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适用于风力发电机组火灾的灭火系统分析及应用

日期：2024-11-10 18:17
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摘要：
                                                         作者：朱劲武 （北京利达海鑫灭火系统设备有限公司）
摘要：文章介绍了风力发电机组的使用场所及通过对适用于各场所的各种
灭火系统的对比分析，归纳出如何根据不同的场所选择适合的气体灭火系统及其使用方法。
    关键词：风力发电机组、机械传动系统、电器控制柜、风力发电机组灭火、风力发电机组火灾、气体灭火系统、洁净、无污染、手提式二氧化碳灭火器。
    风力发电机组是指将风能转换为电能的系统。风力发电机组在长期运行中很容易产生摩擦过热、制动过热、润滑油泄漏、电缆过热绝缘老化、控制柜电器元件过热击穿短路、发动机内部过热短路、遭遇雷电等，将会造成可燃液体和可燃固体材料着火，使机舱和搭架底部易发生火灾，将使风力发电机组燃烧，严重时大火会蔓延到风力发电机组附近的草原和森林，会带来更大的社会风险。本人撰写此文，就是希望相关人员充分认识到风力发电机组火灾产生的严重后果，并学会如何根据不同的场所选择适合的气体灭火系统及其使用方法。
    一、使用场所描述
    风能作为清洁环保的可再生能源，具有传统能源不可比拟的优越性，也是再生能源中技术*成熟、*具规模的一种。风力发电机组主要由叶轮、机舱和塔架三部分构成。机舱内装有传动系统（包括主轴、齿轮箱和联轴节）、偏航系统（包括偏航电机、偏航轴承等）、液压系统（包括电动机、油泵、油箱和液压阀等）、制动系统（包括空气动力制动装置和机械刹车制动装置）、发电机和控制系统。其中发电机、齿轮变速箱、制动刹车系统、机舱底座、润滑散热系统、照明系统、传输电缆、控制柜等部件都是潜在的火灾危险源。风力发电机组在长期运行中很容易产生摩擦过热、制动过热、润滑油泄漏、电缆过流绝缘老化、控制柜电器元件过热击穿短路、发动机内部过热短路等，机组遭遇雷电、大风大雾雨雪等极端恶劣天气也会导致火灾事故的发生。目前，风电机舱内采用的可燃物包括润滑油、液压油、高压软管、隔音海绵、电线电缆、密封材料等；这些材料一旦被引燃，火焰会在短时间内蔓延至整个机舱内部空间，导致其他可燃物同时燃烧，火势无法控制直至风力发电机组完全燃烧。塔架底部电器柜中电器元件过载击穿短路、雷击，同样会导致大火，使风力发电机组烧损，若安装在草原或森林附近，则造成草原或森林大火。火灾是风力发电机组*为致命的灾害之一，风电机组距地面的垂直高度几十米至一百多米，再加上周围地形环境复杂，消防队员及时赶到也望而却步，无法实施有效的灭火救援工作，只能等待整个风力发电机组完全烧毁。风力发电机组灭火，是在风力发电机组内安装火灾自动探测报警控制系统和自动灭火系统，实施防火和灭火自动保护。
    二、使用场所特征及对配套自动灭火系统的要求
    1、设备造价昂贵，日常检查和维护成本很高。
    2、抗振动性能好。因风力发电机组中的机舱是在旋转中和紧急刹车中工作，还经常受到8级以上台风冲击，要求配套的设备具有较好的抗振动性能，否则易误报警和灭火系统误启动。
    3、耐高低温性能好。风力发电机组要求配套设备能在严酷温度环境下能正常工作。
    4、风力发电机组火灾主要是电气火灾、可燃液体火灾和部分固体火灾。
    5、风力发电机组主要由机械传动系统和电器控制柜等部件组成，要求灭火中和灭火后对设备和环境无污染，不得损坏没有起火的正常设备，能在短时间内迅速恢复正常工作。
    6、电气火灾要求先断电，使通风设备停止工作后，再对风力发电机组灭火。灭火后灭火药剂必须对整个防护区浸渍10～20min，方能通风。
    三、各种灭火系统的对比分析
    1、七氟丙烷气体自动灭火系统用途和特点
