風電場多位于開闊地帶，遭受直擊雷的概率較高。當直擊雷擊中集電線路或電氣設備時，雷電流瞬間通過，會產生極高的熱量，使線路絕緣瞬間擊穿，引發短路起火。例如，在雷電活動頻繁的山區風電場，直擊雷導致的線路火災事故時有發生。雷電放電時在周圍空間產生的交變電磁場，會在集電線路上感應出電動勢。如果感應電動勢足夠大，會使線路絕緣層被擊穿，造成線路故障，進而引發火災。

2.強風

在強風作用下，尤其是風速處于特定區間且風向穩定時，集電線路的導線會發生舞動現象。導線舞動會使導線之間、導線與桿塔之間發生頻繁的摩擦和碰撞，導致導線磨損、絕緣損壞，甚至可能造成導線斷裂，引發接地短路火災[3]。強風可能將周邊的樹枝、塑料布、風箏等異物吹到集電線路上，造成線路相間短路或接地短路，從而引發火災。

（四）運維管理因素

1.巡檢不到位

運維人員未按照規定的巡檢周期和路線對集電線路進行巡檢，可能遺漏線路存在的安全隱患，如導線的輕微損傷、絕緣子的放電痕跡等。這些隱患在長時間未被發現和處理的情況下，可能逐漸發展成嚴重的故障，引發火災。在巡檢過程中，若巡檢人員專業技能不足，不能準確識別線路的異常狀態，也會導致隱患無法及時排除。

2.維護不及時

對于發現的線路或設備缺陷，如電纜接頭松動、電氣設備參數異常等，如果沒有及時進行修復和調整，會使故障風險不斷累積。例如，電纜接頭松動會導致接觸電阻增大，發熱加劇，若不及時緊固，最終可能引發火災。定期的預防性試驗和維護工作未有效開展，如電纜絕緣預防性試驗、電氣設備的定期檢修等，無法及時發現潛在的故障因素，增加火災發生的可能性。

二、風電場集電線路消防防護策略

（一）優化線路設計

在進行集電線路規劃時，應充分利用地理信息系統（GIS）以及其他先進的技術手段，對風電場周邊的地理環境、氣象條件、雷電活動分布等進行深入細致的分析和研究。這樣做是為了能夠盡可能地規避那些雷擊高發區域、容易發生山體滑坡或泥石流的危險地帶以及強風走廊等潛在的危險地段。例如，通過分析歷史氣象數據和地形地貌數據，可以選擇那些地勢相對平坦、雷電活動相對較少的區域作為線路走廊。此外，增加線路與周邊建筑物、樹木等潛在障礙物的安全距離至關重要。在通常情況下，集電線路與建筑物之間的水平距離至少應保持在5米，而與樹木之間的垂直距離至少應保持在3米，這樣可以顯著減少異物掛線的風險以及因周邊物體倒塌而引發線路故障的可能性。在材料選擇方面，應優先考慮使用高質量的絕緣材料，如交聯聚乙烯（XLPE）絕緣電纜，這種材料因其出色的耐熱性、耐老化性和機械性能，能夠顯著提高線路的絕緣水平。同時，根據風電場的裝機容量以及遠期規劃，合理確定集電線路的導線截面，確保線路具備足夠的載流能力，從而有效避免因過載而導致的火災風險。

（二）加強設備維護與管理

建立健全風電場集電線路的設備管理制度，定期對設備進行維護和管理。（如表1所示）。同時，在風電場內進行施工作業時，應嚴格遵守安全操作規程，辦理動火作業許可證，并配備必要的滅火器材和防火措施。對于老化嚴重、性能不符合要求的電纜和電氣設備，應及時進行更新換代。例如，將老舊的油浸式變壓器更換為干式變壓器，干式變壓器具有更好的防火性能，不易發生火災事故。對現有設備進行技術升級，如為電氣設備安裝智能監測裝置，能夠實時監測設備的運行狀態，及時發現故障隱患并報警。

