風電機組自動消防系統優化設計方案探究

　　摘要：首先對現役風電機組自動消防系統改造的必要性進行了分析，然后提出了一種機艙大空間主動式(含視頻安防聯動)+機艙/塔基柜內被動式+輪轂柜內離線式自動消防相結合的技改方案，參照國家標準對滅火介質用量進行了計算，旨在強化對風電機組自動消防系統改造方案的研究，推動風電行業健康快速發展。

　　關鍵詞：風電機組;自動消防;超細干粉;熱氣溶膠

　　0引言

　　據行業統計，截至2020年底，我國累計裝機容量達2.8億kW，2020年運行超過5年的機組將超過累計裝機的50%。隨著新增裝機量的增加，現役機組安全可靠性及機組性能問題也逐漸凸顯出來。此外，由于風機裝機時間早，其零部件逐漸磨損及老化，故障率不斷升高，火災風險也逐步增大[1]。風電機組火災事故造成的損傷最大，產生的負面影響最多，是廣大業主和整機廠商均極力避免發生的一類惡性事故。早期風力發電設備整機廠家，在設計制造階段幾乎沒有配套設計有效的自動消防系統，這也是近些年風機惡性火災事故頻發的重要原因[2]。

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　　近兩年，為預防風電機組發生火災事故，給新增裝機安裝自動消防系統幾乎已成標準配置，老舊機組自動消防系統技術改造也呈現日漸增多的趨勢，這充分符合風力發電企業安全生產要求，故開展風電機組自動消防系統技術改造研究具有重大意義。

　　1風電機組安裝自動消防系統的必要性分析

　　2014年國家能源局下發的《防止電力生產事故的二十五項重點要求》(國能安全〔2014〕161號)[3]第2.11.11條款和《電力設備典型消防規程》(DL5027—2015)第13.3.5項條款均對風電機組安裝自動消防系統提出了一定要求。在《風力發電機組防火技術規程》(CECS391—2014)中，對風電機組自動消防系統的防護單元、系統選型、裝置組件、設計施工、驗收維護等進行了全方位規定，對風機自動消防系統設計具有重要指導作用。風電機組安裝自動消防系統，當發生火災時，自動消防系統啟動后，可最大程度保證機組、人員安全，減少機組燒毀造成的經濟損失。為遏制風電機組重大/特大火災事故的發生，及時將機艙內火災災情消除，建議在風電機組上安裝自動滅火裝置。

　　2自動消防系統技改方案介紹

　　風電機組自動消防系統的技術改造應遵循經濟實惠、高效可靠、實用性強的原則。本文對風電機組自動消防系統設計方案進行了研究，對傳統的改造方案進行了系統優化，提出了機艙大空間采用主動性自動消防系統(含視頻安防聯動)、電氣柜內采用被動式自動消防系統(S型熱氣溶膠)的設計方案。

　　2.1機艙大空間主動式自動消防系統

　　2.1.1機艙主動式電啟動消防控制邏輯

　　(1)系統預報警：火災報警控制器處于“自動”狀態下，當3種探測器(感溫、感煙、火焰探測)的其中一種探測器觸發，火災報警控制器將向升壓站集控室監控界面發送報警信號，現場聲光報警器不亮，超細干粉不啟動。與此同時，機艙內360°云臺旋轉智能球形攝像機自動聯動消防報警系統，智能選取放大報警界面，展示機艙著火點著火情況，以便值班人員判斷火情。

　　(2)系統動作：火災報警控制器處于“自動”狀態時，當3種探測器(感溫、感煙、火焰探測)的兩種探測器觸發，現場聲光報警器響亮，啟動延時燈亮，延時30s后，火災報警控制器將啟動機艙內的超細干粉滅火裝置進行滅火，火災報警控制器將啟動反饋信號給中控室監控平臺。

　　(3)系統手動控制：氣體釋放報警器和緊急啟停按鈕均具有手/自動轉換功能以及啟動/停止功能，當有操作人員進入機艙進行維護作業時，要求將消防系統調到手動控制模式，即操作人員發現火情時可手動啟動機艙內的消防系統，火災報警控制器接收到緊急啟動信號后，系統延時30s啟動滅火裝置進行滅火;在此時間段內如確認為誤操作，可通過緊急啟停按鈕終止啟動。手動啟動滅火裝置后，火災報警控制器同時會釋放啟動反饋信號給中控室監控平臺。報警控制器在手動狀態下，任何回路被觸發，不會啟動滅火裝置，現場可通過啟停按鈕進行啟動/停止操作，中控室監控平臺會接收報警信息。(4)遠程啟動：中控室監控平臺可遠程啟動超細干粉滅火裝置滅火。

