風電機組火災現象、原因、防范淺析

文|易劍暉，彭力，李凱松，郭遠平

攝影：黃斌

風能作為一種清潔能源，在全球能源結構調整轉型中起到非常重要的作用。我國風能資源豐富，風電產業歷經多年高速發展，裝機容量早已經躍居世界第一。據中國可再生能源協會風能專業委員會（CWEA）統計，2014年我國風電累計裝機容量為114608.89MW。目前，我國風電機組裝機容量仍處于持續迅猛增長階段。然而，隨著風電機組的單機容量越來越大、運行時間越來越長，各種事故也越來越多，其中風電機組火災事故占有很大比例且損失重大。

風電場往往建立在偏遠地區，一旦著火，消防車很難及時到達現場。另外，風電機組往往安裝在距離地面幾十米甚至上百米的高空，發生火災，在地面進行滅火難以見效。因此，風電機組自身的消防系統的可靠性顯得尤為重要。

風電機組火災現狀及分析

一、風電機組火災情況介紹

英國某風能機構發表的截止到2014年3月31日的全球風電安全事故的統計報告顯示，在1549起風電機組安全事故中，毀滅性的火災事故231起，占風電機組總事故的14.9%，位列第二，僅次于風電機組葉片損壞事故（289起，18.7%），其導致的損失則是最大的，幾乎導致整個機組全部燒毀。風電機組逐年火災事故統計如表1所示（截止到2014年3月31日）。然而，正如該報告所述，出于事故單位保密等各種原因，能夠收集到并經證實的事故數量往往很少。在該統計報告中僅僅列出了163起，實際國內風電機組火災數量應該比統計數據多。

表1 近年火災數量統計（截止到2014年3月31日）

二、典型風電機組火災事故

2009年7月，內蒙古錫林浩特市某風電場一臺1.5MW的風電機組發生火災，機艙和葉片全部燒毀，所有部件損傷，需要更換整機。經調查后發現，在風電機組在維修過程中，維修工人在機艙內使用電焊，不慎引燃機艙內泄漏積存的油脂而引發火災。由于機艙內部齒輪箱、發電機潤滑系統、偏航液壓制動系統等部件都可能存在不同程度的漏油情況，這些廢油，是造成這類事故的隱患。

2011年4月，甘肅瓜州某風電場一風電機組通訊中斷，經過兩次連接無法恢復通訊，隨后該風電機組起火。調查后發現：由于變槳后備電源電池系統安裝在機艙內，而主控系統蓄電池檢測程序存在安全隱患，剎車系統和機艙罩存在故障和火災隱患，在剎車的制動盤上附有大量油脂及齒輪箱底部存在廢油的情況下，剎車系統變槳控制系統程序出現嚴重故障，導致槳葉未收槳、風輪超速、高速剎車系統長期工作，產生火源，造成風電機組整體燒毀。

2014年5月，內蒙古烏蘭察布市某風電場發生風電機組火災事故。據附近居民反映，風電機組起火后，風電機組機艙、葉片、輪轂等全部燒毀，消防設備根本無法起到作用，只能眼看著機組燃燒殆盡。事后分析得出，該機組在長期運行中，電氣元件老化及晃動引發電氣打火，機艙內部溫度又高，最終導致事故發生。發電機與變流器及并網接觸器連接的電纜、端子等隨著機艙長時間搖晃，會發生不同程度的磨損與松動，也就是這類事故發生的根本原因。

從風電機組的結構和火災原因統計分析，引發火災因素主要有主軸、變速箱等潤滑油泄漏摩擦產熱、剎車系統產熱、電纜過流、電氣設備運行故障、變電設備故障、雷擊和極端天氣條件等。這類場所發生火災屬液體、電氣或固體等類型火災。另外，還有機組維護人員操作失誤意外引發風電機組火災等情況。

三、相關風電機組消防標準

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》包含風電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》。

國內，2014年年底針對風電機組防火要求，中國工程建設標準化協會專門制定了風力發電機組消防系統技術規程（CECS 391－2014）。

四、風電機組消防的重要性

由于風電機組火災事故的大量發生，近年德國在一些大型風電機組中設置了自動消防設施（REpower 5M）。目前我國的風電機組也在機艙內放置了滅火器，但無法完全保障風電機組安全 。首先，機組無自動消防設施，不能發現早期火情，不能早期滅火，便無法控制火情。其次，火災發生后救援人員無法及時趕到現場，即使到了現場，救援滅火設備面對火災也是無能為力。因此，加強風電機組消防安全保護已刻不容緩。

風電機組火災高頻率的原因

風電機組火災為什么頻繁發生呢？究其原因主要有以下幾個方面。

一、風電機組材料及結構問題

風電機組內部使用了大量的可燃、易燃材料，如：機艙內部有被油污沉淀污染的隔音泡沫；塑料機艙罩由玻璃增強熱固性塑料、玻璃鋼（Glass Reinforce Plastic，GRP）、玻璃纖維增強塑料制成；液壓系統（如角度調整器和制動系統）存在油污；齒輪箱用油和其他潤滑用油（如發電機軸承、低速軸軸承處）；變壓器油等。這些易燃材料不僅是火災隱患，同時也會加快火勢蔓延的速度，導致事故急速擴大化。

