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消防安全保护系统在风力发电机组中的应用

文档作者：吕贵龙张宇邵宇鹰文档来源： 1．上海电力学院 2．上海市电力公司3．上海市电力公司		点击数：	更新时间： 2021年06月06日
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第33卷第5期
2012年1O月 电力与能源 471
消防安全保护系统在风力发电机组中的应用
吕贵龙 ，张 宇。，邵宇鹰。
(1．上海电力学院，上海200090；2．上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437；
3．上海市电力公司培训中心，上海200438)
摘 要：风力发电近年来获得迅猛发展，风力发电机组消防安全问题也日益突出。分析了风力发电机组发生
火灾的特性，在查阅国内外相关标准的基础上，总结了国内外有关风力发电机组消防技术的发展情况，指出
开发设计更为完备的风力发电机组消防安全保护系统的必要性，提出综合消防保护系统设计方案，并对未来
投入运营提出展望。
关键词：风力发电机组；消防安全；设计方案
中图分类号：TM614 文献标志码：B 文章编码：2095—1256(2012)05—0471—03
Application of Fire Safety Protection System on W ind Turbine
Lv Guilong ，Zhang Yu。，Shao Yuying
(1． Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China；
2． Electric Power Research Institute，Shanghai M unicipal Electric Power Co．，Shanghai 200437，China；
3．Training Center，Shanghai M unicipal Electric Power Co．，Shanghai 200438，China)
随着风力发电的迅速发展，大型风力发电机
组的大量应用，机组运行的安全性越来越受到关
注。火灾是风力发电机组经常发生的事故，当风
机发生火灾时消防人员往往很难靠近现场，特别
是火灾大部分发生在5O m以上的机舱内，火灾造
成的后果和损失将是毁灭性的。但是我国目前风
力发电机组防治火灾的措施非常落后，许多风电
场的风力发电机组仅在机舱内放置手提式灭火
器，对于扑灭突发的火灾起不了多大作用。因此
研究开发新型的更为完备的风力发电机消防安全
保护系统势在必行。本文将分析风电机组发生火
灾的原因，总结国内外风电机组消防工作的技术
进步，并对风力发电机消防安全保护系统的设计
方案进行探讨。
1 风电机组发生火灾的原因
风力发电机组主要由塔架、叶片、传动系统、
发电机等构成，火灾主要发生在发电部分及转动
部件。发生火灾的原因主要是电气设备运行故
障、雷击以及转动部件润滑故障_1]。
1)电气设备运行故障 在风机的安装过程
和运行过程中由于各种不可预知的因素，容易发
生如接地、短路等电气故障，这些故障会导致某些
设备过流过热，严重的故障还会产生电弧等，成为
引发火灾重要原因。
2)雷击 因风力发电机组位于50 m 以上高
空，特殊天气容易遭受雷击，如果避雷设施老化损
坏维护不当，极易引发火灾。
3)转动部件润滑故障 风力发电机许多设
备的部件在运行时处于高速转动状态，一旦某些
部件发生过载或电机润滑故障就会因为强烈摩擦
发热，导致与这些设备表面相接触的易燃材料起
火。风力发电机在紧急制动时产生飞溅的火花，
也可能点燃机舱内易燃物。
另外，风力发电机舱内的可燃易燃材料，例如
被油污沉淀污染的隔音泡沫、齿轮箱用油、变压器
油和润滑用油等，如果放置不当也会成为火灾
隐患。
虽然风力发电机组的设计考虑到了发电机可
