风力发电机专用消防系统的研究与设计

风力发电机专用消防系统的研究与设计

李继森，张海平，王成

（大唐集团青岛华创风能有限公司， 青岛 266109）

Research and Design of Fire System for wind turbines

Jisen Li, Haiping Zhang, Wang cheng

(China Datang Group Qingdao Creative Wind Energy Co.,Ltd Qingdao 266109)

易造成巨大的损失。从风电机组消防的安全标准和 国内的现状看，现在国内还没有一套完全的统一的 消防标准，现在国际上的标准只是德国消防协会的 标准。我国现有的风力发电机专用消防系统还比较 有少，大多数的风场并没有安装风力发电机专用的 消防系统，这就留下了火灾隐患。因此，设计一套 适用于风力发电机的消防系统就显得尤其重要。

本文针对 1.5M 双馈风力发电机的火灾易发部 位，设计了一套专用消防系统。介绍了系统的组成 结构，选型依据及以及在风机上的测试效果。证明 了本套系统能够及时有效地探测火灾，并将火灾消 灭于萌芽当中，可以广泛的应用于风电之中。

1 风力发电机火灾易发处分析

风力发电机组设备主要包括叶轮、机舱、塔筒 和基础等部分，重点预防火灾的部位如：摩擦盘、 液压站、齿轮箱、发电机、控制柜、变流器、电缆 等。主要的原因是电气设备运行故障，机械摩擦、 雷击等。

1.1 叶轮处火灾诱因

（1）变桨电机与控制系统在长期的运行过程中容易 发生机械摩擦过热。 （2）控制柜通风不良导致电气元件过热击穿。

（3）调节电机故障卡死导致过流过热。

（4）液压油泄漏。

（5）叶片还容易遭受雷击引发火灾。 1.2 机舱处火灾诱因 （1）在风机高速运行和持续震动的情况下，各个设 备的接插件和电缆接头容易松动，接触电阻增大导 致局部过热。 （2）通风不良导致电气元件过热老化击穿。 （3）润滑油和液压油导致对机舱设备的污染。 （4）高速制动产生的过热碎片。

（5）发电机内部过热短路。

ABSTRACT : The special fire protection system for wind turbine can discover the fire and put out it in time to ensure safe operation of wind farms. The paper, depending on the characteristics of the wind turbine, designs the special fire control system. Which contain analysis of prone areas that get fire easily, as well as measures to deal with, select the types of special fire - fighting systems detectors and fire extinguishers. Fire experiments on the prototype showed that special fire systems can find the fire in time and targeted implementation of fire, so as to effectively ensure the safety of wind turbines.

KEY WORD : wind turbine

fire system fire

detection designing scheme

摘要：风力发电机专用消防系统能够及时的发现火灾并灭 火，可以确保风力发电场的安全运行。本文针对风力发电机 的特点，设计了风力发电机专用消防系统方案，分析了风机 易着火部位，以及应对的措施，选定专用消防系统的探测器 及灭火器的类型。在样机上进行的消防灭火实验表明，专用 消防系统可以及时的发现火情，并有针对性的实施灭火，可 以有效的确保风力发电机的安全。

关键词：风力发电机组 专用消防系统 火灾探测 设计方案

0 引言 当今时代，新能源的发展突飞猛进，风能在新 能源领域占有重要的地位。随着风力发电机装机容

量及数量的增长，与其相关的问题逐渐凸显，火灾

就是其急需解决的问题之一。风电场一般远离消防

救援中心，地处偏远地带，甚至在海上，一旦风力

发电机着火，灭火难度系数大，普通的消防器材无

济于事，就算大型消防设备赶到现场，由于其机舱

距地面一般都在 70 米以上，还是难以将火扑灭。另

外，我们发现了火警如不及时处理，火灾容易蔓延，

容

收稿日期：2014.04.28

基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2012BAA01B00） 第一作者简介：李继森（1990-），男，山东潍坊人，自动化学士，主要从事风电消防系统的测试研究。E-mail :lijis e n@ccwew ind.c o m .

（6）极端恶劣的气候条件等因素。 1.3 塔筒处火灾诱因

（1）塔筒空间狭小、通气不良易导致电气元件过热 老化击穿。

（2）电气设备超负荷运行，设备插接件和电缆接头 接触不良，电缆过流和绝缘层老化等，容易引起控 制柜内电气元件火灾和电缆火灾。

2 风力发电机专用消防系统

风力发电机组消防系统主要由两部分组成，一 是火灾自动探测报警系统，即探测和控制中枢系统。 通过对引起风力发电机火灾的因素分析，对关键部 位采用专用的探测器，及时有效的探测报警并且向 集中控制器发送火灾报警信号；二是自动灭火及相 关联动系统，即执行系统，针对特定的部位选用特 定的灭火剂，保证减少对设备二次伤害前提下灭火。 通过这两部分的互联互动，消防系统能及时发现风 力发电机组的火灾隐患，并及时扑救。

（1）消防系统中的灭火装置，支持自动和手动两种 启动方式。 （2）消防系统的自动灭火装置符合国家消防安全相 关标准。 （3）消防系统的自动灭火装置的灭火介质选取符合 风电相关环保标准及国家各项环保规定。 2.3 火灾报警系统网络

（1）火灾报警控制器能够通过光纤网络传输报警信 号。

（2）网络具有高速的通讯速率，网络上任意一台主 机报警到整个系统响应时间不大于 3 秒。 （3）任一节点故障不会影响其他正常节点之间的通 讯。

（4）设备可以接入网络中的任意位置。

（5）可以支持多种网络拓扑结构：星型、总线型、 环行、或者混合型。

3 火灾探测器的选择

3.1 火灾自动探测装置的选择问题

（1）窄小空间内热空气分层形成热屏障效应，探测 器的设置位置和高度要适当，在排风口附近应增加 探测点。

（2）电气设备控制柜等装置的外壳密闭性强，可单 独安装探测器。

（3） 所选设备性能必须稳定可靠，易于维护管理， 运行成本低。

3.2 探测器的种类： 风机内常用的探测器有以下几种： 1、感烟探测器：可感知燃烧或热分解产生的固体或

液体微粒，用于探测火灾初期的烟雾并发出火灾报 警信号。其特点是发现火情早、灵敏度高、响应速 度快、不受外面环境光和热的影响及干扰，使用寿 命长，构造简单，对人体不会有放射性伤害和使用 面广等。 2、感温探测器：温感探测器工作原理主要是利用热 敏元件来探测火灾的。在火灾初始阶段一方面有大 量烟雾产生另一方面物质在燃烧过程中释放出大量 的热量周围环境温度急剧上升。探测器中的热敏元 件发生物理变化从而将温度信号转变成电信号，并 进行报警处理。 3、线性感温探测器：由两根弹性钢丝分别包敷热敏 材料，绞对成型，绕包带再加外护套而制成。在正 常监视状态下，两根钢丝间阻值接近无穷大。由于

图 1 专用消防系统框图

2.1 火灾自动探测报警系统

（1）由火灾探测器、输入输出模块和火灾报警控制

器、操作员站组成。在火灾初期火灾探测器触发， 将信号通过输入输出模块传送到火灾报警控制器， 在操作员站将报警信息显示出来。

（2）风力发电机组专用消防系统的火警、故障、灭 火等信号通过风电场生产控制网络传输至风电场主 控室内的火灾报警控制器主机。通过声光报警报告 预警或报警信息。 （3）火灾报警控制器能够给风机控制系统提供一个 常开的开关信号，在系统正常时为常闭状态，在发 出报警信号时常闭点断开，用于主控系统报警停机 信号。 2.2 灭火系统：