风力发电机组火灾特性风力发电机组火灾特性及消防系统应用试验研究及消防系统应用试验研究（摘要）（摘要） 公安部天津消防研究所公安部天津消防研究所 2010年1月第一章第一章 项目概述项目概述世界风能发展迅猛安全事故频发火灾事故不断经济损失巨大 消防设施空白 消防问题亟待解决研究背景 研究目标任务建立风力发电机组的火灾特性及消防系统应用模拟试验研究装置；对风力发电机组的火灾特性和消防系统应用进行模拟试验研究；提出适合风力发电机组特殊运行环境和技术条件的专用消防系统集成方案；为国家风力发电行业的消防设计防火规范以及相关产品标准和检测标准的制订提供依据。 第二章 国内外研究现状及发展趋势 德国国家标准DIN EN 50308-2005风力发电机组防护措施的设计、操作和维修要求包含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年制订了风力发电机消防系统测试认证标准VdS-3523风力发电机组消防指南。2008年德国劳埃德船级社（GL）制订风力发电机组消防系统评定规程 美国NFPA 850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3个章节： 风力发电太阳能发电地热能发电我国宁夏制订了地方标准DB64/T 524-2008宁夏风力发电机组消防系统设计、施工、验收规范。近年德国在一些大型风力发电机组中设置了自动消防设施（REpower 5M）。目前我国的风力发电机组只是在机舱内放置了两具灭火器而已 。第三章第三章 风力发电机组火灾特性研究风力发电机组火灾特性研究风力发电机组的基本结构叶轮机舱塔架控制系统 容易发生火灾的部位和设备 机舱组成：主轴总成、润滑散热系统、齿轮箱、刹车系统、发电机、提升机、偏航轴承、偏航驱动、机舱底座、照明系统、传输电缆、控制柜等。隐患部位：润滑散热系统、齿轮箱、刹车系统、机舱底座、传输电缆、控制柜等部位容易引发火灾。火因：高温运行、通风不良、过热老化、润滑油泄露、高速制动和极端恶劣气候条件等。叶轮组成：叶片、整流罩、轮毂、叶片调节电机与控制系统等。隐患部位：叶片、调节电机与控制系统。火因：叶片遭受雷击、电机超负荷运行、控制系统过热老化击穿等。风机叶片雷击火灾 塔架组成：一般为中空圆柱形，设有数个平台，内有爬梯、传输控制电缆，塔架底层设有变频柜、控制柜等。隐患部位：传输控制电缆、变频柜、控制柜等设施。火因：控制柜空间狭小、通风不良、电气元件过热老化击穿，电缆过流绝缘降低。可燃物品种类及分布特点 风力发电机组上采用的可燃物品种类较多，包括：各类润滑油、液压油、高压胶管、通风管、电气元件、电线电缆、油漆、密封材料、隔热吸音棉、机舱罩和叶片材料等等。这些可燃物品分布在叶轮、机舱和塔架的不同部位，其中机舱罩内的可燃物品种类和数量最多，机器设备也多，布置密集，空间窄小，火灾危险性最高。 国外风力发电机组火灾统计分析国外风力发电机组火灾统计分析 表3 世界风力发电机安全事故统计表（英国）事故类别发生起数占比（%）备注死亡事故608.4%亡66人伤害事故385.3%叶片事故16723.4%叶片损坏、脱落火灾事故13819.3%毁灭性结构损坏事故8411.7%主要部件和塔架结冰抛击事故(ice throw)273.8%结冰坠落和抛出击打运输事故456.3%运输和装卸破坏环境事故608.4%含珍稀动植物和鸟类死亡其它事故9613.4%总数715100.0%表4 德国风机火灾统计表（2002-2005）共22起毁灭性火灾事故由控制柜引发的火灾事故16起，占72.7% 国内风力发电机组火灾案例分析国内风力发电机组火灾案例分析 海南某风电场一起风力发电机组火灾分海南某风电场一起风力发电机组火灾分析析 损失：塔筒底部电气控制柜和变频柜全部烧毁 ，停机2月。火因：电气控制柜通风不良，散热条件差，运行温度过高。消防救援：无自动灭火设施 ，外部救援无效，水渍损失大。福建某风电场一起风力发电机组火灾分析福建某风电场一起风力发电机组火灾分析损失：损失：36进口机组全部烧毁，直接经济损失一进口机组全部烧毁，直接经济损失一千多万元。千多万元。火因：火因：机舱机舱主变压器后侧三相绝缘垫块盐雾凝结污染严重，形成污闪电晕放电现象 ，造成对地、相间短路，形成电弧，引起火灾。消防救援：无自动灭火设施 ，因夜间大雾人员无法到达现场。27#机组变压器后侧污闪痕迹 36#机组火灾残骸 内蒙某风电场一起风力发电机组火灾分内蒙某风电场一起风力发电机组火灾分析析 损失：一台2MW机组全部烧毁，直接经机组全部烧毁，直接经济损失两千多万元。济损失两千多万元。火因：火因：待查。待查。消防救援：无自动灭火设施 。消防队赶到现场，但面对60余米高的机舱和叶片火灾无力施救，束手无策！三起火灾警示机组无自动消防设施，不能早期发现火情，不能早期灭火控制，一旦发生火灾，无法避免巨大损失。人员无法及时赶到现场。外部救援灭火无能为力，只能望火兴叹！