风力发电机组典型火灾原因分析与消防系统
文章通过研究几例风力发电机组典型火灾事故，按照火灾发生部位进行分类对风机火灾事故的发生原因进行分析，阐述了风电机组专用消防系统的构成和工作原理。

标签：风力发电机组；火灾；消防系统
1 引言
中国风能资源丰富，大力发展风力发电对调整能源结构、保障能源安全、应对气候变化、促进经济社会可持续发展具有重要意义。

近年在国家一系列政策的推动下，风电装机容量迅速增长，风电装备制造业也快速发展。

2011年我国并网风电超过50GW，当年并网14.5GW，均稳居世界第一。

随着大批量各种型号的风电机组投运和运行时间的增加，各类事故频发，其中火灾事故占有相当大的比例，多造成风电机组全部烧毁，给企业带来巨大的经济损失。

2 风电发展现状介绍
根据全球风能理事会最新数据显示，1996年至2011年间全球风电年新增装机容量从1996年的1280MW增至2011年41236MW，全球风电累计装机容量年复合增长率为25.86%，累计装机容量1996年6100MW增至2011年238，351MW。

可以看出全球风电累计总装机容量逐年稳步增长。

2012年3月，中国可再生能源学会风能专业委员会正式公布《2011年中国风电装机容量统计》。

2011年中国（不包括台湾地区）新增安装风电机组11409台，装机容量17630.9MW，累计安装风电机组45894台，装机容量62364.2MW，年增长39.4%。

2012年6月，中国并网风电5258万千瓦，取代美国成为世界第一风电大国。

风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组（简称风电机组）是将风能转化为电能的机械。

风电机组主要由叶轮、传动系统、发电机、控制系统、偏航系统、塔架与基础等部分组成。

风电机组基本结构见图1所示。

图1 风力发电机组结构图
3 风电机组典型火灾事故
随着风电产业迅猛发展，投运风电机组数量高速增加，风电机组火灾事故的发生数量也越来越多。

火灾不仅给风机带来毁灭性的破坏，如果附近的草原或者林场连带点燃，将会带来更大的经济损失和社会风险。

风机往往安装在距离地面几十米甚至百米以上的高空，一旦发生火灾，在地面进行灭火显然不切实际。

美国风机协会有一项统计，在风力发电行业中，火灾在保险索赔中占有7%的份额，
同时造成9%的保险损失。

以下是几例风电机组典型火灾事故。

3.1 2010年2月8日贺兰山某风电场，运行人员在值班室监控计算机上发现#2线路#16风机报Manual brake故障，20分钟后该条线路其他三台风机通信中断。

半小时后值班人员到现场确认风机已经倒塌起火，随后采取灭火措施及相邻风机断电措施。

本次事故的原因是发电机故障引起主开关跳开（变频器记录缺相），触发安全链动作，变桨蓄电池电量不足，无法顺桨停机，造成超速和振动。

在振动及超速的联合作用下，一只叶片空中解体飞出，进一步加大了振动及载荷。

在巨大的振动及载荷的持续作用下，塔筒倒塌，齿轮箱油漏出，与刹车盘等高温发热部件接触起火。

3.2 2011年4月西北地区某风电场#23风机通讯中断，经过两次连接无法恢复通讯后，风电场检修人员马上开车到达现场，发现#23风机着火。

当时风机已停止转动，机舱及一只垂直向上的叶片在燃烧，同时发现一叶片已收桨，燃烧的叶片未收桨，另一叶片未收桨。

因风机正在燃烧，无法靠近箱变断开电源，通过远程控制将35KV线路所有风机停机。

风电场迅速拨打119进行火灾报警，同时风电场人员与风机厂家人员在安全范围外设置了警戒线，并设专人在路口把守，防止人员受到伤害。

消防人员到达现场后，因消防设备喷水扬程无法达到风机着火点高度，放弃扑救工作。

垂直向上燃烧的叶片在烧断后，掉落地面燃尽。

另两只叶片根部灼烧。

本次事故的直接原因是变桨控制系统程序存在严重缺陷，导致桨叶未收桨，高速刹车系统长期工作线路过热老化产生火源，造成风机整体烧毁。

间接原因是主控系统蓄电池检测程序存在严重安全隐患，刹车系统和机舱罩壳存在严重防护和火灾隐患。

3.3 2011年6月东北地区某风电场一风机报警“Manual break”（手动刹车），检修人员到达风机后后发现风机机舱冒烟，机舱、轮毂及垂直向上的叶片在燃烧，三只叶片均已收桨。