能因为过载发热导致起火，一般都配置了过流保
护、过压保护系统；雷击也是发电机和其他电器装
置的起火原因之一，风力发电机组的建设通常也采
用了有关保护措施。但是这些措施不足于彻底防
止风力发电机组的火灾，根据有关资料，2009年世
界风力发电机组安全事故共715起，其中火灾事故
138起，约占事故总数的五分之一，见表1。
风力发电的发展必须以安全可靠为前提，为
472 吕贵龙，等：消防安全保护系统在风力发电机组中的应用
保障风机安全可靠运行，需制定专业标准发展消
防安全保护技术从而保障安全生产，为风力发电
的进步发展保驾护航。
表1 2009年世界风力发电机组安全事故统计
事故类别 发生起数 占比／ 后 果
死亡 6O 8．4 死亡66人
伤害 38 5．3
叶片 167 23．4 叶片损坏脱落
火灾 138 19．3 毁灭性
结构损坏 84 11．7 主要部件塔架
冰雪灾害 27 3．8 结冰抛击
运输 45 6．3 运输和装卸
破坏环境 60 8．4 动植物死亡
其他 96 13．4
总数 715 1O0
2 风电机组消防工作的技术进步
近些年，风力发电机消防安全问题已经得到世
界各国重视，例如美国国家防火协会NFPA、德国
VDS和德国劳氏船级社已经给出了相应的技术规
范。其中德国国家标准DIN EN 50308-20056风
力发电机组防护措施的设计、操作和维修要求》，包
含了机组的消防安全防护；隶属于德国保险业联合
会(GDV)的安防认证机构VDS于2007年制定了
风力发电机消防系统测试认证标准；2008年德国
劳埃德船级社(GL)制定《风力发电机组消防系统
评定规程》；欧洲防火联邦委员会(cFPAE)为了进
行风电防火采用的《风力发电机组防火导则》(Vds
一35236Wind turbine fire protection guideline》)；美
国NFPA 8506发电厂和高压直流转换站的防火推
荐规程》，在2009年的修订版中增加了对风电机舱
及附属设施的火灾防护标准。
我国还没有统一的风力发电机组消防标准，不
过在2008年，宁夏消防总队出台了地方标准《宁夏
风力发电机组消防系统设计施工、验收规范》。上
述这些标准的提出，同时也为风力发电机组消防安
全产品的生产商和运营商提供了参考。可以看出，
我国的风力发电机组消防工作起步较晚，与先进国
家相比，消防管理和防火技术比较落后。随着我国
风力发电应用的快速发展，政府和相关部门必须建
立完善的风力发电机组消防制度，加快风力发电防
火技术和设备产品的研发和应用
目前风机叶片主要采用以有机物为主的玻璃
钢复合材料制成，是机组最可能起火燃烧的部件。
美国NFPA 850-2009《发电厂和高压直流转换
站的防火推荐规程》推荐采用不燃材料制作风机
叶片和机舱等重要部件。
根据相关文献报道，我国一些研究人员采用
阻燃添加剂提高叶片的阻燃性能，例如某公司研
制成功具有隔音、保温和阻燃性能的风力发电机
组机舱隔音结构，并已申请专利。这些研究从风
电设备制造源头上进行了相应的改进，为风电机
组火灾预防提供了第一道保障。
一些新型的安全防护系统具有很好的应用效
果，例如：德国MINIMAX公司提出的防护系统
由FIRE DETECTION SYSTEMS(火灾探测系
统)、GAS EXTINGGUISHING SYSTEMS(氮气
扑灭系统)和MINIFOG SYSTEMS(水雾喷防系
统)三个部分构成，见图1。
氮气罐
图l MINIMAX 公司的系统设计图
由图1可知，火灾探测器对机舱等具有火灾
隐情的重点部位进行在线探测，可以提供预警信
息；一旦发生火灾氮气和高压水雾灭火装置迅速
动作，有效制止火灾蔓延。作为一种单体防护系
统，该防护系统布置方便，操作简单、效率高，设备
运行的可靠性好。
智能消防在线应急系统以在线监测预防为
主，可以对机组运行进行监视和安全性检测，并在
火灾发生时自动采取各种迅速有效的消防措施。
