風力發電機組火災特性及消防系統應用

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,風力發電機組火災特性及消防系統應用試驗研究,公安部天津消防研究所,公安部四川消防科研所,2010,年,3,月,第一章 項目概述,世界風能發展迅猛,安全事故頻發,火災事故不斷,經濟損失巨大,消防設施空白,消防問題亟待解決,研究背景,研究目標任務,建立風力發電機組的火災特性及消防系統應用模擬試驗研究裝置；,對風力發電機組的火災特性和消防系統應用進行模擬試驗研究；,提出適合風力發電機組特殊運行環境和技術條件的專用消防系統集成方案；,為國家風力發電行業的消防設計防火規范以及相關產品標準和檢測標準的制訂提供依據。,第

2、二章 國內外研究現狀及發展趨勢,德國國家標準,DIN EN 50308-2005,風力發電機組防護措施的設計、操作和維修要求,包含機組的消防安全防護。,隸屬于德國保險業聯合會（,GDV,）的安防認證機構,VdS,于,2007,年制訂了風力發電機消防系統測試認證標準,VdS-3523,風力發電機組消防指南,。,2008,年德國勞埃德船級社（,GL,）制訂,風力發電機組消防系統評定規程,美國,NFPA 850,發電廠和高壓直流轉換站的防火推薦規程,，在,2009,年的修訂版中增加了,3,個章節：,風力發電,太陽能發電,地熱能發電,我國寧夏制訂了地方標準,DB64/T 524-2008,寧夏風力發電

3、機組消防系統設計、施工、驗收規范,。,近年德國在一些大型風力發電機組中設置了自動消防設施（,REpower,5M,）。,目前我國的風力發電機組只是在機艙內放置了兩具滅火器而已。,第三章 風力發電機組火災特性研究,風力發電機組的基本結構,葉輪,機艙,塔架,控制系統,容易發生火災的部位和設備,機艙,組成：主軸總成、潤滑散熱系統、齒輪箱、剎車系統、發電機、提升機、偏航軸承、偏航驅動、機艙底座、照明系統、傳輸電纜、控制柜等。,隱患部位：潤滑散熱系統、齒輪箱、剎車系統、機艙底座、傳輸電纜、控制柜等部位容易引發火災。,火因：高溫運行、通風不良、過熱老化、潤滑油泄露、高速制動和極端惡劣氣候條件等。,葉輪,組

4、成：葉片、整流罩、輪轂、葉片調節電機與控制系統等。,隱患部位：葉片、調節電機與控制系統。,火因：葉片遭受雷擊、電機超負荷運行、控制系統過熱老化擊穿等。,風機葉片雷擊火災,塔架,組成：一般為中空圓柱形，設有數個平臺，內有爬梯、傳輸控制電纜，塔架底層設有變頻柜、控制柜等。,隱患部位：傳輸控制電纜、變頻柜、控制柜等設施。,火因：控制柜空間狹小、通風不良、電氣元件過熱老化擊穿，電纜過流絕緣降低。,可燃物品種類及分布特點,風力發電機組上采用的可燃物品種類較多，包括：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等。,這些可燃物品分布在葉輪、機艙和

5、塔架的不同部位，其中機艙罩內的可燃物品種類和數量最多，機器設備也多，布置密集，空間窄小，火災危險性最高。,國外風力發電機組火災統計分析,表,3,世界風力發電機安全事故統計表（,2009.12.31-,英國）,事故類別,發生起數,占比（,%,）,備注,死亡事故,60,8.4%,亡,66,人,傷害事故,38,5.3%,葉片事故,167,23.4%,葉片損壞、脫落,火災事故,138,19.3%,毀滅性,結構損壞事故,84,11.7%,主要部件和塔架,結冰拋擊事故,(ice throw),27,3.8%,結冰墜落和,拋出擊打,運輸事故,45,6.3%,運輸和裝卸,破壞環境事故,60,8.4%,含珍稀動

6、植物,和鳥類死亡,其它事故,96,13.4%,總數,715,100.0%,表,4,德國風機火災統計表（,2002-2005,）,共,22,起毀滅性火災事故由控制柜引發的火災事故,16,起，占,72.7%,國內風力發電機組火災案例分析,海南某風電場一起風力發電機組火災分析,損失：塔筒底部電氣控制柜和變頻柜全部燒毀，停機,2,月。,火因：電氣控制柜通風不良，散熱條件差，運行溫度過高。一年內電氣控制柜溫度高于,55,的長達,41,天，最高溫度達,63.5,，而無功補償電容器最高允許使用溫度不超過,55,。曾大量損壞，但未采取有效措施。,消防救援：無自動滅火設施，外部救援無效，水漬損失大。,福建某風電