（三）配置消防設施

在集電線路沿線的電氣設備處，如箱式變壓器、開關設備箱等，應配備合適的滅火器材（如表2所示），以確保在發生火災時能夠迅速有效地進行滅火作業，從而最大限度地減少財產損失和保障人員安全。此外，建立火災自動報警系統至關重要。該系統應采用多種探測器相結合的方式，包括感溫探測器、感煙探測器以及火焰探測器，以實現對集電線路和電氣設備的全方位、無死角監測。例如，在電纜橋架上安裝感溫探測器，在電氣設備室內安裝感煙探測器和火焰探測器，以便在火災發生初期即能探測到火災信號，并立即向監控中心發出報警。同時，應設置手動報警按鈕，以便運維人員在發現火災跡象時能夠及時手動報警。手動報警按鈕應安裝在易于操作的位置，如巡檢通道、設備操作間等，確保在緊急情況下能夠迅速被使用。

（四）建立智能監控與預警系統

建立一個高效的智能監控系統，可以實時監測各種環境和設備狀態，及時發現潛在的風險和問題，以提高安全性和效率（如表3所示）。除此之外，建立有效的預警機制也是不可或缺的。當監控系統檢測到異常數據時，如線路溫度超過設定的預警值、電氣設備運行參數出現異常等，系統將自動發出預警信號。這些預警信號可以通過多種方式傳遞給運維人員，包括但不限于短信、郵件等通知方式，確保相關人員能夠迅速響應并采取必要的措施。為了進一步加強應對突發事件的能力，制定完善的應急處置預案是必不可少的。在火災發生的情況下，能夠迅速啟動應急響應，組織人員進行滅火和搶修工作。因此，應急處置預案應包括火災報警響應流程、滅火組織與分工、設備搶修方案、人員疏散等內容。這樣的預案能夠確保在火災發生時，每個成員都清楚自身的職責和行動方案，從而提高整體的應急反應速度和效率，最大程度地減少火災造成的損害[4]。

（五）加強人員培訓與管理

為了確保風電場的安全運行，應定期組織運維人員參加全面的消防安全知識培訓。這些培訓內容涵蓋了電氣火災成因、預防措施以及滅火器材的正確使用方法等。邀請經驗豐富的消防專家來授課，他們不僅傳授理論知識，還結合真實發生的案例進行深入分析和講解，從而有效提升運維人員在消防安全方面的意識和緊急情況下的應對能力。此外，開展一系列電氣設備操作與維護的技能培訓，確保運維人員能夠熟練掌握集電線路和電氣設備的操作規程、維護要求以及處理常見故障的方法，從而顯著減少因操作不當而引發火災的風險。為了進一步加強風電場的運維管理，應建立一整套風電場運維管理制度。這套制度應詳細規定巡檢周期、巡檢內容、維護標準、故障處理流程等關鍵要素。同時，強化對運維人員巡檢和維護工作的監督考核，以確保這些制度能夠得到嚴格執行。例如，制定標準化的巡檢記錄表格，要求運維人員在巡檢過程中詳細記錄線路和設備的運行狀態。對于那些未能按照規定進行巡檢或記錄不完整、不準確的人員，應根據情況給予相應處罰，以此來保證巡檢工作質量和效率。

結語

風電場集電線路火災成因復雜多樣，涉及線路故障、設備老化、自然因素、運維管理因素等多個方面。通過優化線路設計、加強設備維護與管理、配置消防設施、建立智能監控與預警系統、加強人員培訓與管理等一系列消防防護策略的實施，可以有效降低風電場集電線路火災事故的發生概率，提高風電場的消防安全水平，保障風電場安全穩定運行，為清潔能源的可持續發展奠定堅實基礎。在未來的風電場建設和運營過程中，還需要不斷總結經驗，進一步完善消防防護措施，以應對不斷變化的火災風險挑戰。

參考文獻

[1]黃海.高比例柔性負荷接入下的風電場集電線路方法[J].電網與清潔能源，2023，39（10）：80-84.

[2]韓宇飛，施慎行.風電場集電線路精細化保護研究[J].電氣應用，2023，42（08）：15-24.

[3]宋祥斌.降低風電場集電線路雷擊跳閘事故方法分析[J].電力設備管理，2023（21）：41-43.

[4]張龍偉.風電場集電線路雷擊風險及防護技術研究[J].中國科技期刊數據庫工業A，2022（03）：227-229.