我国公安部天津消防研究所和四川消防科研所共
同进行的风力发电机组火灾特性及专用消防系统
吕贵龙，等：消防安全保护系统在风力发电机组中的应用 473
优化的试验研究工作，结合实地调研成果对风力
发电机组的火灾特性就行了探究，并在这个基础
上提出了一种包括防火分区、火灾自动探测装置、
自动报警和灭火装置的一体化风电机舱专用消防
系统。王瑞闯，林富洪等提出风力发电机在线监
测与诊断系统的技术应用l2]。这些产品和研究工
作为消防安全增添了技术多样性，同时为风力发
电机组在线安全运行监测提供了参考。
新型风力发电机组消防技术的采用提高了风
力发电机组运行的安全，但在应用过程中一些设
备也出现了某些不足和缺陷。例如MINIMAX
公司提出的方案，虽然被实践证明工作效率高，但
作为一种独立防护系统还不能很好地利用风机综
合监控的信息资源，系统的可靠性受到一定影响。
我国一些学者提出的消防系统设计方案例如智能
消防在线应急系统，也不包括与现有综合监控系
统集成的措施，系统独立运行可靠性不能得到保
证，必须不断改进和完善才能满足风力发电机组
安全保护的要求。
3 综合消防安全保护系统的要求
为了让风力发电机组获得更为完备可靠更安
全的消防保护，消防保护设备必须能够与现有综
合监控系统实现数据共享和通信，同时在发生火
灾时又具有一定独立性。
新型的消防保护设备可以采用综合消防安全
保护系统，见图2。
图2 综合消防安全保护系统框图
1)火灾探测与预警 风力发电机组容易着
火部位，主要有塔底的变流器、控制柜、变压器等，
机舱内部的发电机、液压系统、齿轮箱、刹车系统、
偏航驱动器、控制柜等，以及轮毂内部的驱动电
机、控制柜、电池柜等。独立的火灾探测器应当能
及时快速探测到发生的火灾。
为此，可以在风力发电机组容易着火部位，布
置热传导线缆、感温电缆或光纤火灾探测器，利用
这些传感器对风机机舱内部各部件温度、烟雾浓
度和火焰进行实时监测，保证现场信息快速准确
地采集。根据传感器采集的信息经系统数据处理
后，可以成为火灾预警信号或者和消防设备动作
执行信号。
2)火灾的扑灭 为了能够及时高效地扑灭
火灾，首先要有可靠的灭火系统，包括适合火灾环
境的灭火药剂，例如：相对密闭的空间应当配备惰
性气体，发电机、齿轮箱和刹车系统等空气流动性
较强的位置，应当采用高压水雾灭火装置。消防
安全灭火系统必须能够快速准确地判断现场火
情，并有不受其他控制系统制约的独立控制功能，
能够给出灭火设备的动作信号并执行灭火操作，
还要具有人工启停控制。灭火系统的设计方案应
当经过优化，并根据不同的风力发电机舱开展不
同环境下的试验评估，以保证在各种环境里都能
保证正常运行。
3)辅助系统 辅助系统应当能够与综合监
控系统实现通信和数据共享，实现包括视频监测、
信息采集和储存等功能，将消防安全保护系统集
成到现有的综合监控系统当中构成一个更安全更
可靠的综合监控系统。为了保证系统可靠性安全
性，风力发电机组转动润滑部位、电气设备、电缆
束和塔身内等重点部位还必须设置应急灭火的辅
助系统。
4 结语
随着对风机安全问题的深入认识，风电机组
配备高安全可靠性的保护系统将成为必然。随着
这一问题的研究不断深入，风力发电机组消防安
全保护技术有待进一步改进和完善，构建更为完
备可靠的风力发电机组安全保护系统是大势所
趋，这一系统的研究与开发在国内具有广泛的社
会价值和广阔的商业应用前景。
参考文献：
[1] 寻征轩．自动消防系统在风力发电机组中的应用LJ]．上海
电机学院学报．2010．1(61)：61—62．
E2] 王瑞闯，林富洪．风力发电机在线监测与诊断系统研究[J]．
华东电力．2009。37(1)：190—193．
收稿日期：2012—09—15
作者简介：吕贵龙(1988一)，男，硕士研究生，研究方向为风
力发电机组安仝保护技术。
(编辑：吴国粱)

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