火焰全部熄灭后统计的事故损失为：机舱烧毁、三只叶片根部烧损、其中一只叶片烧损严重、轮毂外壳烧毁、第三节塔筒过火。

本次事故的直接原因是主控柜通往通讯滑环的400V AC 电缆因磨损导致电缆短路、引燃电缆，产生火源，进而将机舱内可燃物引燃，造成风机整体烧毁。

4 风电机组火灾特点及原因
风电机组发生火灾的特点为：可燃物种类多，火灾载荷密度大；火灾种类多，极易发生电气火灾、固体火灾和液体火灾；通风换气迅速，火灾蔓延速度快；设备价值高，火灾损失大；火灾扑救难度大。

风电机组容易发生火灾的部位和设备如下：
5 风电机组消防系统
由于风电机组独特的结构、安装的地理位置及其工作环境等多方面原因，传统的消防系统已经不能满足风电机组消防要求。

综合考虑风电机组容易发生火灾的部位、灭火剂与灭火系统、火灾探测器及控制策略等因素，需要采取有针对性
的防火措施，开发风电机组专用消防系统，并不断进行优化与集成。

风电机组专用消防系统应能满足以下要求：做到智能监测、智能防护，自动控制，无需人员值守；做到及早发现火情，实现多级预防；消防报警系统与自动灭火系统联动及时有效；传感器、灭火设备设施满足机组运行环境的要求；能够实现高速灭火，防止事故进一步扩大造成重大经济损失；设备设施性能稳定可靠，能长期运行，运行成本低。

风电机组消防系统一般包含以下装置：温度传感器、烟雾传感器、火焰探测器、空气采样探测器、灭火介质、消防系统控制盘、通信系统。

烟雾传感器可用于风电机组所有位置，用以监测轮毂、机舱、塔筒等处的烟雾浓度，将浓度变量转换成有对应关系的输出信号传输至控制盘，继而通过通信系统至风电场主控。

同理，温度传感器、是将以上位置的温度信息传送至风电场主控。

火焰探测器、空气采样探测器能实时监测空气中是否存在火焰以及空气采样的信息。

以上传感器等元器件一般安装在监测对象附近，在火灾早期就起到监测作用。

灭火介质的选取也很重要，应尽量选择无残留、无腐蚀、无导电性能的材料，同时还需满足风电机组运行的环境条件，如温度、天气、设备密封性等。

适用于风电机组的灭火药剂一般选取高压二氧化碳、惰性气体（如七氟丙烷、氮气、氩气等）、细水雾（添加少量的防复燃药剂）和泡沫液等。

目前主流的风电机组消防系统分为两类，全淹没式和半淹没式两种。

全淹没式消防系统将风机组机舱视为一个密闭空间，若发生火灾，灭火介质迅速充满机舱，达到灭火功能。

半淹没式消防系统与之不同，是在风机组机舱重点防火部位设置消防设备设施，进行重点保护。

半淹没式消防系统又可分为直接式和间接式两种。

在防护空间内发生火灾时，直接灭火系统的火灾探测管将会在正对火情的位置破裂出隐形喷射口，灭火介质将通过喷射口直接喷射到火情位置，从而在极短时间内消灭火源，实现极早期火情探测和极早期灭火。

极早期火灾发生时，火灾探测传感器会将火情信号传递到火灾声光报警装置及风电场控制中心，风电场控制中心接到火灾信号后可以采取相应保护动作和措施。

间接灭火系统在探测到防护空间发生火灾后，控制系统接收到火灾信号后打开灭火介质存储设施开关，灭火介质将通过布置在重点防护部位的喷射口进行有效的灭火。

间接灭火系统同样可以将风机组火灾信号传送至风电场控制中心，以便进行下一步灭火措施的开展。

6 结束语
风机的火灾隐患是全球风电行业共同面临的难题，与国外陆续出台相应的强制规范标准相比，国内在此项工作方面尚有很大差距。

但随着风电机组的单机容量的增加，经济价值也相应增加，风电制造商和运营方也逐渐认识到自动消防系统应用在风电机组的必要性和紧迫性。

参考文献
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[5]徐大军，张晋，刘连喜，马建民，高云升，彭燕华.风力发电机组火灾特性与消防系统应用研究[J].消防科学与技术.2010（12）.
作者简介：刘卿（1974.12- ），女，河北省石家庄，本科学历，注册安全工程师，安全评价师，河北建投新能源有限公司安全监察部工作，研究方向：风力发电运营安全管理。