    七氟丙烷（***00）自动灭火系统是一种现代化消防设备。中华人民共和国公安部于2001年8月1日发布了公消【2001】217号《关于进一步加强哈龙替代品及其替代技术管理的通知》。通知中**推荐七氟丙烷(HFC－227ea)气体自动灭火系统为卤代烃类哈龙替代灭火系统。通知明确规定：七氟丙烷气体自动灭火系统属于全淹没系统，可以扑救A（表面火）、B、C类和电器火灾，可用于保护经常有人的场所和高精密电子仪器、设备、及贵重物品。七氟丙烷（***00）灭火剂无色、无味、不导电、无二次污染。对臭氧层的耗损潜能值（ODP）为零，符合环保要求，其毒副作用比卤代烷灭火剂更小，是卤代烷灭火剂较理想的替代物。七氟丙烷（***00）灭火剂具有灭火效能高，对设备无污损，电绝缘性好，（因灭火剂从喷嘴喷出压力在0.7～2MPa）喷射距离远，灭火迅速等优点。七氟丙烷（***00）灭火剂释放后不含有粒子和油状物，不破坏环境，且当灭火后，及时通风迅速排除灭火剂，即可很快恢复正常情况。七氟丙烷（***00）经试验和美国EPA认定**性比1301卤代烷更为**可靠，人体暴露于9%的浓度（七氟丙烷一般*低设计浓度为7%）中无任何危险，而七氟丙烷*大优点是非导电性能。因而是电气设备的理想灭火剂。当七氟丙烷灭火剂达到一定浓度时，还有抑制爆炸的作用。
    超细干粉灭火装置用途和特点
    超细干粉灭火剂主要分BC干粉和ABC干粉灭火剂两种，分别呈弱碱或弱酸性，是一种很小颗粒的灰尘。当发生火灾时，超细干粉粉体与高温燃烧物体表面接触时，阻断燃烧链式反应，即化学抑制作用。在保护对象表面的高温作用下被熔化并形成一个玻璃状覆盖层将固体表面与周围空气隔开，使燃烧窒息。超细干粉灭火剂粉尘细小，微粒具有一定重量，在空气中漂浮时间有限，一旦沉降下来不会再运动。当有遮挡物时，很难超越过去，将影响灭火效能，灭火中和灭火后会产生二氧化碳、水蒸气等副产品。在灭火中和灭火后对所有设备和环境均有污染，很难将5～20μm小颗粒的灰尘**干净，特别是安装在海滩、湿度较大环境中的风力发电机组，设备短时间内不能恢复正常工作，虽然成本低，若误启动或灭火后维护、清理成本较高，若**不干净，设备会经常出现故障，甚至会报废。
    气溶胶自动灭火装置用途和特点
    气溶胶灭火剂可分为热气溶胶和冷气溶胶。目前国内工程上应用的气溶胶灭火装置都属于热型，冷气溶胶灭火技术还处于研制阶段，无正式产品。气溶胶自动灭火装置只适用于较小的防护区，因气溶胶灭火气体从装置中喷出压力很小，大约为0.02MPa左右，喷射距离1～2m，气溶胶灭火气体比重很小，略比空气重一点，先飘向防护区顶部后，再逐步沉降于防护区底部，因保护的设备均放在地面，则灭火时间较长。气溶胶灭火装置灭火后有残留物，属非洁净灭火剂。热气溶胶属于全淹没系统，适用于变配电间、发电机房、电缆夹层、电缆井、电缆沟等，无人、相对封闭、空间较小的场所。适用扑救：A类表面火灾、B、C类和普通电器火灾。
    S型和K型热气溶胶预制灭火系统，虽属气体灭火系统，但它不是洁净灭火系统，灭火后或误喷后产生小于5μm极小颗粒的灰尘，气溶胶灭火剂有油污现象，吸附在元器件上很难**干净，在湿度较大的环境中，将严重影响电器设备的绝缘性能，造成接触**和短路现象。
气溶胶灭火剂几年前曾用于铁路系统设备间和控制系统设备间，给铁路系统**造成了严重影响，目前铁路系统和通讯机站严禁采用气溶胶预制灭火系统。
    超细水雾灭火系统用途和特点
    超细水雾灭火系统是用高压或高气流将水流过喷嘴形成极细的水滴。超细水雾灭火系统既能以局部应用形式使用，也能以全淹没形式应用。超细水雾适用于A（表面火灾）、B、C类及普通电气火灾。可用于保护经常有人的场所。
    超细水雾微粒有一定重量，不能迂回于任何遮挡物，一旦碰到遮挡物将沉降下来变成水珠，随着水珠的增多或将产生水渍现象。超细水雾灭火系统很难扑灭电器柜、遮挡物多的火灾。灭火后或误喷后，设备内和环境存在水渍现象，影响电器元件绝缘性能。超细水雾灭火系统喷头喷孔很小，易堵塞，系统日常维护检查复杂，每隔1～2年应定期更换储存水和检查喷头上的小孔是否孔堵塞，日常维护成本极高。
    综合分析以上四种灭火系统，七氟丙烷灭火系统具有灭火速度快（一般为10～45S）、绝缘性能好、洁净的特点。在灭火中和灭火后对其它设备和环境无任何污染，短时间（几小时）内可马上恢复正常工作和发电。日常维护简单、快捷、成本极低。
    四、结论与建议