二、風電機組運行情況

風電機組電氣控制系統都是處于獨立運行狀態。風電機組運行時間長，電氣元件及電纜存在不同程度老化，機械部件的磨損在維護周期外處于不可控狀態。如果設備磨損超出正常工作范圍，會造成非正常磨損，產生高溫及摩擦火花。

三、風電機組所處環境

風電機組的設備主要部件都在60m、70m 高空，地理位置大部分都處在山頂或海拔較高地方，容易受到雷擊。風電機組內部為封閉空間，如出現高溫現象，熱量不易散發。尤其在雷擊發生時，在密閉的高溫機組內部，大量金屬部件及油脂極易燃燒致火災。

四、風電機組消防設備配置

目前國內許多風電主機廠明知火災風險高、損失大，但是迫于國內風電行業的發展政策，在市場低價惡性競爭的情況下，卻不能采用有效的自動消防系統。因此，國內陸上風電機組的消防設備基本上都是在塔基和機艙內部各放置數個手提式滅火器。正是這個原因，風電機組在無人的情況下易發生火災，在引發火災前期不能有效遏制火源及火勢發展，最終造成嚴重事故。

風電機組火災的防范

一、設備巡檢

風電機組內部作業結束后，要加強防火巡查，對機艙內泄露的齒輪油等可燃物必須及時清理，禁止在風電機組內部遺留雜物，特別是油污棉絲等易燃物。要定期檢查電路、電纜、電源主回路電纜端子連接質量，確保各部位接地系統安全、可靠、絕緣性能良好，防止虛接引發火災。定期檢查風電機組機械部件運行狀態，特別是活動部件，如出現損傷、松動等問題，應及時更換或維修。

二、防雷設計

預防雷擊起火，必須依據風電機組類型，調整雷電過壓保護。為提供最佳保護，風險評估必須考慮到雷擊的可能性路徑。疏通雷電流導入大地是安全的必要保障，如果雷電流不能及時接入大地，產生擊穿或大能量釋放，就可能引發火災。例如，雷電擊中葉片，然后經主軸、機艙和塔筒傳至基座。通常需要安裝避雷針或避雷器，避免風電機組低壓系統由于直擊雷而導致過壓和高電流。

三、油脂控制

在風電機組內可能泄露油脂或者廢油脂排出的地方，應當設置相應的設備妥善儲存。發電機油脂潤滑后廢油排出口通常在發電機前、后兩端軸承下部，離發電機軸承距離很近，在軸承高溫狀態下，容易引發火災。齒輪箱出現泄露時，很可能會飛濺至高速運轉制動盤上面，帶來火災隱患。必須針對相應部件進行廢油收集設計，使廢油處在相對安全位置，由此降低風電機組火災發生幾率。

及時清理長期泄漏積存的液壓油、潤滑油等。廢油收集到一定量，總會有泄露的危險。加強平時維護周期，改善風電機組運行狀態，減少廢油排放并按時清理。

四、加強消防設備

消防設備的配置要從滅火意識改進為主動防范意識，消滅火災于隱患階段和火災初始階段，規避火災帶來的影響與損失。

從電氣技術角度加強消防預防，包括熔斷器、斷路器以及剩余電流監控設備在內的消防技術，選擇性識別故障并及時切斷故障的電氣設備，例如變壓器、導體或發電機。另外，消防系統必須確保能夠立即停機，并向遠程監控系統發送故障信息。此外，交叉保護的理念很必要，相鄰設備之間的保護裝置緊密相連，以達到為彼此提供后備保護的效果。比如，一個合適的配置，不但可以預防由于低壓系統中的電弧故障及斷路器故障而引起的過火風險，而且能夠診斷故障并自動打開變壓器高壓側的中壓開關，使故障組件能夠有選擇地從系統中被斷開。

攝影：賈寧

如果在層層預防措施下，火災還是不可避免地發生了，那么必須做到在第一時間能監測到火災信號，采取有效措施及配置自動滅火系統能夠將損失降到最低。報警系統對煙霧、熱量及火焰必須具有高度敏感性，可同時進行視覺監測及熱監測，能夠提早監測到火情并向中央火災報警系統傳送信息，由此可以立即關閉風電機組并啟動滅火系統。為了最大限度確保安全，所有關鍵點都需安裝指示器，從機艙、控制柜一直到基座。

風電機組的高度和位置給傳統防火方式提出了極大考驗?，F代自動滅火系統優勢明顯，一旦爆發火災，報警系統能立即激活。采用多種不同類型的滅火技術相結合可以實現最佳防護。對電氣系統而言，最合適的是氣體滅火，使用二氧化碳、氬氣或氮氣，能夠迅速可靠地熄滅火源，而滅火劑對敏感電子設備也不會造成損害。而現代水氣化技術則對控制明火十分有效，當機械部件如機艙、液壓裝置或制動器起火時，該技術是最佳選擇。這些滅火系統通過噴射細水蒸汽，能夠迅速熄滅明火并且有最佳的冷卻效果。

結語

風電機組消防是一項重要且復雜的工作，需要采取消防自動預防系統、風電機組運行狀態、消防設備配置等多方面保障措施，才能有效地遏制風電機組火災，保障風電機組及工作人員的安全。此外，加強風電消防標準的建立，科學有效地采取風電機組消防措施是風電產業穩定發展的重要保障。