风力发电机组灭火系统探讨

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【摘要】通过对风力发电机组火灾特点的分析，探讨适宜风电机组的消防要求的灭火系统。

【关键词】风力发电机组；灭火系统

1.风力发电

风能是一种无污染的可再生能源，随着人类对生态环境和能源的需求，风能的开发日益受到重视，风力发电将成为21世纪大规模开发的一种可再生能源。近十多年来，全球风电产业一直处于持续增长态势，正进入迅速扩张的阶段，风能产业保持每年20%的增速。根据国家发展规划，我国风电装机容量到2015年达到2000万KW，2020年达到4000万KW，到2030年将达到1亿KW。风电将作为重要的清洁能源，逐渐成为我国电力供应的支柱之一。

2.消防保护的意义和现状

风力发电机组是风力发电的核心设备，其中机舱内技术设备的高度集中和易燃材料的使用，在散热系统、齿轮箱、刹车系统、机舱底座、传输电缆、控制柜等部位存在一定的火灾隐患，此外，塔体上部及塔基的传输控制电缆、变频柜、控制柜等部位也有被损坏的危险。一旦发生火灾，火灾会迅速扩散，一旦机舱完全损坏，修复费用可能会达到风力发电机组本身的价值。目前，风力发电机组的消防保护是仅在塔筒底部入口和塔筒平台上各设置了一个手提式灭火器。发生火灾时，一是无法自动探测火灾，很难及时发现；二是灭火效力不够，不能快速有效灭火；三是如果机舱、风轮或塔筒上部燃烧，燃烧物品会掉落发生危险，难以最短距离灭火。为了达到风力发电场 “安全第一，预防为主” 的要求，给风力发电机组设置适宜的消防保护系统刻不容缓。

3.设置消防保护灭火系统应考虑的因素

1）风电机组同时存在电气火灾、固体火灾和液体火灾的风险；

2）由于高度关系，不能依靠消防队灭火；

3）存在火灾时坠落物的威胁；

4）处于无人值守运行模式；

5）风电机组正常运行环境温度范围 -10℃～+40℃；

6）风电机组内部通风设备和外部环境风速形成强气流，机舱内部快速通风换气，对火灾探测器的快速响应和灭火装置的灭火效能有较大影响；风电机组内的横向震动对设备安装和安全运行的影响。

4.风电机组消防保护灭火系统的设置

1）应合理划分风电机组的保护区域，防止火灾蔓延，确保快速高效灭火。建议将机舱作为一个防火分区，塔基按平台自然划分成若干个防火分区。

2）机舱内设备密集，空间窄小，会阻挡灭火药剂的喷放和扩散，建议选用全淹没应用和局部应用能力都好的灭火装置。

3）由于可能发生火灾的设备和部位较多，应尽量采取全淹没灭火方式，并考虑足够灭火剂用量和流失补偿量。

4）由于无人值守，且同时存在电气火灾、固体火灾和液体火灾的风险，建议考虑固定的气体灭火系统（如二氧化碳自动灭火系统、IG-541混合气体自动灭火系统、七氟丙烷自动灭火系统）。

德国保险业联合会（GDV）制订的《风力发电机组防火标准》也明确提出了：“为实现风电设备有效灭火，推荐采用固定的自动灭火系统，气体灭火系统和细水雾灭火系统基本适用。”

5.适用于风电机组的气体灭火系统特点

1）二氧化碳自动灭火系统

二氧化碳是一种惰性气体，对绝大多数物质没有破坏作用，灭火后能很快散逸，不留痕迹，没有毒害，不适用于有人场所。适用于扑救各种可燃、易燃液体，带电设备的火灾，及固体物质的表面和深位火灾。可以进行全淹没和局部应用灭火。二氧化碳自动灭火系统按灭火剂储存方式可分为高压系统和低压系统，高压系统储存装置的环境温度是0℃～50℃，低压系统储存装置的环境温度是-23℃～+50℃。

2）IG-541混合气体自动灭火系统

混合气体（IG-541）灭火剂由52%氮气、40%氩气和少量8%二氧化碳气体组成，受热不会发生分解，灭火剂来源于大气，又释放回归于大气，对环境没有任何影响，称得上是真正的“绿色”环保产品。适用于扑救电气、液体和固体表面火灾，采用全淹没方式灭火。系统源压高，可远距离输送灭火剂，其储存环境温度为-10℃～50℃。

3）七氟丙烷自动灭火系统

七氟丙烷（HFC227ea）灭火剂具有灭火效率高、蒸发后不留残渍、在设计浓度下对人体无危害、不破坏臭氧层、系统造价较低、环保性能优良（ODP=0）等特点，是现有哈龙替代物中综合性能最好的，是ISO14520《气体灭火系统-物理性质和系统设计》中推荐的洁净气体灭火剂。适用于扑救电气、液体和固体表面火灾。其储存间的环境温度是-10℃～50℃，采用全淹没方式灭火。

4）细水雾灭火系统

细水雾灭火系统是以水为介质，采用特殊喷头在特定的工作压力下喷洒细水雾对特定保护对象进行灭火或控火的一种固定灭火装置。适用于扑救电气、液体、气体和固体火灾。不适用于扑救不能被水浸润的保护对象，经水浸润后会发生导电、短路等现象而造成重大损失的被保护场所，与水发生剧烈反应或者生成危险产物的物质。细水雾灭火的机理有冷却、窒息和阻隔辐射热。细水雾系统有诸多防护目的，包括：灭火、抑火、控火、控温、暴露防护等。细水雾灭火系统具有环保，水渍损失轻微，喷射时可净化火灾中的烟气，有利于安全疏散，适用于有人场所，灭火效能高，适用范围广等特点。细水雾灭火系统的环境温度是4℃～54℃。

6.结论与建议

风电机组的灭火系统，灭火剂应尽可能采用无残留、无腐蚀性和无导电性能的材料，同样也必须适应设备运行的环境条件（如温度、天气状况、受保护的设备的密封性）和燃烧负载。因此，建议如下：

（1）对于使用温度不低于-10℃的风电机组，宜选用喷射时间最短，灭火后无残渣，且占地面积相对较小的七氟丙烷自动灭火系统；

（2）对于使用低于-10℃的风电机组，宜选用二氧化碳自动灭火系统。

参考文献

[1]风力发电机组防火标准.德国保险业联合会（GDV）， 2007.

[2]NFPA 750细水雾消防系统标准.美国消防协会（NFPA）， 2003.