    通过对有关消防规范、标准查询，得出如下结论和建议：
    1、查询GB50045《高层民用建筑设计防火规范》和GB50016《建筑设计防火规范》及GB50370《气体灭火系统设计规范》等国家标准和规范中，没有规定风电发电设备应采用什么种类灭火系统。因风电发电设备是我国近几年上马的清洁可再生能源新产品，应参照上述三项国家标准和规范中自备发电机房、配电室和计算机房的规定，应采用气体灭火系统。
    2、依据风电发电机组总造价、安装场所、保护对象属性、日常维护等方面综合分析，要求采用的火灾自动报警系统和自动灭火系统必须具备如下技术要求：具有性能稳定、可靠；具有防振和摆动误启动特殊性能；耐高低温（-40℃～+70℃）性能；灭火速度快；灭火药剂洁净，对设备和环境无任何污染；安装简单、快捷、占据空间小；日常维护检查简单、快捷；成本低等特点。
    3、建议机舱和塔架底部控制系统机柜采用柜式七氟丙烷气体灭火装置。因七氟丙烷灭火药剂灭火速度快、绝缘性能好、洁净。灭火中和灭火后对其它设备和环境无任何污染，短时间（几小时）内可马上恢复正常工作和发电。日常维护简单、快捷、成本极低。
    超细干粉灭火剂主要分BC干粉和ABC干粉灭火剂两种，分别呈弱碱或弱酸性，是一种很小颗粒的灰尘。当发生火灾时，超细干粉粉体与高温燃烧物体表面接触时，阻断燃烧链式反应，即化学抑制作用。在保护对象表面的高温作用下被熔化并形成一个玻璃状覆盖层将固体表面与周围空气隔开，使燃烧窒息。灭火中和灭火后产生二氧化碳、水蒸气等副产品。在灭火中和灭火后对所有设备和环境均有污染，很难将小颗粒的灰尘**干净，设备短时间不能恢复正常工作，虽成本低，若误启动后维护、清理成本较高，若**不干净，甚至设备会出现故障，建议不采用。
    S型和K型热气溶胶预制灭火系统，虽属气体灭火系统，但它不是洁净灭火系统，灭火后或误喷后产生的小颗粒的灰尘更小，气溶胶灭火剂有油污现象，吸附在元器件上很难**干净，严重影响电器设备的绝缘性能，造成的危害比超细干粉灭火剂更大，目前铁路系统和通讯移动、电信系统设备间和控制系统设备间禁止采用气溶胶预制灭火系统，建议不采用。
    超细水雾微粒有一定重量，不能迂回于任何遮挡物，一旦碰到遮挡物将沉降下来变成水珠，随着水珠的增多或将产生水渍现象。超细水雾灭火系统很难扑灭电器柜、遮挡物多的火灾。灭火后或误喷后，设备内和环境存在水渍现象，影响电器元件绝缘性能。超细水雾灭火系统喷头喷孔很小，易堵塞，系统日常维护检查复杂，每隔1～2年应定期更换储存水，日常维护成本极高，建议不采用。
    4、若风力发电机组发生初起小火，也就是火灾面积小于1～2m2时，为了减少火灾损失，降低自动灭火系统启动成本，保障人身和财产**。建议优先采用手提式灭火器，将初始小火及时扑救在萌芽状态。
    依据GB50140《建筑灭火器配置设计规范》国家标准，凡是存在可燃物的工业与民用建筑场所，配置自动灭火系统后，仍应配置灭火器。为了简化灭火器配置与设计计算，建议风力发电机组机舱和塔架底部分别采用手提式二氧化碳（MT2或MT3）两具和手提式ABC干粉灭火器（MF/ABC3或MF/ABC4或MF/ABC8）两具。建议将每个存放点的手提式灭火器放置在灭火器箱体内，不仅美观且便于保管，不易损坏灭火器。
    使用手提式二氧化碳灭火器灭火时，操作者应特别注意以下**措施：
    （1）应有两人以上的操作者进入防护区内，但由一人操作灭火器。灭火时要求进入的门必须开启，因二氧化碳灭火时，火灾位置空间灭火浓度达到34%左右才能灭火成功，但整个防护区二氧化碳浓度达到12%时，对人体将会造成生命危险。灭火后应尽快开启门、窗和换气扇进行通风，人员应离开灭火场所。
    （2）手提式二氧化碳灭火器出口压力比较大，有一定后座力，一般左手提灭火器手柄，右手紧握管道末端喷嘴，离火源大约1～2m远，对准火源部分开始喷洒。
    （3）手提式二氧化碳灭火器和手提式ABC干粉灭火器有效喷射时间大约10S左右。一般灭火时操作者先开始喷射灭火药剂4～6S灭火时间，不要将灭火药剂喷射完，依据现场火灾情况，再对零星火灾进行扑救。
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