风电消防安全解决方案解析

    本期河姆渡方案馆为你带来风电消防安全解决方案解析。

一、风电消防现状

    目前风能市场大约每年有600亿美元的投入，预计全球风能市场将以每三年增长两倍的速度增加。据报道，截止2009年9月，全球共报道了122起风电火灾事故，每次事故的财产损失价值从75万到200万美元不等。每年大约有 2~3‰ 的风机遭遇火灾，大型风电机组发生火灾的几率更高，而众多风电机组尚处于无火灾自动防护措施状态，因此亟待配备自动消防系统。目前风力发电机组的自动消防安全系统几乎是空白，亟待研究和实施高性价比的系统技术，并编制相应的规范。

1.1 风电机组的特点

    风电机组设施设备一般地处偏僻，离地面位置高，无人值守且远离救援中心，一旦发生火灾后损失巨大。

1.2 火灾主要起因

    人为及非人为因素造成火灾，非人为因素有：发电机电缆与接线盒原因、发电机轴承过热、刹车系统形成高温、雷击、发电机绕组短路、控制柜、变频柜短路等；人为因素：维护不当、管理不当、工器具使用不当等因素。

1.3 火灾案例

    2006年10月16日，造价约1亿台币的台湾省台电香山二号风力发电机组失火。

    2009年7月14日，内蒙古锡林郭勒草原上风力发电设备失火，损失上千万。

    2010年1月24日华能宝龙山风机--东汽风力发电机烧毁，损失巨大。主要事故原因是发电机超速导致联轴器飞车保护打滑，部件损坏。 

    从2002--2005年三年的时间，德国风力发电机发生了很多起事故。其中，毁灭性的火灾事故有22起，其中有16起是由控制柜引发的，占72.7%。

1.4 风力发电机的火灾危险性分析

• 风力发电机组的火灾荷载密集，包括液体、固体物质和电气设备，容易形成火灾快速蔓延，甚至导致玻璃钢制造的机舱和叶片燃烧；
• 火灾隐患多，容易发生电气火灾、固体火灾和液体火灾。且最大的特点是部分火灾的热源不会因灭火系统的启动而中断，例如一旦制动系统原因造成火灾，且叶片继续转动，那么会产生持续的高温；
• 通风换气迅速，机舱内氧浓度充分，火焰蔓延较快；
• 容易诱发附近的森林、草原等的火灾；
• 火灾的诱因较多，涉及风电机组的主轴、变速箱润滑油摩擦过热，刹车系统过热，电缆过流，电气设备运行故障等因素；还有雷击、高温、大风等极端气候，以及违章操作、管理不善和外部火灾等人为或自然因素。从目前的一些风力发电机火灾事故统计看，这些因素都是有案例发生的；
• 设备价值高，火灾损失大，一旦发生火灾，将造成巨大的直接和间接损失。

1.5 风力发电机的重点防护部位

• 轮毂内部的驱动电机、控制柜、电源柜等；
• 机舱内部的发电机、液压系统、齿轮箱、刹车系统、偏航驱动器、控制柜、电容器柜、连接电缆等；
• 塔底的变流器、控制柜、变压器、基础电气柜、计算机柜等。

1.6 风力发电机消防安全系统应解决的关键问题

    极早期发现火灾和可视化报警监控：由于风电场一般地处偏远，不便于人员很快赶到现场观察，另外风力发电机组机舱内气流速度很快，以往的火灾探测方法难以适应这一要求。

    有效的火灾控制、扑救和抗复燃措施：由于风力发电机组内气流速度较快，且最大的特点就是由于机组运行的特点，可能产生持续的高温，也就是火灾存在燃烧的持续热源。因此，有效的灭火方案应该是可以快速扑灭火灾，并能保持很强的抗复燃能力。

