风力发电机自动消防系统的选择

风力发电机自动消防系统的选择

 风力发电机自动消防系统的选择，自从2006年《可再生能源法》生效以来，中国的风电装机取得了迅速的增长，无论是东莞发电机年度装机容量还是累计装机容量，都已经成为世界第一。截止到2013年底已经有台累计9174万千瓦6万多台风电机组在中国的大地运行着。但是，随着装机容量的不断增加，风电机组的火灾事故也越来越多，轻则烧毁设备，重则造成人员伤亡，给企业在经济上、声誉上均造成了巨大的损失。

本文主要探讨风电机组的配备消防系统必要性及如何选择。

一、 风力发电机组为什么需自动消防系统

1. 机组价值高

风力发电机组是高价值的设备，以2MW风机为例，每台风电机组(含塔筒)价值1000万元。风机的叶片为复合材料制成，机舱外壳材料为玻璃钢，里面容纳有各类电气设备、液压站、齿轮箱、发电机等，一旦发生火灾，基本上风机设备会全部灭失，所残留的设备也没有维修和使用的价值了。单机容量越大，设备价值越高，更需要防火保护。

2. 风机自身的火灾隐患多

1) 野外雷击

东莞二手发电机风机机组工作在野外风速比较大的地方，如山脊、开阔的平原等处，而这些地方恰恰是容易遭受雷击的区域。丹麦是地势平坦的国家，海拔最高处不超过150米，据丹麦建筑物及风机防雷委员会统计，自从丹麦发展风电以来，这个国家每年遭受的雷击次数骤升到30万次以上。雷击能量的大小很难预测，而风机的防雷设计系统都是按照一定的标准设计，是有容量限度的。当实际的雷击超过设计标准时，就会发生火灾。

2) 风机设计制造缺陷

风机的设计要符合当地运行环境的特点，但是某些风机设计上制造上有缺陷。如在海边或者海上运行的风机，需要考虑盐雾对电气设备腐蚀的影响，有的风机未安装潮湿空气过滤系统(又称“气候包”)，导致机舱里高压变压器等设备的接线端子锈蚀，产生污闪电晕放电现象，最后造成相间短路发生火灾。有的风机齿轮箱漏油严重，地板上会有一些积油。有的风机防雷性能较差，未能正确按照防雷分区的要求设计相应的防雷措施，有的制造质量较差接地线未能正确安装，或者风电场自身的接地网长期锈蚀导致接地性能下降等。这些因素均会在运行中由于自身(电气防护等级下降)或外界的原因(雷击)导致火灾发生。

3) 服务不到位

由于风电最近几年发展快，人员培训跟不上，很多维修人员在工作时没有风机防火意识。风电机组的维修人员由于工作粗心，有时候会在维修结束后在机舱里留下沾染油污的棉丝、或者齿轮箱渗油没有及时擦洗干净。当机组发生紧急刹车时，刹车片会擦出火星，溅到棉丝上可能会引燃棉丝导致火灾。

3. 风机火灾不易救援

1) 高空不易救援

风电机组的主要部件如机舱和叶片运行在距离地面七八十米的高空，相当于30层楼高，通常火灾发生的时候风都比较大，一般的消防车的水压难以到达如此高度，通常只能“忘火兴叹”。

2) 野外不易救援

风电场通常都远离城市，城市消防系统很难及时到达。海上风电机组的火灾救援更是遥不可及，发生了火灾，通常只能任其烧毁。

4. 造成的次生灾害大

中国的装机有超过一半的风电机组安装在草原和森林附近，一旦发生火灾，风机就象一支燃烧的巨型火炬，燃烧中散落的碎片会随风飘入到附近的草场、田野和森林中，引发次生火灾造成更大的损失。

二、 风力发电机机组的结构和运行特点

下面从风电机组的设计结构和运行特点来分析其对消防设备的要求。

1. 低温运行环境的挑战

风机由于工作在野外运行，要求东莞发电机出租其所有的配套设备必须能够在-40℃～50℃的范围宽温运行。尤其是在冬季调试、或是因故障停机期间，其夜间可以达到-30℃多度，必须使用能够耐低温的火灾探测器。