7、場一起風力發電機組火災分析,損失：,36,進口機組全部燒毀，直接經濟損失一千多萬元。,火因：機艙,主變壓器后側三相絕緣墊塊鹽霧凝結污染嚴重，形成污閃電暈放電現象，造成對地、相間短路，形成電弧，引起火災。,消防救援：無自動滅火設施，因夜間大霧人員無法到達現場。,27#,機組變壓器后側污閃痕跡,36#,機組火災殘骸,內蒙某風電場一起風力發電機組火災分析,損失：一臺,2MW,機組全部燒毀，直接經濟損失兩千多萬元。,火因：待查。,消防救援：無自動滅火設施。消防隊趕到現場，但面對,60,余米高的機艙和葉片火災無力施救，束手無策！只能退離,100,米之外的上風方向，見機撲滅掉落殘片之火焰，避免引起草原大火

8、！,三起火災警示,機組無自動消防設施，不能早期發現火情，不能早期滅火控制，一旦發生火災，無法避免巨大損失。,人員無法及時趕到現場。,外部救援滅火無能為力，只能望火興嘆！,風力發電機組的消防安全保護已刻不容緩！,風力發電機組火災的特點,可燃物種類多，火災荷載密度大。,火災隱患多，容易發生電氣火災、固體火災和液體火災。,通風換氣迅速，火焰蔓延速度快。,設備價值高，火災損失大，一旦發生火災，將造成巨大的直接損失和間接損失。,容易引起附近建構筑物火災，誘發森林火災和草原火災。,火災撲救難度大，外部救援幾無可能，且火災墜落物嚴重威脅救援人員人身安全。,第四章 風力發電機組消防系統應用,風力發電機組所處環

9、境技術條件對消防系統有不利影響：,內部通風設備和外部環境風速形成強氣流，機艙內部快速通風換氣，對火災探測器的快速響應和滅火裝置的滅火效能有較大影響；,工作環境的極低溫（,-40,以下）和極高溫（,+50,以上）對設備長期運行可靠性的不利影響；,震動尤其是橫向震動對設備安裝和安全運行產生不利影響；,水霧、鹽霧和腐蝕性氣體、沙塵等惡劣氣候環境對設備長期可靠運行的不利影響；,機艙內強電磁場和電磁兼容性對設備運行可靠性的影響。,風機葉片、機艙、隔熱吸音棉、電纜、剎車系統等的防火問題,美國,NFPA 850-2009,發電廠和高壓直流轉換站的防火推薦規程,推薦采用不燃材料制作風機葉片和機艙等重要部件。,

10、國內已見到采用混合添加劑來提高葉片阻燃性能（氧指數）的研究報道。,國內某公司研制成功具有隔音、保溫和阻燃性能的風力發電機組機艙隔音結構，并已申請專利。,電纜過流引發的電氣火災，具有不易監控、蔓延速度快的特點，應對電纜和電纜井口、孔洞等采取防火措施。,剎車系統在高速制動時容易產生火花和高溫碎屑，可能引燃附近泄露的潤滑油和其它可燃物而釀成火災。,防火分區問題,機艙和塔筒上下聯通，有較多的輸電電纜和控制電纜，火災時容易通過電纜上下蔓延而難于控制；,爬梯口容易產生煙囪效應；,劃分防火分區，阻止火災的蔓延，使火災損失降低到最小程度。,火災自動探測裝置的選擇設置問題,少量的煙霧可能被大量的空氣流稀釋，應選

11、擇高靈敏度的感煙探測器，如吸氣式感煙探測器等。,窄小空間內熱空氣分層形成熱屏障效應，探測器的設置位置和高度要適當，在排風口附近應增加探測點。,煙霧和熱氣流容易受密集的設備、線纜以及電纜夾層結構的阻擋，探測器應在易發生火災的設備和部位多點布置。,電氣設備控制柜等裝置的外殼密閉性強，應把吸氣式感煙探測器的吸氣管伸入柜內探測或單獨安裝一只探測器。,電線電纜火災初期發熱和發煙量很少，而且這些量少且溫度不高的煙氣的擴散能力很差。普通探測器很難探測到，采用吸氣式感煙探測器貼近布管和纜式線形感溫探測器組合可能會取得好的探測效果。,變速箱和發電機等的異常高溫由于快速換氣不易探測，采用纜式感溫探測器接觸纏繞探測

