自動消防系統在風力發電機組中的應用

摘要：隨著風力發電的快速發展，風力發電機組的安全運行成為行業關注的重點。火災作為風力發電機組面臨的重大威脅之一，其發生原因多樣，包括電氣故障、機械故障、環境因素以及油品泄漏等。因此，研究并應用自動消防系統對于保障風力發電機組的安全運行具有重要意義。本文概述了自動消防系統的基本構成和工作原理，分析了風力發電機組火災的發生原因與特點，并詳細探討了非貯壓式超細干粉滅火器、組合固定式熱氣溶膠滅火裝置以及被動式熱氣溶膠滅火劑在風力發電機組中的具體應用策略，旨在為風力發電機組火災防控提供技術參考和實踐指導。

關鍵詞：自動消防系統；風力發電機組；應用；技術

引言

2024年4月25日，遼寧錦州市黑山縣某臺風力發電機組突然起火，該項目位于半拉門鎮境內，總裝機容量200MW，安裝有三一重能SI-17250風力發電機組，此次火災事故造成風力發電機組機艙內部燃燒嚴重，損毀嚴重。近年來，國內還發生了多起類似的風電機組火災事故，如山東威海、浙江寧波等地的風電項目也曾發生機組著火事故。風力發電機組作為可再生能源的重要組成部分，由于其特殊的運行環境和復雜的內部結構，一旦發生火災，不僅會造成巨大的經濟損失，還可能對人員安全構成嚴重威脅。因此，研究風力發電機組火災的發生原因與特點，并探索有效的自動消防系統應用方案，具有十分重要的現實意義。

一、自動消防系統概述

風電機組自動消防系統是一種集成了先進探測技術、報警裝置、滅火設備及聯動控制機制的綜合性消防安全系統，旨在實時監測風電機組內部的火災隱患，一旦檢測到火情，能夠迅速啟動并自動執行滅火操作，從而有效控制火勢蔓延，保護風電機組設備安全，減少經濟損失。一般來講，自動消防系統包括煙霧探測器、溫度傳感器、火焰探測器等多種火災探測設備，能夠實時監測機組內部的煙霧、溫度及火焰等火災特征參數，一旦發現異常，立即觸發報警信號[1]。同時，系統還配備有自動噴水滅火裝置、氣體滅火裝置或泡沫滅火裝置等，根據火災類型和機組特點選擇合適的滅火方式。自動消防系統還與風電機組的控制系統實現聯動，一旦發生火災，系統不僅能夠自動啟動滅火裝置，還能關閉機組內部的電源、風門等，防止火勢擴大和電氣設備的進一步損壞。

二、風力發電機組火災的發生原因與特點

（一）火災事故原因

1.電氣故障

第一，發電機繞組短路。由于發電機繞組加熱裝置出現故障或控制回路出現異常，會持續對繞組進行加熱，導致繞組絕緣老化引起短路，進而引發火災。第二，控制柜、變頻柜短路。風機控制柜和變頻柜等盤柜內各電源、控制回路接線端子松動造成接觸不良或短路，會同時引發火花。第三，電氣過載與電弧。由于發生接地故障、電線短路及產生電弧等造成過載，繼而過熱引起火災。接地故障、電線短路時，電流迅速升高至額定電流的10倍—15倍，使電線電路嚴重超負荷而發熱，導致火災發生。

2.機械故障

第一，發電機軸承過熱。在發電機軸承自動注油系統故障（如發電機加脂機損壞或油路堵塞）、潤滑油脂劣化、軸承摩擦大等情況下，會導致軸承過熱，引燃附近易燃物，如油污、遺落布條等。第二，剎車系統形成高溫。在機組安全鏈故障或人為手動緊急停機的情況下，若機組在高速運轉，剎車片和高速旋轉的剎車盤之間摩擦會產生大量火花，可能引燃周圍易燃物。第三，機械制動過熱。風力發電機組機械制動裝置劇烈摩擦會產生大量熱量，若剎車裝置故障或制動控制不當會產生火花，使周圍可燃、易燃物質燃燒而導致火災。

3.環境因素

雷擊是引發風力發電機組火災的重要原因之一。雖然風電機組都配備了避雷系統，但一旦避雷設施維護不當或選型設計不當、安裝位置不合理或避雷器接觸電阻太高，70m以上高空中的風機遭受雷擊并發生火災的風險就會大大提高[2]。尤其是高山林地地區，海拔高加上風機塔筒和葉片本身高度，風機遭受雷擊的風險遠高于低海拔平原地區。