风力发电机组的消防安全保护已刻不容缓！风力发电机组火灾的特点可燃物种类多，火灾荷载密度大。火灾隐患多，容易发生电气火灾、固体火灾和液体火灾。 通风换气迅速，火焰蔓延速度快。设备价值高，火灾损失大，一旦发生火灾，将造成巨大的直接损失和间接损失。容易引起附近建构筑物火灾，诱发森林火灾和草原火灾。火灾扑救难度大，外部救援几无可能，且火灾坠落物严重威胁救援人员人身安全。第四章 风力发电机组消防系统应用 风力发电机组所处环境技术条件对消防系统有不利影响：风机叶片、机舱、隔热吸音棉、电缆、刹车系统等的防火问题防火分区问题火灾自动探测装置的选择设置问题火灾自动灭火装置的选择设置问题几类常用灭火装置的对比分析风力发电机组防火措施和专用消防系统 风力发电机组防火措施和专用消防系统 专用消防系统集成方案应遵循的基本原则：做到智能防护，自动控制，无需人员值守，联网能力强；做到极早发现火情，实行多级预防与灭火控制；报警系统与灭火系统和生产安全控制系统的联动协调有序；设备的选用和设置必需符合机组运行环境的基本要求；必须快速高效灭火，防止重大经济损失；设备安装维护简便、长期运行性能稳定可靠、运行成本低；注重机组构件材料的防火保护和防火分区划分相结合，增强机组各主要构件的防火性能，提高机组整体抵御火灾能力和防火分隔能力，有效控制火灾蔓延。基本要求基本要求专用火灾自动报警系统设置要求专用火灾自动报警系统设置要求专用灭火装置设置要求专用灭火装置设置要求电缆防火涂料和防火堵料的设置要求电缆防火涂料和防火堵料的设置要求叶片、机舱、隔热吸音棉和刹车系统的防叶片、机舱、隔热吸音棉和刹车系统的防火措施要求火措施要求防火分区设置要求防火分区设置要求灭火器设置要求灭火器设置要求 第五章第五章 模拟试验研究装置模拟试验研究装置模拟试验研究装置外部和控制室照片l试验采用的专用消防系统包括如下设备：极早期吸气式感烟探测报警器感温电缆智能视频火灾探测器火灾报警控制器智能视频火灾监测系统主机超细干粉灭火装置l试验采用的专用测试系统试验总共进行35次。其中模拟电缆短路发烟试验7次，此类试验是为了测试专用火灾报警系统在不同气流条件下的早期报警能力，没有开启数据采集系统；有24次试验是为了测试专用火灾报警系统在不同气流条件下，采用不同的火源摆放在不同的位置情况下的报警能力，同时开启数据采集系统，测试各种情况下实验舱内温度场分布数据和送排风速数据；有2次试验是为了测试专用超细干粉灭火装置对于试验机舱内不同部位和不同火源种类的局部喷射灭火能力，并设定在送风机和排风机都全部开启的“最不利条件下”进行。有2次试验是为了测试专用超细干粉灭火装置的全淹没灭火能力，每次试验同时采用5只不同的火源放置在实验舱内不同的部位，并设定在送风机和排风机都全部开启的“最不利条件下”进行。 第六章 模拟试验研究 吸气式感烟探测器报警事件记录和烟密度曲线视频火灾监测系统工作界面截图第七章 研究结论 风力发电机组火灾具有与普通公共建筑和工业建筑火灾完全不同的特点。有必要开展更加深入的研究。 控制柜、齿轮箱、刹车盘、发电机、电动机、变压器、电线电缆、电气元件和润滑油等都是重要的火灾危险源，需要重点采取消防保护措施。 风机叶片、机舱、隔热吸音棉和电缆等既是大量可燃物的来源，也是引发火灾和加速火灾蔓延的关键所在，需要有针对性地采取防火保护措施和防火分隔措施。 风力发电机组所处环境条件特殊、复杂，专用消防系统的开发和集成与优化工作尤为重要。正确处理火灾自动报警系统与自动灭火系统和生产控制系统的联动控制关系，做到既能快速响应、早期灭火，又能避免误报警对正常生产的干扰和影响。 尽快制定国家风力发电消防设计防火规范，制订相关产品标准和检测标准，从根本上解决风力发电行业的消防安全问题。本项研究提出的风力发电机组专用消防系统集成方案，可以作为风电行业消防系统应用的依据。当前风力发电行业的消防建设和消防监督管理工作异常薄弱，有些领域基本还是空白，一定要花大力气从根本上切实加以解决。消防行业应该与风力发电行业更加紧密的合作，投入更多的人力和物力 ，加大对新建风电项目的消防设施建设和在用项目的消防技术改造，以确保风力发电行业健康可持续发展。 第八章 研究成果与存在的问题 存在的问题模拟试验装置采用的是750kw实体机舱，由于各类机组的结构复杂多样，所建立的模拟试验研究装置或许不能全面的反应各类机型的真实火灾特性；由于技术实现困难，模拟试验还只能着重研究环境风速和强空气对流对风力发电机组火灾特性和消防系统应用的重要影响，对极限环境温度和极端恶劣气候条件的不利影响还有待进一步研究； 所提出的风力发电机组专用消防系统集成方案只是针对少量设备装置开展了模拟火灾试验验证，无法进行更加充分全面地分析比较。今后，我们将把研究工作更加深入地推进下去，为全面彻底解决风力发电行业的消防问题贡献力量。 敬请各位领导和专家敬请各位领导和专家提出宝贵意见！提出宝贵意见！项目联系人：徐大军电话：传真：手机：地址：天津市南开区卫津南路110号 公安部天津消防研究所E-