    有效的防火和阻火措施：采用经济的方法，提高机舱可燃物的耐火性能，和阻止火灾的传播与蔓延，这一作用也十分有意义。

    消防安全系统的环境适应能力：由于风电场使用环境包括大海、草原等，具有一定的复杂性，这就要求系统具有较高的环境适应能力。

合理的经济性。

1.7 风电机组消防安全系统的基本要求

• 无人值守，能提供全天候、不间断的保护；
• 准确发现火情，及时有效报警，迅速高效灭火；
• 灭火介质喷放中、喷放后均具有很好的抗复燃效能；
• 能抗振动，防风，防尘、防盐雾等；
• 不受极端气候和温度变化影响；
• 系统占用空间小，便于安装和维护；
• 自成体系，能有自启动、电动启动等多种启动方式；
• 灭火后现场易于清理，恢复成本低。

二、图像火灾安全监控系统介绍

2.1 图像火灾安全监控系统

    系统总体架构示意图：

2.2 探测器设置方案

    1.在发电机机舱内安装1套分布式智能图像火灾（烟雾、火焰）探测器，主要用于覆盖机舱内的主要区域，尤其是重点部位，包括齿轮箱、刹车盘、发电机、控制柜等部位。

    2.针对齿轮箱、刹车系统、传输电缆变配电柜和发电机等部位，以及机舱的底部容易集油的部位，设置两级报警开关量式线型感温探测器，报警温度可以选择一级报警88℃和二级报警105℃，用于早期发现过热问题。 在塔架内敷设有电缆的位置同样敷设这种线型感温探测器。

    3.在塔架的合适的部位安装一套视频监控摄像机，用于监测风机叶片的转动情况。

    4.前端控制箱，包含开关量报警输入、控制输出、视频、数据传输设备，消防电源设备等。

2.3 分布智能图像火灾探测器

    基于可见光、近红外视频图像，针对其中的烟雾、火焰进行模式识别的探测方法。图像烟雾火焰探测系统主要分析视频中的亮度、对比度、边沿信息、清晰度、纹理和运动等特征和变化，以识别烟雾和火焰。探测装置一般包括输出数字和模拟视频的摄像头、图像采集与处理单元和与火灾报警控制系统连接输入输出界面。

2.4 分布智能图像火灾探测器的优势与特点

• 早期火灾探测报警

• 具有自学习能力，有很强的防误报能力

• 很强的遮挡火探测能力

• 很强的抗污染能力

• 即时确认与火情监控

• 与智能监控系统的结合

    对于风力发电厂而言，智能监控可提供对风机叶片工作状态、周边情况的自动监控报警。与图像火灾报警系统共用显示、存储、管理系统。

三、自动灭火系统介绍

3.1 新型灭火剂自动灭火系统

    新型水系高效灭火剂是本公司发明的一种高效灭火剂，是浓缩型、泡沫型和抗溶型水成膜灭火剂。它由碳氢表面活性剂、氟碳表面活性剂、助剂稳定剂等组成。可在油类和固体燃料表面形成一层能抑制燃料蒸发的膜，靠膜和泡沫的双重作用快速隔离氧气，冷却物体表面，从而达到快速扑灭火火灾，并防止复燃的目的。其中D38型灭火剂可用于低温环境-38度以下。

3.2 新型灭火剂自启动灭火系统

    该系统是由装有高效灭火剂的气瓶、集成容器阀组和火焰检测管组成。安装时将火焰检测管设置在最可能起火处。火焰检测管具有灵敏的热源探测功能，一旦着火，管体会在受热最高处自动爆裂并形成喷口，将灭火介质通过火焰检测管本身(直接系统)或喷嘴(间接系统)释放到被保护区域灭火，在灭火的同时发出警报。

3.3 自动灭火系统方案及流程

    A.固定灭火系统采用耐-40℃的新型水系灭火器，罐内充装60~200L灭火剂，采用氮气推送而出。控制采用电磁阀，可以通过线型感温探测器和图像火灾探测器的报警输出直接联动，也可以通过远程进行控制。一个机舱内考虑采用两套新型灭火器系统，各带6~8只细水雾喷头，塔底针对电气柜和电缆再设一套灭火器。

    B.当图像火灾探测器和线型感温探测器同时报警时，系统立即联动灭火器启动灭火。当只有图像探测器或线型感温探测器报警时，监控中心可以立即获得机舱的火灾状况图像，当确认火警时，可远程手动控制启动灭火。

    C.在条件允许的情况下，可设置一条外部供水管，通过外部的消防车等不间断输送压力水进行灭火和冷却。

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