2. 机舱空间狭小

风机机舱通常都为紧凑型设计，里面容纳了主轴、齿轮箱、发电机、中控柜，甚至变频器等大部件，空间狭小，考虑到维修维护人员通行的方便，不适宜在机舱内布置复杂的管网消防系统。

3. 消防系统的可靠性

消防系统需要运行可靠，不能出现误触发现象。国内部分风机安装的消防系统在雷击的情况下发生多台误触发，反而给运行造成了不必要的麻烦。要想避免误触发最关键的是要选用可靠的消防装置启动元件。

4. 运行安全需要

按照国标GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》规定防护区内设置的预制气体灭火系统的充压压力不应大于2.5 MPa，否则就会不安全。有公司采用气体或水系灭火，都需要很大压力的储压罐，通常在4.5MPa-15MPa的范围。而这类储压罐是不允许放在机舱等被保护区域的。如果把储压罐放在塔筒顶层平台上，那么偏航又成了问题。

5. 运行维护的便利性

消防系统是用来保护风机免受火灾损失的，不应该成为风机运行维护的负担。但风机里存在压力驱动的储压罐时，按照规定压力容器是需要定期年检的，而且要请专门的人员来补充损失的灭火介质。这无疑给风机的运维工作带来了很多额外的工作，在目前的风电行业状况根本不可行。

6. 价格要有竞争力

风电行业还是一个低利润的行业，企业不能为了保护风机而不仅成本地进行消防系统的投入，毕竟经济效益才是企业追求的最终目标。为了实现这个目标，需要消防的配置灵活，根据希望的保护区域来灵活配置灭火装置。

三、 如何选用消防系统

根据以上分析，风电机组的消防系统的选用需要符合如下特点：

1. 要符合国内的消防法规：机舱内不允许有超过2.5MPa的压力容器。必须满足无压储存的条件。必须有国内的权威消防部门出具的型式试验检测报告。

2. 符合风机的结构和运行特点：

机舱内无需布置管网，装置体积小，便于安装。且配置灵活，可繁可简。

3. 使用简便：无需定期对压力容器检定，无需定期补充灭火介质。

4. 符合运行环境的要求

启动元件和灭火装置需要能耐-40℃的低温，选用可靠的机械式启动元件，不受雷击、浪涌等影响而产生误报。消防系统的灭火方式多种多样，风电行业有其特殊的使用要求。

四、 风电机组自动消防系统介绍

1. 灭火方案及工作原理

根据不同的保护部位采用不同的灭火介质，在机舱空间灭火使用超细干粉装置，在各个电气柜里面灭火采用气溶胶装置，二者均采用机械式感温启动元件触发。触发温度可以根据机舱和控制柜的正常工作温度来设定。

当火灾发生后，被保护区域温度上升到设定的温度时，机械式感温启动元件产生脉冲电流触发灭火装置(干粉装置或气溶胶装置)释放灭火药剂，火灾会在1～5秒内扑灭。灭火后会自动产生一个反馈信号给主控系统。

2. 独特优势

1) 无源启动：灭火装置采用机械式感温启动元件，，且无需供电，不会出现受供电的波动而造成误启动或者因电池低温失效而无法启动的现象。启动元件耐-40℃低温，而国内目前的感温、感烟探测器最低到-10℃，无法满足风机使用要求。

2) 无压储存：灭火装置采用预制式无压储存，平时没有压力，耐-40℃低温，完全符合消防法规的规定，安全可靠适合机舱和电气柜使用。

3) 无管网：每一个灭火装置都由一个机械式感温启动元件触发。无需在机舱里布置复杂的传感器线路和灭火管网，安装简便。可根据机舱和控制柜的大小，灵活布置装置数量。一般一个2MW的风机机舱里面需要配置2-3个干粉灭火装置，每个电气柜各需要配备一个气溶胶。

4) 免维护：装置的使用期限为10年，使用期间无需任何维护，既不需要定期年检，也不需要补充介质。

5) 配置灵活：客户可以根据对火灾风险的评估情况，选用不同的配置，如仅仅对电气柜进行保护，或者仅仅对机舱的重点区域进行保护，或者采用超小气溶胶对轮毂的电气柜保护。

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