4.油品泄漏

風力發電機組上的齒輪箱、液壓裝置等設備需使用油品，若這些設備存在制造缺陷或密封磨損泄漏缺陷，潤滑（液壓）油泄漏遇到高溫或明火極易導致火災。

（二）火災特點

1.可燃物種類多，火災荷載密度大

風力發電機組上采用了多種可燃物品，如各類潤滑油、液壓油、高壓膠管、通風管、電氣元件、電線電纜、油漆、密封材料、隔熱吸音棉、機艙罩和葉片材料等，分布在葉輪、機艙和塔架的不同部位，尤其是機艙罩內，可燃物品種類和數量最多，機器設備密集，空間狹小，因此火災荷載密度大，火災危險性高。

2.通風換氣迅速，火焰蔓延速度快

風力發電機組內部通風設備與外界環境風速共同作用，形成強氣流，使得機艙內部通風換氣迅速，在火災發生時尤為不利，強氣流會加速火焰的蔓延速度，使得火災在短時間內迅速擴大。風力發電機組是昂貴的設備，一旦發生火災，將造成巨大的直接經濟損失。再加上風力發電機組通常安裝在偏遠地區且高度較高，火災撲救難度大大增加，火災墜落物嚴重威脅救援人員的人身安全。

3.對消防系統要求高

鑒于風力發電機組火災的上述特點，對消防系統的要求也相應提高。消防系統需要具備快速響應、高效滅火的能力，并在惡劣環境下穩定運行。同時，消防系統的設計與安裝還需要充分考慮機組的結構特點和運行環境，才能確保其在實際應用中能夠發揮最大作用。

三、自動消防系統在風力發電機組中的具體應用

（一）非貯壓式超細干粉滅火器

非貯壓式超細干粉滅火器作為一種高效、快速的滅火設備，在風力發電機組中的應用實施需嚴格遵循專業技術規范，才能確保其能夠在火災發生時迅速響應并有效控制火勢。非貯壓式超細干粉滅火器具有無須貯壓、安全可靠、滅火效率高等特點，特別適用于風力發電機組這類空間有限且對安全要求極高的環境。在選型時，需根據風力發電機組的實際規模和潛在火災風險進行評估，確定滅火器的規格和數量[3]。一般建議選用滅火劑噴射時間不低于20s，噴射距離不小于4m的型號，確保滅火劑能夠充分覆蓋機組內部的各個角落。

滅火器的安裝位置需經過精心設計，對于風力發電機組而言，建議將非貯壓式超細干粉滅火器安裝在機艙內部，特別是靠近易燃物集中區域和電氣設備附近。同時，應考慮滅火器的噴射角度和范圍，避免安裝位置存在死角或盲區。在實際布局中，可采用多點分布的方式，即在機艙內的不同位置安裝多個滅火器，形成立體化的滅火網絡。同時，非貯壓式超細干粉滅火器應與風力發電機組的自動消防系統實現聯動，當火災探測設備檢測到火情時，系統應立即觸發滅火器的啟動信號。為了實現這一功能，需要在滅火器的控制電路中接入火災報警系統的輸出信號，并確保信號傳輸的穩定性和可靠性。一般來講，風力發電機組屬于包含多種可燃物的環境，建議選擇具有廣泛滅火能力的超細干粉滅火劑，如能夠同時撲滅A類（固體材料）、B類（液體或可熔化固體）、C類（氣體）和E類（帶電設備）火災的ABC類干粉滅火劑。在填充滅火劑時，須嚴格按照相關標準進行操作，確保滅火劑的填充量、密度和均勻性達到要求，一般建議滅火劑的填充量不少于滅火器總容積的80%。建議定期對滅火器進行檢查，包括外觀有無損傷、滅火劑是否充足、噴射裝置是否暢通等。同時，還應定期對滅火器的性能進行測試，如模擬火災情況下的噴射試驗，建議每年至少進行一次全面的檢查和維護，確保其在關鍵時刻能夠正常工作。

（二）組合固定式熱氣溶膠滅火裝置

組合固定式熱氣溶膠滅火裝置的工作原理是利用電啟動或熱啟動方式，激發裝置內的固態滅火藥劑，產生大量氣溶膠滅火粒子，迅速擴散并充斥整個保護空間，通過化學抑制和物理隔絕的雙重作用，有效撲滅初期火災。