　　(5)聯動控制要求：1)機艙自動消防系統具有在任意兩種火災探測器報警觸發后實現聯動停機功能。2)機艙自動消防系統具有在任意兩種火災探測器報警觸發后立即關閉機艙內齒輪箱散熱風扇、發電機散熱風扇的功能，防止自動滅火裝置噴放后滅火介質被風扇吸至機艙外或干變室內。3)視頻安防聯動功能：360°云臺旋轉智能球形攝像機與消防控制系統聯動，自動消防系統報警時可以智能選取放大著火點界面。

　　2.1.2機艙超細干粉自啟動消防控制邏輯

　　機艙每具超細干粉自帶感溫磁發電裝置和熱敏線，若感溫磁發電元件周圍環境溫度達到93℃或熱敏線溫度達到175℃，超細干粉將自行噴放滅火。其自啟反饋信號通過火災報警控制器反饋至中控室集中監控系統，告知監盤人員艙內起火。

　　2.2電氣柜內被動式自動消防系統

　　2.2.1機艙/塔基電氣柜內熱氣溶膠消防控制邏輯

　　與機艙超細干粉電啟動控制邏輯不同，考慮到各電氣柜內為封閉的獨立防火分區，一旦電氣柜內發生火災，溫度上升極快，故從經濟、成本角度考慮，電氣柜內未安裝感溫、感煙探測器，采用被動式滅火系統。每個封閉的防火分區內的熱氣溶膠自帶感溫磁發電裝置和熱敏線，若感溫磁發電元件周圍環境溫度達到93℃或熱敏線溫度達到175℃，防火分區內的熱氣溶膠將自行噴放滅火，其噴放信號反饋至中控室集中監控系統，告知監盤人員電氣柜內熱氣溶膠已噴放滅火。

　　2.2.2輪轂電氣柜內離線式自動消防系統消防控制邏輯

　　考慮到輪轂電氣柜為旋轉部件，從運行安全可靠性角度考慮，輪轂電氣柜內安裝離線式一體式微型熱氣溶膠滅火裝置，若感溫磁發電裝置檢測溫度達到93℃，輪轂電氣柜內熱氣溶膠噴放，進行全淹沒式滅火。

　　3滅火介質設計用量計算

　　本文以國外某進口型號風電機組為例，進行滅火介質設計用量計算。

　　3.1機艙超細干粉計算

　　機艙大空間超細干粉全淹沒滅火劑用量參照《干粉滅火系統設計規范》(GB50347—2004)第3.2.2條進行計算：m=K1×VV=Vv-Vg+Vz式中：m為干粉設計用量(kg);K1為滅火劑設計濃度(kg/m3)，取型式試驗報告中滅火密度的1.3倍，超細干粉型式試驗報告中滅火密度為130g/m3;V為機艙凈容積(m3);Vv為防護區總容積(m3);Vg為防護區內不燃燒體和難燃燒體的總體積(m3);Vz為不能切斷的通風系統的附加體積(m3)。

　　代入具體參數，得：m=1.3×0.13×(130.5-45+4)=15.1255kg因每具超細干粉不得大于5kg，故采用4具5kg的FFX-ACF型風電機組專用的超細干粉，分別懸掛安裝在機艙的低速軸上方、齒輪箱上方、高速軸聯軸器上方、發電機集電環上方，便可保證機艙內的全淹沒設計濃度。

　　3.2熱氣溶膠計算

　　根據《氣體滅火系統設計規范》(GB50370—2005)第2.5.9條，熱氣溶膠設計用量按下式計算：W=C2×Kv×V式中：W為滅火設計用量;C2為滅火設計濃度(kg/m3)，本例計算統一取130g/m3;Kv為容積修正系數，Kv=1.0;V為防護區凈容積(m3)，V<500m3。根據現場實際測量的風機內各電氣柜的體積，按每一個封閉空間為一個獨立的防火分區計算。

　　4結語

　　風電機組發生火災事故造成的損失是難以估量的，并且傳統的消防設施很難有效撲救，故開展風電機組自動消防系統研究具有重要意義。本文針對風電機組自動消防系統，提出了機艙大空間主動式自動消防+電氣柜內被動式消防系統相結合的改造方案，希望對廣大風電從業者有一定的借鑒、指引作用。

　　[參考文獻]

　　[1]沈華龍.風力發電機組被動式自動消防系統改造[J].工業技術創新，2018，5(5)：59-62.

　　[2]萬井江.V90風電機組自動消防系統研究與應用[D].廣州：華南理工大學，2017.

　　[3]國家能源局.防止電力生產事故的二十五項重點要求：國能安全〔2014〕161號[A].

　　作者：孫樂場刁書廣張文林

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