12、可能更可靠有效。,所選設備性能穩定可靠，易于維護管理，運行成本低。,火災自動滅火裝置的選擇設置問題,強空氣對流和開敞空間孔洞容易導致滅火藥劑的快速流失，對需要較長時間才能滅火裝置不利，應選用能夠快速滅火的滅火裝置和滅火藥劑。,機艙內設備密集，空間窄小，會阻擋滅火藥劑的噴放和擴散，應選用全淹沒應用和局部應用能力都好的滅火裝置，滅火裝置應重點布置在變速箱、剎車盤、發電機、電纜夾層等易發生火災的部位。,由于可能發生火災的設備和部位較多，應盡量采取全淹沒滅火方式，并考慮足夠滅火劑用量和流失補償量。,機艙內設備安裝條件和空間有限，應盡量采用安裝簡便、占用空間少的無管網滅火裝置。,電氣控制柜、變頻柜等封閉

13、設備應內置小型自動滅火裝置才能有效控制滅火。,滅火藥劑不會對機組設備造成二次污染，容易清理，不污染環境，不破壞大氣層。,所選設備性能穩定可靠，易于維護管理，運行成本低。,幾類常用滅火裝置的對比分析,通過對滅火裝置的適用范圍、滅火機理、滅火方式、滅火劑噴放時間、滅火劑用量、滅火裝置體積、滅火裝置安裝、滅火劑儲存壓力、滅火后清理和二次污染、安裝和維護成本等綜合性能經濟指標分析判斷：超細干粉滅火裝置和高壓細水霧裝置比較適合風力發電機組的運行環境和技術條件。,常溫下,(+0,度以上,),六氟丙烷和七氟丙烷的性價比和適用性也不錯，但滅火時會產生氫氟酸，具有腐蝕性，對人體有明顯的毒性。,風力發電機組防火措

14、施和專用消防系統,專用消防系統集成方案應遵循的基本原則：,做到智能防護，自動控制，無需人員值守，聯網能力強；,做到極早發現火情，實行多級預防與滅火控制；,報警系統與滅火系統和生產安全控制系統的聯動協調有序；,設備的選用和設置必需符合機組運行環境的基本要求；,必須快速高效滅火，防止重大經濟損失；,設備安裝維護簡便、長期運行性能穩定可靠、運行成本低；,注重機組構件材料的防火保護和防火分區劃分相結合，增強機組各主要構件的防火性能，提高機組整體抵御火災能力和防火分隔能力，有效控制火災蔓延。,基本要求,使用環境溫度：,-40C60C,，,振動條件 ，,雷電環境，,電磁環境，,耐腐蝕環境條件。,專用火災自

15、動報警系統設置要求,由火災探測器、火災報警按鈕和專用火災報警控制器組成。,設置足夠數量的高靈敏度感煙探測器，如極早期吸氣式煙霧探測器，實行多級報警，分級防控。,齒輪箱、剎車系統、傳輸電纜、發電機等部位應設置纜式線形感溫探測器。,可設置視頻火災探測器，重點監控齒輪箱、剎車盤、發電機、控制柜等部位，應避免留下視頻死角。,火災報警信號應聯動滅火裝置和機艙排風系統，并與生產安全控制系統協調聯動。,每臺風力發電機組塔架底部設置一臺專用火災報警控制器，并可設置一臺視頻火災監測器，控制風力發電機組專用消防系統運行，并將火警、故障、滅火等信號通過風力發電場生產控制網絡傳輸至風力發電場主控制室內的火災報警控制器

16、主機。,專用滅火裝置設置要求,在機艙內應設置非貯壓懸掛式超細干粉滅火裝置或瓶組式高壓細水霧滅火裝置，具備自動、手動和自身溫控三種啟動方式；,機艙作為一個防護區，實行全淹沒滅火；,電氣控制柜、變頻柜等封閉設備內設置氣溶膠或其他適宜的小型滅火裝置，具備自動、手動和自身溫控三種啟動方式。,電纜防火涂料和防火堵料的設置要求,涂刷電纜防火涂料，,采用防火堵料封堵井口，洞口和進出線口。,葉片、機艙、隔熱吸音棉和剎車系統的防火措施要求,風機葉片、機艙、隔熱吸音棉采用不燃、難燃或經阻燃處理的材料制作，并在機艙內涂刷防火涂料。,對風機葉片和機艙采取更加科學有效的防雷措施，切實減少機組雷擊火災事故的發生。,對剎車系統采取封閉隔離措施，避免高速制動時產生的火花和高溫碎屑引發火災。,防火分區設置要求,將機艙作為一個防火分區，塔筒按平臺自然劃分成若干個防火分區。,各分區之間的聯通孔洞、通道、爬梯口和電纜井等，應采用防火隔板、防火堵料和其它防火材料封堵。,滅火器設置要求,第五章 模擬試驗研究裝置,模擬試驗研究裝置外部和控制室照片,模擬試驗研究裝置內部照片,試驗采用的專用消防系統包括如下設備：,極早期吸氣式感煙探測