組合固定式熱氣溶膠滅火裝置在風力發電機組中的具體應用，需根據風力發電機組的實際布局、機艙體積以及潛在火災風險區域進行滅火裝置的選型與配置。一般建議選用具有高效滅火能力、低殘留、對環境影響小的熱氣溶膠滅火裝置，重點考慮裝置的滅火濃度、噴放時間、覆蓋范圍等關鍵參數[4]。例如，對于一臺標準2MW風力發電機組，機艙體積約為30m3，可選用滅火濃度為300g/m3、噴放時間不超過10s、能有效覆蓋整個機艙空間的熱氣溶膠滅火裝置，確保在火災初期形成足夠的滅火濃度。滅火裝置的安裝位置至關重要，須確保在火災發生時，滅火劑能快速、均勻地分布到整個保護區域。建議在風力發電機組的機艙內部，特別是易燃物集中區域（如電氣柜、齒輪箱附近）以及潛在的火災起源點（如發電機、剎車系統周圍）安裝滅火裝置?？刹捎枚帱c布置策略，每個滅火裝置負責一個特定區域，通過計算模擬確定最佳安裝位置和數量，確保無滅火盲區。安裝時，還需考慮滅火裝置與機組其他部件的安全距離，避免滅火劑噴放對設備造成二次損害。當火災探測系統發出報警信號時，控制系統應立即啟動滅火程序，同時關閉機組內部的非必要電源、風門等，以防火勢擴大和電氣設備損壞。聯動控制邏輯需經過嚴格測試，確保在緊急情況下能迅速、準確地執行。此外，建議設置手動緊急啟動按鈕，以便在自動系統失效時，現場人員能手動啟動滅火裝置。考慮到風力發電機組通常安裝在戶外，多處于高海拔、強風、低溫等惡劣環境，滅火裝置的選擇與安裝還需特別考慮其環境適應性。例如，選用具有防水、防塵、抗腐蝕性能的外殼材料，確保滅火裝置在極端溫度下（-40℃至+60℃）仍能正常工作?？紤]強風條件下滅火劑的有效擴散與滯留問題，需要調整滅火劑的配方或噴放方式，增強其在復雜環境下的滅火效能。

（三）被動式熱氣溶膠滅火劑

被動式熱氣溶膠滅火裝置作為一種先進的滅火技術，其在風力發電機組中的應用需精心規劃與實施，確保在火災發生時能夠迅速、有效地發揮作用。根據風力發電機組的結構特點和火災風險分布，建議在以下關鍵柜體內各安裝一個滅火裝置。包括1號出口開關柜、2號出口開關柜、1號變槳控制柜、1號變槳電源柜、2號變槳控制柜、2號變槳電源柜、3號變槳控制柜、3號變槳電源柜[5]。這些柜體內部包含大量的電氣元件和線路，是火災易發區域，因此在此布置滅火裝置能夠有效覆蓋火災風險點。安裝時，需確保滅火裝置固定牢靠且其噴嘴朝向柜體內部空間，以便在啟動時能夠迅速、均勻地釋放滅火劑。同時，應考慮到滅火裝置與柜體內其他設備的安全距離，避免在滅火過程中對其他設備造成損害。建議滅火裝置與柜體內壁的距離保持在10cm—15cm，確保滅火劑能夠充分擴散。

被動式熱氣溶膠滅火裝置具備自動和手動兩種啟動模式，適應不同的火災應對需求。在自動模式下，滅火裝置依靠內置的熱執行器來感知環境溫度。當柜體內部溫度達到預設的95℃/203℉時，熱執行器會自動激活，觸發滅火裝置釋放滅火劑。這一溫度閾值是基于風力發電機組內部電氣設備和線路在火災初期的典型溫升特性而設定的，旨在確保在火災初期能有效響應。手動模式提供了一種應急啟動方式，當自動模式因故障或其他原因無法啟動時，操作人員可以通過手動方式拔出熱執行器上的拉環，直接激活滅火裝置。為了確保手動模式的可操作性，建議在每個安裝有滅火裝置的柜體外部設置明顯的操作標識和操作步驟說明。同時，定期對操作人員進行培訓，確保他們熟悉手動啟動流程，并能在緊急情況下迅速、準確地執行操作。

結語

綜上所述，風力發電機組的火災防控是一個系統工程，需要綜合考慮機組的結構特點、運行環境以及潛在的火災風險。自動消防系統作為關鍵的安全保障措施，其合理配置與有效應用能夠顯著提升風力發電機組的安全運行水平。隨著技術的不斷進步和應用的深入，相信風力發電機組的火災防控能力將進一步提升，為風電行業的可持續發展提供更加堅實的安全保障。參考文獻

[1]康健，陳靜，袁志鋼，等.海上風電機組消防物聯網系統設計與實現[J].機電信息，2021（28）：18-19.

[2]付雪輝.淺析自動消防系統在風力發電機組中的應用[J].紅水河，2020，39（05）：54-56+61.

[3]賀俊華.風力發電機組加裝自動消防裝置方案探究[J].消防界（電子版），2022，8（23）：10-12.

[4]熊昌全，張宇寧.風力發電場遠程集中消防監控系統的研究與應用[J].現代職業安全，2023（10）：77-80.

[5]矯宇航，王雪麗，王鵬.風電機組自動消防系統設計及聯動試驗研究[J].今日消防，2023，8（12）：29-31.