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风力发电机组灭火方案探讨

日期:2021-03-01    来源:正天齐消防

国际风力发电网

2021
03/01
09:53
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关键词: 风力发电机组 风电设备灭火 风机安全

随着风电行业的迅猛发展,风电机组的火灾事故越来越多。火灾不仅会对风机带来毁灭性的破坏,如果连带点燃风机附近的草场或者林场,将会带来更大的社会风险;目前风力发电行业在国内乃至国外都属于新兴产业,现在国内的风机大多只在风机机舱内和塔筒底部摆放几个手提干粉灭火器;这些简易的消防装置在突如其来发生的火灾面前,几乎成了完全没有用的摆设;因此需要提高风电机组的火灾防范水平是迫不及待的事情。

风力发电机组多安装在偏远的山区,可进入性差,且往往安装在距离地面几十米甚至上百米的高空,一旦发生火灾,在地面进行灭火显得不切实际。价值成百上千万的风机被烧毁,风场的投资回报也被大打折扣。

根据国外的火灾事故统计,风机机舱内的着火点有控制柜、电容柜、发电机、变桨系统、加热器、刹车系统等等。由于国内的风电行业发展过于迅速,许多容易引起火灾的器件质量无法得到保障;与此同时,许多风电主机厂迫于国内风电行业的发展政策,在市场低价恶性竞争的情况下,明知风机的火灾风险很高,却不能采用有效的自动消防系统;这直接导致了国内风机的火灾事故更加多样性:例如接线盒着火、刹车盘引起火灾(齿轮箱漏油)、变流柜着火、主控制柜电气元件着火等等;随着风机服务年限的增加,目前此类事故发生的频率越来越高。

灭火方案探讨

风力发电机组消防设计相关标准:

宁夏回族自治区地方标准DB64/T 524-2008《风力发电机组消防系统设计、施工、验收规范》中,第4.1.4条a):在机舱和塔架内应设置瓶组式高压细水雾灭火装置或悬挂式超细干粉灭火装置,具备自动和手动两种启动方式。

中国工程建设协会标准CECS391:2014《风力发电机组防火技术规程》中第4.2.5条 :风力发电机组各防护单元对灭火装置的选型,宜按下表的规定执行。

注:

标准型(常温型)风力发电机组采用消防系统,其工作温度范围:-20℃~+45℃,生存温度范围:-30℃~+50℃。

低温型风力发电机组采用消防系统,其工作温度范围:-30℃~+45℃,生存温度范围:-40℃~+50℃。

高温型风力发电机组采用消防系统,其工作温度范围:0℃~+50℃,生存温度范围:-10℃~+65℃。

综合上述并结合国内现状可以看出,目前国内在对风力发电机组进行灭火设计时,通常采用干粉类灭火装置,热气溶胶灭火装置,气体灭火系统(悬挂式、探火管式等,灭火介质通常为二氧化碳与七氟丙烷等)。

但这些灭火方案设计都存在一定的局限性:

当灭火设计采用干粉类灭火装置或热气溶胶时,会产生大量残留物,不易清理,甚至造成设备损坏。在VdS 3523:2008-07中明确写出:(译文)干粉灭火系统和气溶胶灭火系统暂不建议在风机中应用,因为它们可能导致间接损失。

当设计采用二氧化碳或七氟丙烷气体灭火装置时,应着重考虑现场的环境温度,当现场坏境温度存在比较极端变化时,会使得灭火装置工作压力发生极大变化,导致灭火装置工作压力不足,影响灭火效果,甚至无法灭火。如二氧化碳灭火装置,当环境温度变为-40℃时,其工作压力仅在1MPa左右,七氟丙烷灭火装置在0℃以下时,其工作压力已不足2MPa。

灭火新思路探讨:

风电机组灭火设计对灭火设备的挑战主要有两个:一是风电机组的永久性振动,另一个是周边温度的极端变化。我们在做灭火系统的选择时,应着重考虑风机应用的环境温度、灭火有效性、输送压力、保护空间的压力强度等因素综合选择。本期小齐推出以下两种灭火方案对风电机组进行灭火设计,也欢迎与各界专家人士共同探讨。

方案一:全氟己酮灭火装置

全氟己酮是一种无色、无味的液体,用氮气进行增压,并作为灭火系统的一部分存放在高压气瓶中,其不导电、易挥发且不留痕迹,对保护对象无损害,具有优异的环保性能、灭火效率高,灭火浓度为4.5~6%,其灭火剂较七氟丙烷相比,随温度变化其压力变化较小。全氟己酮灭火剂已得到世界各国政府及国际消防行业的广泛认可及实际使用。

风电机组中的电气机柜采用探火管式全氟己酮灭火装置,其探火管在变流器柜与塔基控制柜内部呈S形敷设,靠近易于发生火患的部位的正上方,距离不应大于600mm,探火管的弯曲半径不宜小于其外径的15倍,探火管之间的距离不应大于1.0米。灭火剂存储容器上装有压力表,通常灭火剂储存容器挂在柜体侧面或塔基区域底板上。探火管末端通过三通一头连接探火管压力表,一端连接压力信号反馈装置。如图1所示。

图 1 机柜及变流器柜探火管布置示意图

机舱刹车盘、齿轮箱及电缆线槽采用探火管式全氟己酮,由机舱下方走线到齿轮箱、液压站、位置润滑油防护点及电缆线槽及接头位置、火探管布置在易着火点的上方,一旦发生火灾,火探管在受热处爆破,点对点灭火。整个机舱采用柜式全氟己酮灭火装置配合火灾探测系统进行全方位保护。

方案二:IG 100(氮气)灭火系统

VdS 3523:2008-07中写出:(译文)关于在风机的应用,灭火剂要尽量达到无残留性,无腐蚀性,非导电性,并适合在普遍的环境条件下运行,并装载合适的剂量,以下系统适用于风力发电机:二氧化碳灭火系统、惰性气体灭火系统、细水雾灭火系统等。

IG100 气体灭火系统采用大气中主要成分氮气做为灭火剂,属惰性气体灭火系统类,该灭火剂具有无色、无味、无毒、不导电等特点,同时氮气灭火系统随环境温度的变化,压力变化较低。

当采用IG100气体灭火系统配合火灾探测系统进行全方位保护时,可将灭火剂瓶组安装在塔架一层,通过管网将灭火剂输送至机舱内进行灭火,如下图所示:

图2:灭火设计方案示意图


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